단일 게놈에서 진행되는 군비 경쟁

과학 기술

생물학적 군비 경쟁은 자연에서 흔한 일입니다. 예를 들어, 치타는 빠른 달리기에 적합한 날렵한 체형으로 진화하여 비슷하게 빠른 가젤을 잡아먹을 수 있으며, 그중 가장 빠른 가젤은 포식을 피할 수 있습니다. 분자 수준에서 면역 세포는 병원체를 정복하기 위해 단백질을 생산하며, 이는 결국 탐지를 피하기 위해 돌연변이를 진화시킬 수 있습니다.

잘 알려져 있지는 않지만, 게놈 내에서 일회성 게임이 펼쳐집니다. 펜실베이니아 대학의 생물학자들은 새로운 연구에서 위성이라고 불리는 반복적인 DNA의 뻗기와 관련된 양면 게놈 군비 경쟁의 증거를 처음으로 보여주었습니다. 군비 경쟁에서 빠르게 진화하는 위성에 "반대"하는 것은 해당 위성을 묶는 유사하게 빠르게 진화하는 단백질입니다.

위성 DNA는 유전자를 암호화하지 않지만 염색체를 처리하고 유지하는 분자 기계의 형성과 같은 필수적인 생물학적 기능에 기여할 수 있습니다. 위성 반복이 부적절하게 규제되면 이러한 중요한 프로세스가 손상될 수 있습니다. 이러한 혼란은 암과 불임의 특징입니다.

연구자들은 밀접하게 관련된 두 종의 초파리를 사용하여 의도적으로 종 불일치를 도입하여 이러한 군비 경쟁을 조사했습니다. 예를 들어 한 종의 위성 DNA가 다른 종의 위성 결합 단백질에 대해 구멍을 뚫는 것입니다. 그 결과 생식력에 대한 심각한 손상이 발생했으며, 이는 심지어 단일 게놈 수준에서도 진화의 섬세한 균형을 강조했습니다.

"우리는 일반적으로 우리의 게놈을 번식력 있고 생존 가능한 개체를 만들기 위해 단백질을 만들거나 조절하는 요소들의 응집력 있는 공동체로 생각합니다."라고 펜실베니아 대학 예술 및 과학 대학의 생물학 조교수이자 이번 연구의 수석 저자인 Mia Levine은 말합니다. , Current Biology에 게재됨. "이것은 우리의 게놈 요소 간의 협력에 대한 아이디어를 불러일으키며 이는 대체로 사실입니다.

"그러나 이러한 요소 중 일부는 실제로 우리에게 해를 끼친다"고 그녀는 말합니다. "이 불안한 아이디어는 그들을 견제할 메커니즘이 필요하다는 것을 시사합니다."

인간에게도 관련이 있을 가능성이 있는 연구자들의 발견은 위성 DNA가 때때로 위성 결합 단백질의 관리를 벗어날 때 생식력에 필요한 분자 경로 및 심지어는 심지어 관련 경로에 대한 영향을 포함하여 체력에 상당한 비용이 발생할 수 있음을 시사합니다. 암의 발달.

Levine 연구실의 박사후 연구원이자 이번 연구의 제1저자인 Cara Brand는 “이러한 발견은 겉보기에 보존되어 있고 필수적인 분자 경로에 영향을 미칠 수 있는 요소들 사이에 적대적인 진화가 있음을 나타냅니다.”라고 말했습니다. "이것은 진화의 시간이 지남에 따라 현 상태를 유지하기 위해 지속적인 혁신이 필요하다는 것을 의미합니다."

게놈이 유전자만으로 구성되지 않는다는 것은 오랫동안 알려져 왔습니다. 단백질을 생성하는 유전자 사이에는 Levine이 "gobbledygook"이라고 부르는 긴 부분이 있습니다.

"유전자가 단어이고 게놈의 이야기를 읽으면 다른 부분은 일관성이 없습니다"라고 그녀는 말합니다. "오랫동안 게놈 쓰레기로 무시되었습니다."

위성 DNA는 소위 "정크"의 일부입니다. 과학적 모델 유기체로 자주 사용되는 초파리 종인 Drosophila melanogaster에서 위성 반복은 게놈의 대략 절반을 구성합니다. 그러나 뚜렷한 기능적 결과 없이 매우 빠르게 진화하기 때문에 과학자들은 위성 반복이 신체에서 유용한 일을 할 가능성이 없다고 믿었습니다.

그러나 최근의 연구에서는 이 "정크 DNA" 이론을 수정하여 위성 반복을 포함하는 "gobbledygook"이 다양한 역할을 하며, 그 중 많은 부분이 핵의 게놈 무결성 및 구조 유지와 관련이 있음이 밝혀졌습니다.

"그래서 이것은 역설을 제시합니다"라고 Levine은 말합니다. "만약 반복성이 높은 게놈 영역이 실제로 중요한 역할을 하거나 제대로 관리되지 않으면 해로울 수 있다면 이를 점검할 필요가 있음을 시사합니다."

2001년에 과학자 그룹은 위성이 빠르게 진화하고 위성 결합 단백질이 이를 따라잡기 위해 진화하면서 공진화가 일어나고 있다고 제안하는 이론을 제시했습니다. 그 이후 20년 동안 과학자들은 이 이론을 지지해 왔습니다. 유전자 조작을 통해 이러한 연구에서는 한 종의 위성 결합 단백질을 밀접하게 관련된 종의 게놈에 도입하고 불일치의 결과로 어떤 일이 일어나는지 관찰했습니다.