약 5 억 년 전, 진핵 생물 발달 과정을 영원히 변화시킬 수있는 것은 운이 좋은 유기체의 게놈에서 양조되었습니다 : pax6 라는 유전자 . 유전자는 원시적 시각 시스템의 형성을 조율 한 것으로 생각되며, 오늘날 유기체에서는 2,000 개 이상의 유전자를 모집하여 눈의 다른 부분을 건설하는 유전자 캐스케이드를 시작합니다.
.pax6 전사 인자를 암호화하는 수천 개의 유전자 중 하나 일뿐입니다. 유전 학자들은 비교적 단순하고 직접적인 기능을 가진 유전자가 어떻게 진화했는지 이해하는 데 도약했지만, 전사 인자에 대한 설명은 크게 과학자들을 피했다. 문제는 전사 인자의 성공이 게놈 전체에 걸쳐 수많은 부위를 동시에 표적으로 표적으로하는 방법에 달려 있다는 것입니다. 자연 선택이 어떻게이를 가능하게하는지 상상하기는 어렵습니다. Cornell University의 분자 생물 학자 인 Cédric Feschotte는이 대답은 눈과 같은 복잡한 진화론적인 참신함이 어떻게 발생하는지 이해하는 열쇠를 가지고 있다고 말했다.
10 년 이상, Feschotte는 진핵 생물 게놈의 궁극적 인 혁신가로서 트랜스 포손을 지적했습니다. 트랜스 포손은 스 플라이 싱 효소를 사용하여 스스로 복사하고 게놈 전체에 해당 카피를 삽입 할 수있는 유전 적 요소입니다. Feschotte는 마침내 그가 찾고있는 흡연 총을 발견했을 것입니다. 그와 그의 동료들이 최근 Science 에서보고 한 것처럼 ,이 점프 유전자는 지난 3 억 년 동안 테트라 포드에서 거의 100 회 다른 유전자와 융합되었으며, 결과적으로 많은 유전자 매시업이 전사 인자를 암호화 할 가능성이 높습니다.
이 연구는 pax6 과 같은 소위 마스터 레귤레이터 새 연구의 첫 번째 저자 인 Rachel Cosby는 Feschotte의 실험실에서 박사 학위를 받았으며 현재 National Institutes of Health의 박사 학위를 받았다고 말했다. 비록 과학자들은 이론을 이론화했다 수백만 년 전에 트랜스 포손에서 발생했지만 그 이후로 돌연변이는 그것이 어떻게 형성되었는지에 대한 단서를 가렸다. "우리는 그것이 아마도 트랜스 포손에서 파생 된 것을 알 수 있었지만 오래 전에 우리가 창문이 어떻게 진화했는지보기 위해 창을 놓쳤다"고 그녀는 말했다.
이 연구에 관여하지 않은 호주 애들레이드 대학의 생물 정보학 및 계산 유전학 의장 인 David Adelson은 다음과 같이 말했습니다 :“이 연구는 이러한 새로운 유전자가 어떻게 형성 될 수 있는지에 대한 좋은 기계적인 이해를 제공하며, 트랜스 포슨 활동 자체를 원인으로 제곱적으로 연루시킵니다.”
.과학자들은 트랜스 포손이 소수의 트랜스 포손의 독특한 유전자 서명을 보았 기 때문에 확립 된 유전자와 융합 할 수 있다는 것을 오랫동안 알고 있었지만, 이러한 융합 사건의 배후에있는 정확한 메커니즘은 크게 알려져 있지 않았다. 거의 600 개의 테트라 포드에서 트랜스 포손 시그니처를 갖는 유전자를 분석함으로써, 연구원들은 트랜스 포손과 융합 될 수있는 106 개의 별개의 유전자를 발견했다. 인간 게놈은 이런 식으로 태어 났을 가능성이있는 44 개의 유전자를 운반합니다.
진핵 생물에서 유전자의 구조는 복잡합니다. 단백질을 만들기위한 청사진은 인트론에 의해 분해되기 때문입니다. 이들 비 코딩 서열은 전사되지만 단백질로의 번역이 발생하기 전에 메신저 RNA 전 사체에서 빠져 나옵니다. 그러나 Feschotte의 새로운 연구에 따르면 트랜스 포슨은 때때로 인트론으로 뛰어 들어 번역되는 것을 바꿀 수 있습니다. 이러한 경우 중 일부에서 퓨전 유전자에 의해 제조 된 단백질은 원래 생성물의 매시업이며 트랜스 포손의 스 플라이 싱 효소 (트랜스 포지 제).
Adelson은 퓨전 단백질이 생성되면“게놈 전체에 산란 된 잠재적 결합 부위 세트가있다”고 말했다. 융합 단백질에 대한 잠재적 인 결합 부위가 많을수록 세포에서 유전자 발현을 변화시킬 가능성이 높아서 새로운 기능을 야기 할 가능성이 높다.
.Feschotte는“이것은 새로운 유전자 일뿐 만 아니라 단백질을위한 완전히 새로운 건축물입니다.
Cosby는이 연구에서 묘사 된 106 개의 퓨전 유전자를“빙산의 가장 작은 팁”으로 설명했습니다. Adelson은 이유에 동의하고 설명했다 :기능적, 비유 한 단백질에 대한 퓨전 유전자를 무작위로 생성하는 사건은 일련의 우연의 일치에 의존하며 매우 드문 일이어야한다. 퓨전 유전자가 인구 전체에 퍼지고 시간의 시험을 견딜 수있게하려면 자연도 어떤 식 으로든 긍정적으로 선택해야합니다. 연구원들이 연구에 설명 된 사례를 쉽게 알았으므로 트랜스 포손은 반드시 융합 사건을 훨씬 더 자주 발생시켜야한다고 그는 말했다.
Feschotte는“이러한 모든 단계는 거의 발생하지 않을 가능성이 거의 없지만 이것이 진화가 작동하는 방식입니다. "매우 기발하고 기회 주의적이며 결국 거의 가능성이 낮지 만 수억 년의 시간에 반복해서 일어나는 것을 볼 수 있습니다."
.융합 유전자가 전사 인자로 작용했는지 여부를 테스트하기 위해 Cosby와 그녀의 동료들은 2,500 만에서 4,500 만 년 전에 박쥐로 진화 한 것, 즉 진화 시간의 눈이 깜박입니다. 그들이 BAT 게놈에서 그것을 삭제하기 위해 CRISPR을 사용했을 때, 변화는 인상적이었다. 제거는 수백 개의 유전자를 조절하지 않았다. 그들이 복원하자마자 정상적인 유전자 활동이 재개되었습니다.
Adelson에게 이것은 Cosby와 그녀의 공동 저자가 실제로“이 퓨전 사건 중 하나를 행위에서 잡았다”는 것을 보여줍니다. 그는 다음과 같이 덧붙였습니다.“새로운 전사 요소가 비교적 최근에 인수 된 경우 전사 네트워크의 도매 재향향을 유발할 것으로 기대하지 않기 때문에 특히 놀랍습니다.”
.연구자들은 다른 융합 단백질의 기능을 결정하지 않았지만, 전사 인자의 유전 적 특징이있다 :융합 단백질의 약 3 분의 1은 동물에서 DNA 전사를 억제하는 것과 관련된 크랩이라고 불리는 부분을 포함한다. Feschotte는 Transposases가 Krab-encoding 유전자와 융합하는 경향이 왜 미스터리라고 말했다.
트랜스 포손은 진핵 생물 DNA의 무거운 덩어리를 포함하지만, 유기체는 그들의 활동을 신중하게 조절하고 게놈 불안정성 및 유해한 돌연변이와 같은 문제로 인한 혼란을 방지하기위한 극단적 인 조치를 취한다. 이러한 위험은 융합 유전자가 때때로 질서 정연한 유전자 조절을 위험에 빠뜨리는 지 궁금해했다. "당신은 한 가지를 교란하고있을뿐만 아니라, 당신은이 모든 캐스케이드를 섭취하고 있습니다." "이 모든 것들의 표현을 바꾸고 세 머리 박쥐가 없어야 하는가?" 그러나 Cosby는 유해한 형태 형성 변화를 유발하는 융합 유전자가 인구를 통해 쉽게 전파 될 가능성은 거의 없다고 생각합니다.
.Purdue University의 식물 유전학자인 Damon Lisch는 트랜스 포블 요소를 연구하고 연구에 관여하지 않았 으며이 연구는 트랜스 포손이“정크 DNA”라는 광범위하지만 잘못된 개념에 반대하기를 희망한다고 말했다. 트랜스처 시브 요소는 엄청난 양의 다양성을 생성하며 태반과 적응 면역 체계의 진화에 연루되어 있다고 그는 설명했다. "이것은 정크가 아닙니다. 그들은 장시간 매우 적극적으로 선택된 게놈에서 작은 생물을 살고 있으며, 그 의미는 게놈에 머무르기 위해 새로운 기능을 진화 시킨다는 것입니다."
이 연구는 트랜스 포 사제 융합 유전자의 기본 메커니즘을 강조하지만, 대부분의 새로운 유전자 물질은 유전자 복제를 통해 형성되는 것으로 생각되며, 여기서 유전자는 실수로 복사되고 엑스트라는 돌연변이를 통해 분기됩니다. 그러나 많은 양의 유전 물질이 새로운 단백질 기능이 상당하다는 것을 의미하지는 않는다고 융합 단백질의 기능을 계속 조사하고있는 Cosby는 말했다.
예일 대학의 분자 유전 학자 인 데이비드 샤츠 (David Schatz)는“진화는 궁극적 인 땜장이이자 궁극적 인 기회 주의자이다. "Evolution을 제공하면 도구를 바로 사용하지 않을 수도 있지만 조만간이를 활용할 것입니다."
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