생명과학부 이준호교수, 게놈 프로젝트를 통해 밝혀낸 선형동물의 텔로미어 진화
게놈 프로젝트를 통해 밝혀낸 선형동물의 텔로미어 진화
-투박한 텔로미어 DNA로부터 텔로미어 진화를 이끌어낸 원동력을 규명함-
[연구필요성]
o 텔로미어는 진핵생물에서 DNA를 보호하는 가장 중요한 구조물 중 하나로, 텔로미어가 손상되면 세포노화가 일어나며 심각한 문제가 발생할 수 있다. o 이처럼 텔로미어는 매우 중요한 역할을 담당하고 있다 보니 서로 다른 종에서도 쉽게 바뀌지 않으며, 실제로 모든 척추동물은 TTAGGG라는 동일한 텔로미어 DNA를 지닌다는 것이 알려져 있을 정도이다.o 그러나 이러한 텔로미어 DNA가 효모와 식물 등에서 조금씩 바뀌며 진화했다는 것이 알려져 있었는데, 이런 진화가 어떻게 일어난 것인지, 또 효모와 식물이 아닌 동물에서는 텔로미어 DNA의 진화가 얼마나 자주 일어나는지 등에 대해서는 알려진 바가 거의 없었다.
[연구성과/기대효과]
o 충남대학교와 공동연구(연구책임자 김준 교수/공동교신저자)를 통해 선형동물에서 이러한 텔로미어 DNA 진화가 최소 3회 일어났음을 밝혀내, 동물에서도 텔로미어가 자주 변화할 수 있다는 것을 최초로 밝혀냄
o 한국 선형동물을 대상으로 게놈 프로젝트(genome project)를 진행해 이중 A 타입(TTAGAC) 선형동물이 G 타입(TTAGGC) 조상에서 진화했음을 규명하였으며, 이 조상에서는 A 타입 DNA 조각이 훨씬 투박한 형태로 쓰이고 있었을 가능성을 확인
o 마치 뗀석기라는 도끼를 개발하고 난 뒤 소재를 철로 바꾸고 가다듬어 더 완성된 도끼를 활용하게 된 것처럼, A 타입 텔로미어가 투박한 형태로 쓰이다가 점차 완성된 형태의 텔로미어로 기능하게 되었을 가능성을 암시함
o 이는 텔로미어 진화라는 쉽게 관찰하기 어려운 고대의 진화 현상을 동물의 게놈 프로젝트를 통해 엄밀하게 밝힌 최초의 연구이며, 이는 유전체 분야에서 세계 최고 수준의 학술지인 Genome Research 2023년 11월호에 발표됨
(왼쪽) 서울대학교 생명과학부 이준호 교수, (오른쪽) 충남대학교 생명정보융합학과 조교수 김준 교수
[연구결과]
Telomeric repeat evolution in the phylum Nematodarevealed by high-quality genome assemblies and subtelomere structures
Jiseon Lim,1,2 Wonjoo Kim,1,2 Jun Kim,1,3,4 and Junho Lee1,2,3
1Department of Biological Sciences, Seoul National University, Gwanak-gu, Seoul 08826, South Korea
2Institute of Molecular Biology and Genetics, Seoul National University, Seoul 08826, South Korea
3Research Institute of Basic Sciences, Seoul National University, Seoul 08826, South Korea
4Department of Convergent Bioscience and Informatics, College of Bioscience and Biotechnology,Chungnam National University, Daejeon 34134, South Korea
□ 용어설명
1. 선형동물
- 선형동물은 지구상에 약 100만 종 이상, 5 해 마리 이상 서식할 것으로 추정될 정도로 생물 다양성이 높은 분류군이다. 선형동물이라는 이름에서 짐작할 수 있듯 실처럼 길게 뻗은 신체 구조를 지니고 있으며, 단순한 신체 구조를 기반으로 수많은 환경에 적응해 살아가고 있다. 예컨대 서식지도 무척 다양한데, 바닷속 열수구, 차디찬 극지, 독극물인 비소로 가득 찬 호수 등 지구의 거의 모든 곳에서 살아갈 수 있다는 것이 알려져 있다. 가장 대표적인 선형동물로는 모델생물인 예쁜꼬마선충을 꼽을 수 있으며, 이는 길이 약 1 mm 정도까지 자라는 생물로 지금까지 노벨상을 여러 번 수상한 중요한 생물로 연구되고 있다.
- 텔로미어 DNA는 TTAGGG, TTAGGC 등으로 특정한 단위 DNA가 반복되는 형태를 띠고 있다. 이러한 텔로미어 DNA에는 결합 단백질이 붙을 수 있으며, 이러한 결합이 안정적으로 유지되어야만 텔로미어가 안정적으로 DNA 끝을 보호할 수 있다.
□ 그림설명
- (왼쪽) 기존에 보고된 5종류의 선형동물 텔로미어 DNA 타입과 연구진이 확보한 14종류의 선충 텔로미어 DNA에 대한 개요. A 타입 텔로미어 DNA를 지닌 선충들은 G 타입 텔로미어 DNA를 지닌 선충들과 명확하게 나뉘며, 이는 A 타입 텔로미어 DNA가 단 한 번 진화했을 가능성을 보여준다.
- (오른쪽) 텔로미어 진화 과정을 보여주는 모식도. 투박한 형태의 A 타입 텔로미어 DNA가 먼저 G 타입 텔로미어 안정화에도 활용되다가, 이후 텔로미어가 아예 A 타입으로 바뀌며 현재와 같은 A 타입 텔로미어가 진화했을 것으로 추정된다.
□ 그림설명
꼬마선충의 진화의 흐름에서 텔로미어가 새롭게 만들어질 수 있음을 보여 주는 카툰. TTAGGC가 주된 텔로미어 서열인데 종종 텔로미어 손상이 일어나서 복구하는 과정에서 다른 서열 (그림에서 TTAGAC, TTAGGT 등 다른 색으로 표시)이 끼어들 수 있고 그 서열이 정착하게 되면 새로운 텔로미어 서열이 안정적으로 유지되어 다양성이 생기는 과정을 보여 주는 것임.