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염색체 입체구조 포착 기술의 적용에 관한 연구

by 생활지킴이 2022. 12. 21.
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진핵생물의 게놈은 핵소체라고 불리는 세포핵의 미세한 공간을 채우는 밀집된 분자들(즉, 선형 염색체)로 구성되어 있다. 크로마틴 컨포메이션 캡처 3C 분석은 게놈의 3차원 구조와 크로마틴 재배열의 기능적 중요성을 이해하는 데 유용한 기술이다. 이 분석은 압축 수준이 특정 세포 유형에서 유전자 발현을 조절하기 위해 전사 인자의 염색질 접근성을 어떻게 지시하는지 조사할 수 있다.

 

진핵생물 게놈의 구성과 기능

진핵생물에서 게놈(genome)은 세포 과정에서 유전자 발현 패턴을 변화시킬 수 있는 형태 변화를 겪는 동적 구조이다. 또한 염색질은 DNA 서열과 관련 히스톤 단백질을 모두 포함하는 고분자 복합체로 정의될 수 있으며, 일반적으로 염색체라고 불리는 선형 길이의 DNA 분자로 나뉜다. 염색질의 3차원 구조는 게놈의 모든 영역에서 동일하지 않다. 헤테로크로마틴 도메인으로 알려진 비교적 압축된 영역이 있으며, 이는 전사 인자에 대한 접근을 방해하며, 에우크로마틴으로 알려진 전사 활성 영역도 많다. 게놈의 특정 영역은 분화와 같은 세포 과정에서 유전자 발현을 조절하기 위한 형태 변화를 겪을 수 있다는 것이 관찰되었다. 배아줄기세포 및 다른 세포 유형에서 잘 정의된 고차 염색질 구조가 이미 확인되고 기능적으로 특성화되었다. 게놈의 구조에 대한 평가는 복잡한 세포 표현형과 관련이 있을 수 있는 염색질 구조의 국소적 변화를 규명함으로써 과학계에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 3차원 변형은 후성유전학적 돌연변이(이상한 DNA 메틸화 또는 히스톤 변형) 및 암과 같은 복잡한 유전 질환과 관련된 결함 유전자 발현 패턴을 보이는 세포의 염색체 재배열과 관련이 있다.

 

 

 

크로마틴 컨포메이션 캡처란 무엇인가?

크로마틴 컨포메이션 캡처란 무엇인가? 염색체 적합성 캡처 프로토콜에는 장거리 유전자 조절을 평가하고 염색체 재배열(삭제, 삽입, 전사 중복) 및 위상적으로 관련된 도메인 경계 결정에 대한 잠재력을 이미 보여준 다양한 최첨단 분석이 포함된다. 특히, 크로마틴 컨포메이션 캡처(3C) 분석은 서로 다른 위치 사이의 쌍별 근접 측정을 분석하여 공간 크로마틴 조직을 이해하는 강력한 기술이다. 이러한 쌍별 차원은 주어진 게놈 영역, 연결 그룹, 염색체 또는 심지어 전체 게놈에 대한 3차원(3D) 모델을 도표화할 수 있게 한다.

 

 

 

C3 검사는 무엇을 포함합니까?

크로마틴 컨포메이션 캡처(C3) 분석은 여러 순차적 단계로 구성되며, 여기에는 크로마틴 세그먼트 간의 상호 작용을 포착하기 위한 포름알데히드 가교, 격리, 제한 효소를 사용한 소화, 마지막으로 결찰 등이 포함된다. 결과적으로 3C 라이브러리는 함께 연결된 제한 조각 모음을 포함하는 반면, 쌍별 염색질 상호 작용은 시스 조절 요소(예: 촉진자 및 강화자)의 조절 역할을 해독하는 데 도움이 될 수 있다. 3C 라이브러리는 또한 주어진 세포 집단에서 상호 작용하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 고해상도 분석에 유용하다. 또한 3C 또는 파생 프로토콜에 의해 검출된 상호작용 크로마틴 영역은 그러한 상호작용의 존재를 명확하게 확인하기 위해 다른 기술에 의해 이상적으로 검증되어야 한다(예: 형광 in situ hybridization assay).

 

3C 기반 평가

3C에서 파생된 기술 중 일부는 다음과 같다.

 

1. 원형 염색체 형태 포착(4C): 4C의 기술은 표적 게놈 위치와 상호 작용하는 서열을 포함하는 게놈 조각을 식별하는 데 사용된다. 더욱이, 이 프로토콜은 후생유전학적 조절이 어떻게 다중 게놈 위치에서의 상호작용에 의존할 수 있는지를 해독할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, C4 분석은 유전체 각인의 후성유전 현상과 관련된 모계 유전 H19 위치에서의 상호작용의 식별을 가능하게 했다.

 

2. 염색체 형태 캡처 탄소복사(5C): 보통 1메가베이스(1Mb)보다 작은 연결 그룹에 대한 제한 단편 간의 게놈 상호 작용을 식별할 수 있는 프로토콜이다.

 

3. ChIP 루프: ChIP-Loop Assay는 크로마틴 면역 침전(ChIP)과 3C 프로토콜을 결합하여 표적 단백질에 의해 매개되는 여러 위치 사이의 장거리 크로마틴 상호 작용을 감지한다.

 

4. Hi-C: 이 기술은 3C 접근법과 차세대 시퀀싱(NGS)을 결합하여 게놈 전체의 염색질 상호작용을 결정하는 데 사용됩니다. Hi-C는 DNA 단백질과 포름알데하이드의 가교결합, 샘플 단편화, 결합, 제한효소에 의한 소화에 의존한다.

 

5. Capture-C: C3, NGS 시퀀싱, 올리고뉴클레오티드 캡처 기술 등 3가지 기술을 결합해 크로마틴 상호작용을 분석하는 과정이다. 결합된 전략은 용액에서 특별히 설계된 RNA를 사용하여 표적 게놈 영역을 분리할 수 있게 한다.

 

 

 

C3 기반 방법: 저 너머의 미래

염색체 형태 포착 기반 분석은 공간 염색질 조직을 평가하는 데 있어 '금의 표준'이다. 이러한 전략은 우리가 염색체의 위치 사이의 잠재적인 상호작용을 인식할 수 있게 해 준다. 결과 뉴클레오타이드 서열의 게놈 서열은 상호 작용하는 게놈 영역을 정확하게 감지하는 데 중요하다. C3 분석의 파생 기술의 사용은 그러한 상호 작용에 대한 새로운 빛과 통찰력을 밝힌다. 가까운 미래에는 단일 세포를 위한 3D 게놈 아키텍처의 생체 내 실제 지도를 통합할 것으로 예상되며, 이는 유전자 발현 연구에 혁명을 촉발할 것이다.

 

 

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