파라무테이션

후생유전학에서 파라메타레이션은 하나의 위치에서 두 개의 알레르기가 다른 알레르기의 유전적 변화를 유도하는 상호작용이다.^[1] 그 변화는 DNA 메틸화 또는 히스톤 수정의 패턴에 있을 수 있다.^[2] 변화를 유도하는 알레르기는 파라무타게닉이라고 하는 반면 후생적으로 변형된 알레르기는 파라메타닉이라고 불린다.^[1] 파라메타제닉 알레르기가 더 이상 존재하지 않더라도, 파라메타제닉 알레르기가 유전자의 발현 수준을 변화시켰을 수 있다.^[1] 적절한 번식을 통해, 파라메타레이션은 같은 유전적 서열을 가지지만, 현저하게 다른 표현형을 가진 형제자매를 낳을 수 있다.^[3]

주로 옥수수에 대해 연구되었지만, 파라메타레이션은 드로소필라 멜라노가스터와 생쥐와 같은 동물 시스템을 포함한 많은 다른 시스템에서 설명되어 왔다.^[1][4] 광범위한 분포에도 불구하고, 이러한 현상의 예는 드물고 그 메커니즘이 완전히 이해되지 않는다.

역사

파라무트화라고 불리게 될 것에 대한 첫 번째 설명은 윌리엄 베이슨과 캐롤라인 펠루에 의해 1915년에 주어졌는데, 그 때 그들은 그들의 "불량" 표현형을 항상 그들의 자손에게 전달하는 "불량" 완두콩을 묘사했다.^[5] 그러나 파라메타션에 대한 최초의 공식적인 설명은 1950년대 위스콘신-매디슨 대학의 R.A. 브링크에 의해 제시되었는데, 그는 메이즈(Zea mays)에서 그의 연구를 했다.^[5] 브링크는 붉은 색소를 옥수수 알맹이에 혼동시키는 전사 인자를 인코딩하는 maize에 있는 붉은1 (r1) 로커스의 특정 약하게 표현된 알레르기가 유전적으로 강하게 표현된 알레르기를 약한 표현 상태로 바꿀 수 있다는 것을 알아챘다.^[1] 변화된 알레르기에 의해 채택된 약한 표현 상태는 유전될 수 있으며, 다시 이차 파라메타션이라고 불리는 프로세스에서 다른 활성 알레르기의 표현 상태를 변경할 수 있다.^[1] 브링크는 파라무타게닉 알레르기의 영향이 여러 세대에 걸쳐 지속될 수 있다는 것을 보여주었다.^[1]

설명

그들이 접촉하는 알레르기에 유전적인 변화를 일으키는 알레르기를 파라무타게닉이라고 하며, 그것들에 의해 수정된 알레르기는 파라메타닉이다. 이 상호작용에 참여하지 않는 알레르기를 중립이라고 한다. 유기체에 함께 존재할 때, 파라메타 가능한 알레르기는 파라무타겐 알레르기로 전환되며, 이후 세대에 파라메타겐성을 유지한다. DNA 시퀀스의 변화는 이러한 변형에 수반되지 않지만, 후생유전학적 수정(예: DNA 메틸화)은 파라메타게닉과 파라메타제닉을 파라메타니아성 대립과 구별한다. 대부분의 경우, 그것은 고도로 필사되는 파라메타니아 알레르기와 거의 또는 전혀 기록되지 않는 파라메타겐 알레르기가 있다.

첫 번째로 기술되고 가장 광범위하게 연구된 예는 maize의 r1 locus이다. 이 로커스의 유전자는, 적극적으로 전사했을 때, 안토시아닌의 생성을 촉진하는 전사 인자에 대한 코드로, 자줏빛 색상의 커널이 생기게 된다. B'라고 불리는 이 위치의 한 알레르기는 다른 알레르기의 메틸화를 유발할 수 있다. 이 메틸레이션은 전사 감소를 초래하고 그 결과 안토시아닌 생산을 감소시킨다. 이 알레르기는 DNA 서열에서는 차이가 없지만 DNA 메틸화의 정도는 다르다. 다른 파라메타션의 예와 마찬가지로 B-I의 이러한 변화는 B의 알레르기에 안정적이고 유전적인 것이라고 주장한다. 다른 유사 파라메타레이션의 예는 모델 시스템 아라비도시스 탈리아니아와 유전자이전 페튜니아와 같은 다른 식물뿐만 아니라 다른 maize loci에도 존재한다.^[6][7][8]

파라무트레이션은 과일 파리, 꽃병, 쥐와 같은 동물들에서도 기록되어 왔다.^[1][4][9]

메커니즘

파라메타레이션이 유기체에 따라 작용하는 특정한 메커니즘이 다르지만, 잘 문서화된 모든 사례들은 파라메타화의 기본 메커니즘으로 후생유전학적 수정과 RNA 음소화를 가리킨다.^[1]

maize에서 r1 locus의 경우, 유전자의 부호화 영역 근처에서 탠덤 영역의 DNA 메틸화가 파라무타게닉 B' alle의 특징이며, 파라마블 B-I alle이 파라무타게닉이 되면, 동일한 DNA 메틸화 패턴을 취하기도 한다.^[10] 이 메틸화가 성공적으로 전달되기 위해서는 RNA 의존성 RNA 중합체 및 RNA 음소거 경로의 다른 구성요소에 대한 다수의 유전자 코딩이 필요하며, 이는 파라무트가 내생성 RNA 음소거 경로를 통해 매개된다는 것을 시사한다.^[1] 탠덤 반복 영역에서 발생하는 짧은 간섭 RNA의 전사는 이것을 확증한다. 드로필라와 같은 동물 시스템에서도 piRNA가 매개에 관여했다.^[4] 특징적인 DNA 메틸화 상태 변화 외에도 메틸화 DNA 부위의 히스톤 수정 패턴의 변화 및/또는 파라메터화를 중재하기 위한 히스톤 수정 단백질의 요구조건이 여러 시스템에서 언급되어 왔다.^[2][9] 이러한 히스톤 수정이 파라메타화 상태를 유지하는 역할을 하는 것으로 제안되었다.^[2] 앞서 언급한 r1 로커스의 탠덤 반복 영역은 파라메타레이션 또는 파라메타레이션 유사 현상을 보여주는 다른 로키에도 대표적이다.^[5]

그러나 RNAi 매개 전사 음소거에 대해 알려진 것으로 파라메타레이션의 모든 발생 및 특징을 설명할 수는 없다는 점에 주목하여 다른 경로 및/또는 메커니즘도 작동 중임을 시사했다.^[7]

시사점

paramutagenic alles (maize의 r1 locus에서 b'와 같이)의 높은 침투가 paramutagenic alle 또는 paramable alle을 고정으로 몰고 갈 것이기 때문에, 특정 개체에서 관측 가능한 paramutation을 보이는 유전자는 상대적으로 거의 없을 것으로 추측되었다.^[3] 그러나 낮은 관입구가 있는 파라무타게닉 알레르기가 있는 다른 위치에서의 파라메타레이션은 지속될 수 있으며, 이를 식물 사육업자가 고려해야 할 수도 있다.^[3]

과일파리나 생쥐와 같은 동물에서 파라무트화, 즉 파라무트화 유사현상의 예가 있기 때문에 파라무트화(paramutation)는 멘델리아인이 아닌 유전 패턴을 보이는 일부 인간 질병의 발생을 설명할 수 있을 것으로 제안되었다.^[11]

참조