기계적 힘이 유전자 발현에 미치는 숨겨진 영향

Seoul과학자들은 DNA에 가해지는 물리적 힘을 연구함으로써 유전자가 어떻게 발현되는지를 더 잘 이해하고 있습니다. 이 힘은 전통적인 교과서에서 잘 다루어지지는 않지만 유전자 전사에 중요한 역할을 합니다. 클렘슨 대학교의 로라 핀지와 그녀의 연구팀은 세포 내부의 기계적 긴장과 비틀림이 RNA 중합효소, 즉 DNA를 메신저 RNA로 변환하는 단백질에 어떤 영향을 미치는지를 연구하고 있습니다.

이 연구의 주요 발견 사항은 다음과 같습니다:

기계적 힘은 RNA 중합효소(RNAP)의 동작에 영향을 미쳐 전사 과정을 조절할 수 있습니다. RNAP는 전사 완료 후에도 DNA 템플릿에 남아 있어 같은 DNA 구간에서 여러 번 전사가 가능할 수 있습니다. RNAP와 DNA의 상호작용은 가해지는 힘에 따라 달라질 수 있으며, 이는 인접 유전자의 양과 규제에 중요한 영향을 미칩니다.

연구에 따르면, 자석 핀셋을 사용하여 박테리아의 RNA 중합효소(RNAP)가 mRNA 합성 후에도 항상 DNA에서 떨어지지 않을 수 있다는 것을 보여줍니다. 이는 전통적으로 RNA 중합효소가 전사 후 DNA에서 분리된다는 생각에 도전하는 결과입니다. 대신, RNA 중합효소는 역방향으로 이동하거나 다른 시작점으로 이동하여 새로운 전사를 시작할 수 있습니다. 이러한 과정은 '힘에 의한 재활용'이라고 불리며, 반복적으로 복사되는 유전자에 영향을 미칩니다.

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이 연구는 유전자 조절 방식을 이해하는 데 중요합니다. 기계적 힘을 변화시킴으로써 유전자가 켜지거나 꺼지는 시점과 방식을 보다 효과적으로 관리할 수 있을 것입니다. 예를 들어 RNAP의 하위 단위 등 특정 부분을 변경하면, 질병을 유발하는 단백질의 생성이 중단되거나 변경될 수 있습니다. 알파 하위 단위의 끝 부분은 프로모터 영역을 찾는 데 중요한 역할을 하기 때문에, 이 부분을 수정하면 전사가 진행되는 방식에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

유전체의 모든 부분이 동일한 방식이나 시간에 재활용되는 것은 아닙니다. 이러한 차이를 연구함으로써, 과학자들은 다양한 세포 유형과 생애 단계에서 이러한 재활용 과정이 언제 어디서 이루어지는지를 보여주는 상세한 지도를 만들 수 있을 것입니다. 이를 통해 유전자의 작동 방식에 대한 이해를 높이고, 맞춤형 치료법 개발에 도움을 줄 수 있습니다.

최근의 연구는 생물학적 화학물질에 대한 조사에 그치지 않고 유전적 과정을 영향을 미치는 물리적 힘도 고려하고 있습니다. 이로 인해 유전자 발현이 생각보다 훨씬 가변적이라는 사실이 밝혀졌으며, 생화학 및 의학 연구에 새로운 가능성을 열어주었습니다. 이러한 물리적 효과를 이해함으로써 유전자 활성화의 문제를 해결하거나 조정하기 위한 새로운 치료법을 개발할 수 있을 것입니다.