인간 게놈 프로젝트는 우리 게놈의 ~1-2%가 기능성 단백질을 만드는 반면 나머지 98-99%의 역할은 수수께끼로 남아 있음을 밝혔습니다. 연구자들은 이를 둘러싼 미스터리를 밝히기 위해 노력해 왔으며 이 기사는 인간의 건강과 질병에 대한 그 역할과 의미에 대한 우리의 이해를 조명합니다.
2003년 XNUMX월 HGP(Human Genome Project)가 완료된 이후1, 3억 개의 염기쌍 또는 '한 쌍의 문자'로 구성된 인간 게놈의 전체 서열을 알면, 게놈은 연구자들이 인간으로서 복잡한 유기체가 어떻게 복잡한 유기체인지 정확히 지적할 수 있는 열린 책이 될 것이라고 생각했습니다. 다양한 질병에 대한 우리의 소인을 발견하고 질병이 발생하는 이유에 대한 이해를 높이고 치료법을 찾는 작업이 될 것입니다. 그러나 과학자들이 우리의 표현형 존재를 결정하는 기능적 단백질을 만드는 부분(약 1-2%)만 해독할 수 있게 되자 상황은 매우 혼란스러워졌습니다. 기능적 단백질을 만드는 DNA의 1-2%의 역할은 DNA가 RNA, 특히 mRNA를 만들기 위해 먼저 복사된 다음 번역에 의한 mRNA에 의한 단백질 생산이라는 전사라는 과정에 의해 복제된다는 분자 생물학의 중심 교리를 따릅니다. 분자생물학자의 언어로 이 1-2%의 인간 게놈은 기능적 단백질을 암호화합니다. 나머지 98~99%는 '정크 DNA' 또는 '암흑물질'로 불리며 위에서 언급한 기능성 단백질을 전혀 생산하지 않고 인간이 태어날 때마다 '수하물'로 운반된다. 게놈의 나머지 98-99%의 역할을 이해하기 위해 ENCODE( ENCyclopedia Of DNA Elements) 프로젝트2 NHGRI(National Human Genome Research Institute)에서 2003년 XNUMX월에 시작했습니다.
ENCODE 프로젝트 연구 결과에 따르면 암흑 물질의 대부분은 다른 유형의 세포와 다른 시점에서 유전자를 켜고 끄는 필수 조절 요소로 작용하는 비암호화 DNA 서열로 구성되어 있습니다. 이러한 조절 서열의 공간적, 시간적 작용은 아직 완전히 명확하지 않은데, 그 중 일부(조절 요소)는 작용하는 유전자에서 매우 멀리 떨어져 있지만 다른 경우에는 서로 가까이 있을 수 있기 때문입니다.
인간 게놈의 일부 영역의 구성은 인간 게놈 프로젝트가 시작되기 전부터 알려져 있었습니다. 인간 게놈의 ~8%가 인간 내인성 레트로바이러스(HERV)로서 우리 DNA에 내장된 바이러스 게놈에서 파생된다는 점입니다.3. 이러한 HERV는 면역 기능을 제어하는 유전자의 조절 요소로 작용하여 인간에게 타고난 면역을 제공하는 것과 관련이 있습니다. 이 8%의 기능적 중요성은 '암흑 물질의 대부분이 규제 요소로 기능한다'는 ENCODE 프로젝트의 결과에 의해 확증되었습니다.
ENCODE 프로젝트 결과 외에도 '암흑 물질'에 대한 그럴듯한 규제 및 개발 역할을 제안하는 방대한 양의 연구 데이터가 지난 XNUMX년 동안 이용 가능합니다. GWAS(Genome-wide Association Studies)를 사용하여 DNA의 대부분의 비암호화 영역이 일반적인 질병 및 특성과 관련되어 있음이 확인되었습니다.4 이 영역의 변이는 암, 심장병, 뇌 장애, 비만과 같은 수많은 복잡한 질병의 발병과 중증도를 조절하는 기능을 합니다.5,6. GWAS 연구는 또한 게놈에 있는 이러한 비암호화 DNA 서열의 대부분이 비암호화 RNA로 전사되고(DNA에서 RNA로 변환되지만 번역되지는 않음) 이 조절의 교란이 차등적인 질병 유발 효과를 초래한다는 사실을 밝혀냈습니다.7. 이것은 질병의 발달에 조절 역할을 하는 비암호화 RNA의 능력을 시사합니다8.
또한 암흑 물질의 일부는 비암호화 DNA로 남아 있으며 조절 방식으로 인핸서로 기능합니다. 단어에서 알 수 있듯이 이러한 인핸서는 세포에서 특정 단백질의 발현을 향상(증가)함으로써 기능합니다. 이것은 DNA의 비암호화 영역의 인핸서 효과가 환자를 염증성 장 질환과 같은 복잡한 자가면역 및 알레르기 질환에 취약하게 만든다는 최근 연구에서 나타났습니다.9,10, 따라서 염증성 질환의 치료를 위한 새로운 잠재적인 치료 표적의 식별로 이어진다. '암흑 물질'의 인핸서는 또한 쥐에 대한 연구에서 이 영역의 삭제가 뇌 발달의 이상으로 이어진다는 것이 밝혀진 뇌 발달과 관련이 있습니다.11,12. 이러한 연구는 알츠하이머 및 파킨슨 병과 같은 복잡한 신경 질환을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. '암흑물질'도 혈액암 발병에 역할을 하는 것으로 밝혀졌다13 예를 들어 만성 골수성 백혈병(CML) 및 만성 림프성 백혈병(CLL).
따라서 '암흑 물질'은 이전에 인식된 것보다 인간 게놈의 중요한 부분을 대표하며, 앞서 설명한 바와 같이 인간 질병의 발병 및 발병에 조절 역할을 함으로써 인간 건강에 직접적인 영향을 미치고 있다.
그것은 전체 '암흑 물질'이 비암호화 RNA로 전사되거나 인간에게 가해지는 다양한 질병의 소인, 발병 및 변이와 관련된 조절 요소로 작용하여 비암호화 DNA로서의 인핸서 역할을 한다는 것을 의미합니까? 지금까지 수행된 연구는 동일한 것에 대한 강한 우세를 보여주고 앞으로 더 많은 연구는 전체 '암흑 물질'의 기능을 정확하게 기술하는 데 도움이 될 것이며, 이는 암흑 물질의 치료법을 찾기 위한 희망에서 새로운 표적의 식별로 이어질 것입니다. 인류에게 해를 끼치는 쇠약하게 하는 질병.
***
참조 :
1. "인간 게놈 프로젝트 완료: 자주 묻는 질문". 국립인간게놈연구소(NHGRI). 온라인에서 사용 가능 https://www.genome.gov/human-genome-project/Completion-FAQ 17년 2020월 XNUMX일에 액세스함.
2. Smith D., 2017. 신비한 98%: 과학자들은 '어두운 게놈'에 빛을 비추려고 합니다. 온라인에서 사용 가능 https://phys.org/news/2017-02-mysterious-scientists-dark-genome.html 17년 2020월 XNUMX일에 액세스함.
3. Soni R., 2020. 인간과 바이러스: COVID-19에 대한 이들의 복잡한 관계 및 의미에 대한 간략한 역사. Scientific European 게시 08년 2020월 XNUMX일. 온라인에서 사용 가능 https://www.scientificeuropean.co.uk/humans-and-viruses-a-brief-history-of-their-complex-relationship-and-implications-for-COVID-19 18년 2020월 XNUMX일에 액세스함.
4. Maurano MT, Humbert R, Rynes E, et al. 규제 DNA의 일반적인 질병 관련 변이의 체계적인 위치 파악. 과학. 2012년 7월 337:6099(1190):5-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1222794
5. 출판된 게놈 전체 협회 연구의 카탈로그. http://www.genome.gov/gwastudies.
6. Hindorff LA, Sethupathy P, et al 2009. 인간 질병 및 특성에 대한 게놈 전체 연관 유전자좌의 잠재적인 병인 및 기능적 의미. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 106: 9362-9367. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0903103106
7. St. Laurent G, Vyatkin Y 및 Kapranov P. 암흑 물질 RNA는 전체 게놈 연관 연구의 퍼즐을 밝힙니다. BMC Med 12, 97(2014). DOI: https://doi.org/10.1186/1741-7015-12-97
8. Martin L, Chang HY. 인간 질병에서 게놈 "암흑 물질"의 역할을 밝혀냅니다. 제이클린 인베스트. 2012년;122 (5): 1589-1595. https://doi.org/10.1172/JCI60020
9. The Babraham Institute 2020. 게놈의 '암흑 물질' 영역이 염증성 질환에 미치는 영향 규명. 게시일: 13년 2020월 XNUMX일. 온라인에서 사용 가능 https://www.babraham.ac.uk/news/2020/05/uncovering-how-dark-matter-regions-genome-affect-inflammatory-diseases 14년 2020월 XNUMX일에 액세스함.
10. Nasrallah, R., Imianowski, CJ, Bossini-Castillo, L. et al. 2020. 위험 유전자좌 11q13.5의 말단 인핸서는 Treg 세포에 의한 대장염 억제를 촉진합니다. 자연(2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2296-7
11. Dickel, DE et al. 2018. 울트라 보존 인핸서는 정상적인 발달에 필요합니다. Cell 172, Issue 3, P491-499.E15, 25년 2018월 XNUMX일. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.017
12. '암흑 물질' DNA가 두뇌 발달에 영향을 미칩니다 DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-00920-x
13. 암흑 물질: 가장 어두운 DNA DOI를 사용하여 미묘한 혈액암 식별: https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007332
***
