모자이크(유전자)

Mosaic (genetics)
Tulip flower with one side red and one side yellow.
모자이즘을 보여주는 튤립 꽃.

모자이즘 또는 유전적 모자이즘은 유전자 돌연변이의 [1][2]결과로 단일 유기체가 하나 이상의 유전자 계열을 갖는 다세포 유기체의 상태이다.이것은 하나의 수정란에서 다양한 유전자가 나왔다는 것을 의미한다.유전자 모자이크는 종종 모자이즘과 유사하게 두 개 이상의 유전자형이 한 개인에서 발생하는 키메라즘과 혼동될 수 있다.그러나 키메라증에서 두 유전자형은 돌연변이나 염색체 손실보다는 배아 발달 초기 단계에서 하나 이상의 수정 접합자의 융합에서 발생한다.

유전자 모자이크는 염색체 비접합, 무지외상 지연, 그리고 [3]내복제를 포함한 많은 다른 메커니즘에서 발생할 수 있습니다.무지외상 지연은 이식 전 [3]태아에서 모자이즘이 발생하는 가장 일반적인 방법이다.모자이즘은 또한 발달하는 동안 하나의 세포에서 돌연변이가 일어나는데, 이 경우 돌연변이는 딸 세포에만 [4]전달될 것이다.체세포 모자이즘은 일반적으로 생식세포에 [2]영향을 주지 않기 때문에 일반적으로 유전되지 않는다.

역사

1929년에 알프레드 스터테반트는 [5]파리속인 드로소필라에서 모자이즘을 연구했다.1930년 뮬러는 드로소필라의 모자이즘이 항상 염색체 재배열과 연관되어 있다는 것을 증명했고 1936년 슐츠는 연구된 모든 경우에서 이러한 모자이즘의 본질에 대한 몇 가지 가설이 제안되었다.한 가설은 모자이즘이 염색체 세그먼트의 파손과 손실로 인해 나타난다고 가정했다.1935년 커트 스턴은 염색체의 구조적 변화가 체세포의 돌연변이나 작은 염색체 재배열의 결과로 체세포 교배의 결과로 일어난다고 가정했다.따라서 불활성 영역은 불활성 [6]영역에 인접한 활성 세그먼트에서 돌연변이 빈도 또는 작은 염색체 재배열을 일으킨다.

1930년대에 스턴은 감수분열에서 정상적인 유전자 재조합이 [7][8]유사분열에서도 일어날 수 있다는 것을 증명했다.그러면 체세포 모자이크가 생깁니다.이 유기체들은 유전적으로 다른 [9]두 가지 이상의 조직을 가지고 있다.체세포 모자이즘이라는 용어는 1956년 CW Cotterman이 항원변이에 [10]대한 그의 논문으로 사용했다.

1944년 벨고브스키(Belgovskii)는 모자이크 현상이 이색 불활성 영역을 포함한 염색체 배열에 의해 야기된 특정 모자이크 발현을 설명할 수 없다고 제안했다.생화학적 활동의 관련 약화는 그가 유전자 [6]키메라라고 부르는 것으로 이어졌다.

종류들

생식선 모자이크

주요 기사:생식선 모자이크

생식선 또는 생식선 모자이즘은 일부 생식체(예: 정자 또는 난모세포)가 돌연변이를 운반하지만 나머지는 [11][12]정상인 모자이즘의 특정 형태이다.원인은 대개 생식체의 전부 또는 일부를 발생시킨 초기 줄기세포에서 발생한 돌연변이입니다.

체성 모자이크

체세포 모자이크는 우리 몸의 체세포가 하나 이상의 유전자형일 때 발생한다.더 일반적인 모자이크에서는 최초 또는 이후 분열에서의 유사분열 오류로 인해 하나의 수정란 세포에서 다른 유전자형이 발생한다.

모자이즘을 일으키는 체세포 돌연변이는 인간의 [10]삶의 시작과 끝 단계에서 흔하다.체세포 모자이크는 장기간에 걸쳐 배치된 핵원소-1(LINE-1 또는 L1)과 Alu 전이성 [10]원소의 역전이 때문에 배아 발생에서 흔히 발생한다.초기 발달에서, 분화되지 않은 세포 유형의 DNA는 [10]게놈의 긴, 비메틸화 영역 때문에 이동 요소 침입에 더 취약할 수 있다.또, DNA 카피 에러의 축적이나 일생에 걸친 손상은, 노화 인간에 있어서의 모자이크 조직의 발생을 증가시킨다.지난 세기에 수명은 급격히 늘어났기 때문에, 인간 게놈은 돌연변이 [10]유발의 누적 효과에 적응할 시간이 없었을지도 모른다.따라서, 암 연구는 체세포 돌연변이가 일생 동안 점점 더 많이 존재하며 대부분의 백혈병, 림프종, 그리고 고형 [13]종양의 원인이 된다는 것을 보여주었다.

트리소미, 모노소미 및 관련 조건

태아 진단을 통해 발견된 모자이크의 가장 흔한 형태는 삼차 신경절제술이다.비록 대부분의 형태의 삼출술이 감수 분열의 문제로 인해 발생하며 유기체의 모든 세포에 영향을 미치지만, 일부 세포에서만 삼출술이 발생하는 경우도 있다.이것은 일부 삼염색체 세포에서 [14]염색체 손실을 초래하는 초기 유사분열에서 비접합 이벤트에 의해 발생할 수 있다.일반적으로 이것은 같은 질환을 가진 비모자이크 환자보다 가벼운 표현형으로 이어진다.

드문 경우지만, 간성 조건은 신체에 XX와 XY 염색체가 있는 모자이크로 인해 발생할 수 있다(46, XX/XY).[15][16]X염색체를 2개 가진 파리가 암컷이고 X염색체를 1개 가진 파리가 무균 수컷인 초파리 Drosophila melanogaster에서 X염색체를 배아발육 초기에 상실하면 성적 모자이크(gynandromorphs)[5][17]가 발생할 수 있다.마찬가지로, Y 염색체의 손실은 XY/X 모자이크 [18]남성을 야기할 수 있다.

이것의 한 예는 46,XY/47,XXY 모자이크라고 불리는 더 가벼운 형태의 클라인펠터 증후군 중 하나입니다. 환자의 세포 중 일부는 XY 염색체를 포함하고 일부는 XXY 염색체를 포함합니다.46/47의 주석은 XY 세포가 46개의 총 염색체를 가지고 있고, XXY 세포는 총 47개의 염색체를 가지고 있다는 것을 나타낸다.

또한 일부일치성은 어떤 형태의 모자이즘을 나타낼 수 있다.인간에게 일어나는 유일한 비치사적 완전단일절제술은 터너 증후군을 일으키는 것이다.터너 증후군의 약 30%는 모자이즘을 나타내며, 완전한 단층 절제술(45, X)은 약 50-60%의 사례에서 발생한다.

그러나 모자이즘이 반드시 해로울 필요는 없다.역성 체세포 모자이즘은 돌연변이, 병원성 대립 [19]유전자의 자발적 교정을 수반하는 드문 재조합 사건이다.역모자이즘에서, 유사분열 재조합에 의해 형성된 건강한 조직은 [19]혈액과 상피와 같은 조직의 원래의 주변 돌연변이 세포를 능가할 수 있습니다.색종이 피부 질환의 경우, 정상적인 피부 반점이 일찍 나타나며 [19]시간이 지남에 따라 수와 크기가 증가한다.

이동 요소, DNA 중합효소 미끄러짐, 그리고 불균형한 [10]염색체 분리를 포함한 다른 내인성 요인들도 모자이즘을 초래할 수 있다.외인성 요인으로는 니코틴과 자외선이 [10]있다.X선 치료를 사용하여 드로소필라에서 체세포 모자이크가 생성되었으며, 체세포 돌연변이를 유도하기 위한 조사 사용은 [20]유전학 연구에 유용한 기술이 되었다.

진정한 모자이즘은 유기체의 모든 세포가 같은 유전자형을 가지고 있지만 다른 세포에서 X 염색체의 다른 복사가 발현되는 X 불활성화 현상으로 오해해서는 안 된다.후자는 정상적인 (XX) 암컷 포유류의 경우이지만 표현형(칼리코 고양이)에서 항상 보이는 것은 아니다.그러나 모든 다세포 유기체는 어느 정도 [21]체세포 모자이크일 가능성이 높다.

간염색체 모자이즘

생식체 모자이즘은 생물 발달 초기에 발생하며 생식선과 체세포에 [1][22]모두 존재하는 체세포 모자이즘의 일종이다.체세포 모자이즘은 보통 생식세포에 영향을 주지 않기 때문에 일반적으로 유전되지 않는다.생식체 모자이즘의 경우, 유기체는 [22]체세포와 생식세포에 모두 존재하기 때문에 잠재적 자손을 포함한 유전적 변화를 전달할 가능성이 있다.

뇌세포 모자이크

신경 유전체 모자이크의 빈번한 유형은 복사 번호 변화이다.그러한 변이의 가능한 원인은 DNA 손상과 체세포 [23]재조합의 잘못된 복구일 수 있다.

Human_somatic_variation# 도 참조해 주세요.인간_신체_변형_뇌내

유사분열 재조합

모자이크 조직을 만들 수 있는 한 가지 기본적인 메커니즘은 유사분열 재조합 또는 체세포 교차이다.그것은 1936년 드로소필라에서 커트 스턴에 의해 처음 발견되었다.모자이크 상태인 조직의 양은 세포 분열의 나무에서 교환이 일어나는 위치에 따라 달라집니다.드로소필라에서 볼 수 있는 "쌍둥이 반점"이라고 불리는 표현형 특성은 유사분열 재조합의 결과이다.그러나, 그것은 또한 재조합을 하는 유전자의 대립 유전자의 상태에 달려있다.트윈 스팟은 헤테로 접합 유전자가 반발, 즉 전이 국면에서 연결되어 있는 경우에만 발생합니다.재조합은 인접한 유전자의 동원체 사이에서 일어날 필요가 있다.이것은 드로소필라의 야생형 배경에 노란색 반점의 출현을 보여준다. 유사분열 재조합의 또 다른 예는 blm 유전자의 돌연변이에 의해 발생하는 블룸 증후군이다.결과 BLM 단백질에 결함이 있습니다.헬리케이스인 RecQ의 결함은 복제 중 DNA의 결손 해체를 촉진하므로 이 질환의 [24][25]발생과 관련이 있다.

실험 생물학에서 사용

유전 모자이크는 특별히 선택된 변종이 첫 번째 배아 세포 분열 중 하나에서[17] X 또는 Y[18] 염색체를 잃는 초파리에 사용될 때 특히 강력한 도구입니다.이러한 모자이크는 구애 행동,[17] 여성의 성적 [26]매력과 같은 것들을 분석하는데 사용될 수 있다.

보다 최근에는, 드로소필라 게놈에 통합된 트랜스젠의 사용이 이 시스템을 훨씬 더 유연하게 만들었다.플립 재조합효소(FLP)는 일반적으로 연구되고 있는 효모 사카로미세스 세레비시아의 유전자로 DNA의 짧은 배열인 "플립 재조합 효소 표적" 부위를 인식하고 그들 사이의 재조합을 유도한다.FRT 부위는 유전적으로 D. melanogaster의 각 염색체 팔의 동원체 근처에 삽입되었다.그런 다음 FLP 유전자는 선택적으로 유도될 수 있으며, 일반적으로 열충격 촉진제 또는 GAL4/UAS 시스템을 사용합니다.결과 클론은 부정적으로 또는 긍정적으로 식별할 수 있습니다.

음성표시가 된 클론에서 파리는 가시마커(일반적으로 녹색 형광단백질)를 코드하는 유전자와 연구대상 유전자의 대립 유전자(양쪽 모두 FRT 부위를 가진 염색체)에 대해 경헤테로 접합한다.FLP 발현 유도 후, 재조합을 하는 세포는 연구 중인 마커 또는 대립 유전자에 대해 자손 호모 접합을 가질 것이다.따라서 (어두운) 마커를 운반하지 않는 세포는 돌연변이를 운반하는 것으로 식별될 수 있다.

음으로 표시된 클론을 사용하는 것은 때때로 불편합니다. 특히 밝은 배경의 어두운 점을 보는 것이 어두운 배경의 밝은 점보다 더 어려운 매우 작은 세포 패치를 생성할 때 더욱 그렇습니다.스탠포드 대학의 교수인 Liquun Luo와 현재 Janelia Farm Research Campus에서 그룹을 이끌고 있는 박사 후 학생인 Tzumin Lee가 개발한 소위 MARCM (억제 가능한 세포 표지를 사용한 모자이크 분석) 시스템을 사용하여 긍정적인 표시를 한 클론을 만들 수 있습니다.이 시스템은 특정 셀에서 GFP를 표현하기 위해 사용되는 GAL4/UAS 시스템을 기반으로 합니다.단, GAL4의 작용을 억제하기 위해 GAL80 유전자를 사용하여 GFP의 발현을 방지한다.GAL80은 위와 같이 야생형 염색체를 마크하기 위해 GFP를 사용하는 것이 아니라 유사분열 재조합에 의해 제거되었을 때 GAL4가 기능하고 GFP가 켜지도록 이 목적을 수행한다.따라서 관심 셀이 어두운 [27]배경에 밝게 표시됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

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