수수께끼 풀기: 새로운 유전자는 DNA 깊은 곳에서 발생합니다

헬싱키 대학의 과학자들이 작은 조절 유전자의 기원을 둘러싼 미스터리를 풀었습니다. microRNA 유전자로 알려진 이러한 유전자는 유기체에서 고전적 유전자의 활동을 조정하는 데 중요한 역할을 합니다. 연구자들은 적절한 조건에서 마이크로RNA 유전자로 발전하는 DNA 상동체를 생성하는 메커니즘을 설명했습니다.

인간 게놈은 단백질 생성을 담당하는 약 20,000개의 유전자로 구성됩니다. 이러한 유전자 중에는 유전자 발현의 복잡한 춤을 조정하는 22개의 염기쌍 길이에 불과한 가장 작은 마이크로RNA 분자를 포함하여 셀 수 없이 많은 조절 유전자가 있습니다.

유전자의 수는 상대적으로 일정하지만, 진화 과정에서 새로운 유전자가 나타나는 경우가 있어 오랫동안 이 놀라운 유전적 현상의 기원에 매료되어 온 과학자들을 당황하게 만듭니다.

모든 RNA 분자는 분자를 기능적 형태로 고정하는 교대 염기 세트가 필요합니다. 그러나 이러한 점차 교대 경로를 형성하는 무작위 필수 돌연변이의 가능성은 매우 작으며, 심지어 가장 단순한 microRNA 유전자의 경우에도 연구자들은 그 기원에 대해 궁금해합니다.

핀란드 헬싱키 대학교 생명공학 연구소의 전문가들을 만나보세요. 핀란드 아카데미가 자금을 지원하는 프로젝트에서 그들은 DNA 복제 오류에 숨겨진 비밀을 밝히기 위한 여정을 시작했습니다.

수석 연구원인 Ari Luitinoja는 DNA 복제를 타이핑에 비유하며 “DNA는 한 번에 한 염기씩 복사되며, 돌연변이는 일반적으로 노트북 키보드를 잘못 두드리는 것처럼 하나의 잘못된 염기에서 발생합니다. 우리는 더 큰 오류로 이어지는 메커니즘을 연구했습니다.” “”, 예를 들어 다른 컨텍스트에서 텍스트를 복사하여 붙여넣는 경우입니다. 우리는 회문을 생성하기 위해 텍스트를 거꾸로 복사하는 경우에 특히 관심이 있었습니다.”

최근 PNAS 저널에 발표된 이 연구에서는 DNA 복제 오류가 때때로 도움이 될 수 있음이 밝혀졌습니다. 연구자들은 리보핵산(RNA) 분자의 구조, 특히 인접한 거울상 이성질체의 쌍에 의해 형성된 머리핀 모양 구조와의 연관성을 지적했습니다.

적절한 기능을 위해 간단한 구조와 머리핀 접힘 요구 사항을 갖춘 MicroRNA 유전자가 연구의 초점이 되었습니다. 더 많은 통찰력을 얻기 위해 연구자들은 유전자 이력을 모델링하는 맞춤형 컴퓨터 알고리즘을 개발했습니다.

박사후 연구원인 헬레 몬테이넨(Helle Monteinen)은 “수십 종의 영장류와 포유류의 완전한 게놈이 알려져 있습니다. 이들의 게놈을 비교하면 어떤 종이 ​​회문쌍의 마이크로RNA를 보유하고 있고 어떤 종이 ​​부족한지를 알 수 있습니다. 자세한 이력 모델링을 통해 우리는 “완전한 게놈”을 확인할 수 있습니다. 상동체는 단일 돌연변이 사건에 의해 생성됩니다.”

연구진은 인간과 다른 영장류에 초점을 맞춰 새로 발견된 메커니즘이 새로운 마이크로RNA 유전자의 최소 25%를 설명한다는 사실을 입증했습니다. 유사한 사례가 다른 진화 계통에서도 발견되었다는 사실은 고무적이며, 이는 이러한 기원 메커니즘이 보편적임을 시사합니다.

이 연구의 의미는 유전학의 세계를 훨씬 뛰어넘는 것입니다. 겉으로 보기에 “아무것도 아닌 것”에서 마이크로RNA 유전자가 쉽게 발생할 수 있다는 점은 인간의 건강에 영향을 미치고 생물학적 생명의 기본 원리에 대한 이해를 심화시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

헬레 몬테이넨(Helle Monteinen)은 “무에서 새로운 유전자의 출현은 연구자들을 놀라게 했다. 우리는 이제 RNA 유전자의 진화에 대한 우아한 모델을 갖게 됐다”고 말하면서 이번 연구의 중요성을 강조했다.

이번 연구는 작은 조절 유전자에 초점을 맞추었지만, 연구자들은 이번 발견이 다른 유전자와 RNA 분자에도 적용될 수 있다고 믿습니다. 새로 발견된 메커니즘은 자연 선택과 결합되어 보다 복잡한 RNA 구조와 기능을 생성할 수 있는 길을 열 수 있습니다.