염색체 구조 II: 줄기 루프와 원형 루프

Core Concepts

다세포 진핵생물의 염색체는 TAD라고 불리는 일련의 위상적으로 독립적인 루프로 구성되어 있다. TAD 경계부는 서로 다른 방향으로 결합하여 줄기 루프 TAD와 원형 루프 TAD를 형성한다. 이러한 루프 토폴로지의 차이는 물리적 및 조절 환경에 영향을 미친다.

Abstract

다세포 진핵생물의 염색체는 일련의 위상적으로 독립적인 루프 도메인인 TAD(topologically associating domains)로 구성되어 있다. TAD의 경계부는 서로 다른 방향으로 결합하여 줄기 루프 TAD와 원형 루프 TAD를 형성한다.

줄기 루프 TAD는 경계부가 머리-꼬리 방향으로 결합하여 형성되며, 원형 루프 TAD는 경계부가 머리-머리 방향으로 결합하여 형성된다. 이러한 루프 토폴로지의 차이는 물리적 및 조절 환경에 영향을 미친다.

줄기 루프 TAD는 인접한 TAD와의 상호작용이 억제되어 있지만, 원형 루프 TAD는 인접한 TAD와 활발하게 상호작용한다. 이에 따라 줄기 루프 TAD에 포함된 유전자는 인접 유전자의 영향을 덜 받지만, 원형 루프 TAD에 포함된 유전자는 인접 유전자의 영향을 더 받게 된다.

실험적으로 eve 유전자 영역의 TAD 토폴로지를 줄기 루프에서 원형 루프로 변환시킨 결과, eve 유전자의 기능이 부분적으로 저해되었다. 또한 eve 유전자의 조절 요소가 인접 유전자 eIF3j와 TER94의 발현을 약하게 활성화하는 것이 관찰되었다.

이러한 결과는 TAD 경계부의 방향성 결합에 따른 루프 토폴로지의 차이가 유전체의 물리적 구조와 유전자 발현 조절에 중요한 영향을 미친다는 것을 보여준다.

Stats

eve 유전자 영역의 λ DNA 대체 실험에서 2개 이상의 복부 치돌기 밴드가 결실된 유충의 비율이 야생형 대조군에 비해 약 2배 증가했다.
nhomie 역방향 대체와 homie 정방향 대체에서도 2개 이상의 복부 치돌기 밴드가 결실된 유충의 비율이 야생형 대조군에 비해 약 2배 증가했다.

Quotes

"줄기 루프 TAD는 인접한 TAD와의 상호작용이 억제되어 있지만, 원형 루프 TAD는 인접한 TAD와 활발하게 상호작용한다."
"eve 유전자 영역의 TAD 토폴로지를 줄기 루프에서 원형 루프로 변환시킨 결과, eve 유전자의 기능이 부분적으로 저해되었다."

Key Insights Distilled From

Chromosome Structure II: Stem-loops and Circle-loops

by Ke,W., Fujio... at www.biorxiv.org 01-03-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.01.02.573928v2

Deeper Inquiries

중단된 루프와 원형 루프 TAD 이외에 다른 유형의 TAD 토폴로지가 존재할 수 있는가?

현재까지의 연구 결과에 따르면, TAD의 토폴로지는 주로 TAD 경계부의 방향성 결합에 의해 결정됩니다. Stem-loop와 circle-loop는 가장 흔한 두 가지 형태로 알려져 있습니다. 그러나 TAD의 토폴로지는 다양할 수 있으며, 더 많은 연구가 필요합니다. 예를 들어, 다양한 종류의 TAD 경계부가 서로 상호작용하여 새로운 유형의 루프를 형성할 수 있습니다. 따라서 미래 연구에서는 다양한 종류의 TAD 토폴로지를 탐구하고 발견할 수 있을 것으로 기대됩니다.

중단된 루프와 원형 루프 TAD 이외에 다른 유형의 TAD 토폴로지가 존재할 수 있는가?

TAD 형성에 영향을 미치는 중요한 요인 중 하나는 TAD 경계부의 활동입니다. TAD 경계부는 염색체를 상호작용 독립적인 루프로 구성하는 역할을 합니다. 이러한 경계부는 염색체 영역을 분리하고 유전자 활동을 독립적으로 조절하는 데 중요합니다. 또한 TAD 경계부는 염색체 구조의 안정성과 유전자 발현의 정확성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 따라서 TAD 형성에는 경계부의 활동뿐만 아니라 다른 염색체 조직화 요인들도 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

TAD 토폴로지와 유전자 발현 조절의 관계를 더 깊이 이해하기 위해서는 어떤 추가적인 실험이 필요할까?

TAD 토폴로지와 유전자 발현 조절 간의 관계를 더 깊이 이해하기 위해서는 다양한 실험이 필요합니다. 예를 들어, TAD 경계부의 변형이 유전자 발현에 미치는 영향을 조사하는 실험을 수행할 수 있습니다. 또한 다양한 종류의 TAD 토폴로지를 형성하는 경계부를 조작하여 유전자 발현 패턴의 변화를 관찰할 수 있습니다. 더 나아가서, 다양한 조직 및 발달 단계에서 TAD 토폴로지의 변화와 유전자 발현 간의 상호작용을 연구하는 실험도 중요합니다. 이러한 실험을 통해 TAD 토폴로지와 유전자 발현 조절 간의 복잡한 상호작용을 더 깊이 파악할 수 있을 것으로 기대됩니다.