뇌 과학 | 후성유전학(Epigenetics)의 정의, DNA메틸화, 연구역사 그리고 저명한 연구학자에 대해 알아보기

 

뇌과학 중 후성유전학에 대해 공부하겠습니다. 후성유전학의 정의 그리고 후성유전학의 메커니즘인 DNA메틸화에 대해 먼저 알아보고, 후성연구학의 역사 마지막으로 가장 저명한 연구학자에 대해서도 소개하겠습니다. 

 

 

후성유전학 (Epigenetics) 이란? 

후성유전학(영어: Epigenetics)은 유전체의 발현과 기능을 제어하는 메커니즘을 다루는 분야로, 유전자의 DNA 염기서열 이외의 환경적인 조절과 수정에 초점을 맞추고 있습니다. 후성유전학적 메커니즘은 DNA 서열 그 자체가 아니라, DNA 주위의 화학적 수정, 유전자 발현을 제어하는 단백질과 RNA 분자, 신호전달체 등의 다양한 요소와 조절체계에서 찾을 수 있습니다. 후성유전학적 조절은 환경적 요인에 따라 유전자의 발현을 증감시켜서 형질전환 및 질병 발생 등의 과정에 영향을 미칩니다. 후성유전학적 변화는 생물체 내부의 세포분화, 발생, 성숙, 생존 및 질병 발생에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 성인 뇌에서는 환경적 요인에 따라 후성유전학적 변화가 발생하여 학습과 기억 등의 인지기능을 조절합니다. 또한, 후성유전학적 변화는 각종 질병과의 연관성도 있습니다. 최근, 후성유전학적 연구는 개인 맞춤형 의학과 건강 관리 분야에서 중요한 응용 가능성을 가지고 있습니다. 이 분야에서는 개인의 후성유전학적 특성을 파악하여 질병 예방 및 치료를 개인에게 최적화된 방식으로 제공할 수 있는 전문의학 분야가 등장하고 있습니다.

 

 

DNA와 후성유전학의 상관관계는? 

DNA는 생물체의 유전정보를 담고 있는 분자로서, 생물체의 발달 및 기능을 결정합니다. 하지만 후성유전학적 메커니즘은 DNA 서열 이외의 다른 조절 요소들을 다룹니다. 후성유전학적 메커니즘은 주로 DNA 주변의 화학적 수정, 유전자 발현을 조절하는 단백질과 RNA 분자, 신호전달체 등에서 발견됩니다. 이러한 요소들은 DNA 서열 자체에 직접적인 영향을 미치지 않지만, DNA와 긴밀하게 상호작용하며 DNA의 발현과 기능을 조절합니다. DNA 주변의 화학적 수정은 주로 DNA 메틸화, 히스톤 수정 및 미세 RNA 등의 후성유전학적 메커니즘을 통해 조절됩니다. DNA 메틸화는 DNA 염기에서 메틸기(-CH3)가 추가되는 과정으로서, 유전자의 발현을 감소시키는 역할을 합니다. 히스톤 수정은 DNA를 감싸고 있는 단백질인 히스톤에 화학적인 변경이 일어나는 과정으로서, DNA의 발현과 구조를 조절합니다. 미세 RNA는 RNA의 작은 분자로서, 유전자 발현을 억제하거나 촉진하는 등의 역할을 합니다. 이러한 후성유전학적 메커니즘은 생물체가 자신의 환경과 상호작용하며 발생과 발전을 결정하는데 중요한 역할을 합니다. 따라서 후성유전학적 변화는 생물체의 발생과 성장, 질병 발생 등과 관련이 있습니다.

 

 

 

DNA메틸화 란?

후성유전학과 DNA는 밀접한 관련이 있습니다. DNA는 생물체의 유전정보를 담고 있는 분자로서, 생물체의 발달 및 기능을 결정합니다. 하지만 후성유전학적 메커니즘은 DNA 서열 이외의 다른 조절 요소들을 다룹니다. 후성유전학적 메커니즘은 주로 DNA 주변의 화학적 수정, 유전자 발현을 조절하는 단백질과 RNA 분자, 신호전달체 등에서 발견됩니다. 이러한 요소들은 DNA 서열 자체에 직접적인 영향을 미치지 않지만, DNA와 긴밀하게 상호작용하며 DNA의 발현과 기능을 조절합니다. DNA 주변의 화학적 수정은 주로 DNA 메틸화, 히스톤 수정 및 미세RNA미세 RNA 등의 후성유전학적 메커니즘을 통해 조절됩니다. DNA 메틸화는 DNA 염기에서 메틸기(-CH3)가 추가되는 과정으로서, 유전자의 발현을 감소시키는 역할을 합니다. 히스톤 수정은 DNA를 감싸고 있는 단백질인 히스톤에 화학적인 변경이 일어나는 과정으로서, DNA의 발현과 구조를 조절합니다. 미세 RNA는 RNA의 작은 분자로서, 유전자 발현을 억제하거나 촉진하는 등의 역할을 합니다. 이러한 후성유전학적 메커니즘은 생물체가 자신의 환경과 상호작용하며 발생과 발전을 결정하는데 중요한 역할을 합니다. 따라서 후성유전학적 변화는 생물체의 발생과 성장, 질병 발생 등과 관련이 있습니다.

 

 

후성연구학의 역사는?

후성유전학은 20세기 중반 이후 생물학 연구에서 중요한 역할을 하고 있는 분야 중 하나입니다. 하지만 이 분야의 선행 연구는 이미 이전부터 시작되었습니다. 1911년, 아메리칸 베이츠 연구소의 존 비그스(John Biggerstaff)는 암세포에서 보다 높은 수준의 염기 변형이 일어난다는 가설을 제시했습니다. 그러나 이 가설은 당시에는 큰 관심을 받지 못하였습니다. 1960년대, 덴마크의 고생물학자 앤즈 카일 헤르츠(Anker Køhler Hertz)와 독일의 생물학자 Heinrich Matthaei는 유전자 변이 연구를 하던 중, 세포 내부에서 활성화된 유전자가 억제되어 발현되지 않는 것을 발견했습니다. 이후 다양한 실험을 거쳐, 그들은 세포의 DNA에 화학적인 수정이 일어나는 것으로 판명되었습니다. 1964년, 미국의 생화학자 파트릭 프레드리크(Patrick Henry Freytag)은 유전자 발현을 조절하는 후성유전적 변화를 발견하였습니다. 그는 DNA에 메틸기(-CH3)가 결합하는 메틸화 현상이 유전자 발현을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 제시했습니다. 이후, 1970년대부터 후성유전학 연구는 급격한 발전을 이루어왔습니다. 이러한 발전은 DNA 메틸화 작용을 제어하는 메커니즘 및 이와 관련된 유전자 발현, 세포 분화, 생식 등의 기초 연구로 이어져 오늘날에 이르고 있습니다.

 

 

가장 저명한 연구학자는? 

후성유전학을 연구한 가장 유명한 인물은 역시 엠마누엘 카를로비치입니다. 그는 2018년 노벨 생리학·의학상을 수상하였습니다. 카를로비치는 DNA 메틸화 작용을 제어하는 메카니즘을 발견하고, 이를 통해 후성유전적 변화와 유전자 발현의 조절 등에서 중요한 역할을 하는 후성유전학의 기초를 다지는 데 기여하였습니다. 이를 통해, 카를로비치는 생명 과학 분야에서 가장 중요한 발견 중 하나로 평가받고 있습니다.