DNA Methylation (후성 유전학 epigenetics, DNA 메틸화, hypomethylation, hypermethylation)

DNA methylation database 서치 작업 중 dna 메틸화가 무엇인지 궁금해져서 정리하는 글

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• Epigenetics 후성 유전학이란?

- DNA 염기 서열의 변화 없이 유전자 발현과 같은 기능의 변화가 일어나는 과정을 알아내는 새로운 영역의 학문

 

- Epigenetic regulation: DNA 메틸화, 히스톤의 번역 후 공유결합 (아세틸화, 인산화, 메틸화, 유비퀴틴화, 수모화 포함)을 통한 히스톤의 변화, ATP-의존적인 염색질 구조변화, 히스톤 단백질 교환처럼 염기서열의 변화 없이 유전자 활성조절을 통해 특정 유전자의 발현상태를 안정적으로 변형, 유지하고, 이를 체세포분열이나 감수분열을 통해 자손에게 전달하는 과정

 

• DNA 메틸화

- 후성유전학의 대표 기전(mechanism)

 

 

- DNA 메틸 전이 효소에 의해 DNA의 cytosine 염기에 메틸기가 전이되는(붙는) 정상 효소 반응으로 발생과 발달, X 염색체 비활성화, 외부 기생 유전체의 발현 억제 등 정상 세포의 기능에 아주 중요

 

- DNA 메틸화가 증가하거나 감소하는 이상조절 현상은 암세포와 종양조직에서 흔히 관찰

 

- 암 진단 및 치료의 표지인자로 사용

 

- 암세포에서는 유전체 전반의 메틸화 정도는 감소하나 (Global genomic hypomethylation), 정상 세포에서는 메틸화가 일어나지 않았던 CpG 섬 (CpG island) promoter 부분의 DNA 메틸화 (CpG island hypermethylation)로 인하여 유전자 발현이 억제 (정상적인 세포의 DNA: 전체적으론 사이토신에 메틸화, 프로모터 부위는 거의 메틸화 X //// 암 세포: 프로모터 부위에 집중적으로 메틸화 진행, DNA 전체적으로는 메틸화가 오히려 감소)

 

- 암 억제 유전자의 프로모터에 DNA 메틸화가 일어나면 그 발현이 억제됨으로써 발암의 한 원인으로 작용

 

- 프로모터의 hypermethylation(과메틸화) -> 종양 억제 유전자의 스위치를 꺼서 암 발생

 

- DNA 전체의 hypomethylation(저메틸화) -> DNA 구조의 불안정성 가중시켜 암 발생

 

hypermethylation/hypomethylation

 

• 암과 DNA 메틸화

1. 메틸화의 이중적 작용(프로모터 혹은 CpG island의 과메틸화, DNA 전반의 저메틸화)가 암을 일으키는 핵심 메커니즘

2. 암종마다 특별하게 관여하는 종양억제유전자의 메틸화가 암의 진행단계에서 중요

3. 치료의 예후나 약물 반응, 재발 여부 등 관찰에도 도움이 됨

4. 장기별, 조직별로 다름 (ex: ER 유전자 프로모터의 메틸화 경우 유방암에서는 과메틸화, 대장암에서는 저메틸화, 같은 폐암이라도 암 조직의 한 가운데와 정상 조직의 경계 부위의 DNA 메틸화 정도 다름)

 

++ 참고

CpG island(CpG 섬)

- DNA 특정 부위에 CG 조합(사이토신, 구아닌)이 몰려있는 곳

 

- 유전자의 스위치에 해당하는 promoter 위치에 이런 구조 집중되어 있음

 

- 대부분의 사이토신이 메틸화 되어 있지만, CpG 섬의 사이토신은 거의 메틸화 X --> 프로모터 위치에 전사체가 결합하기 좋도록 열린 크로마틴 구조 유지 가능