| 초록 |
연구의 목적 및 내용 꽃이 피는 식물의 중복수정에 참여하는 배우자 세포인 난자세포와 중심세포는 같은 DNA를 갖는 반수체 대세포(megaspore)의 세포분열 산물이나, 수정 전 다른 세포로 분화된 후, 수정 후에 각각 배와 배유로 발달하는 다른 운명을 거치게 된다. 본 연구는 기존의 방법들로는 분리가 불가능했던 애기장대의 수정 전 배주의 배우자 세포를 포함한 세포들을 새롭게 확립된 방법을 이용하여 분리하여 DNA 메틸롬과 트랜스크립톰을 제작 한 다음 이를 비교 분석하여 하나의 반수체인 대세포로부터 분열된 난자세포, 중심세포가 어떻게 서로 다른 운명을 갖는 세포로 분화, 발달하는지 에피유전학적 및 유전학 측면에서 연구하고자 한다. 더 나아가 수정은 되지만 다음세대로 게놈이 전달이 되지 않는 난자세포의 동반세포인 이배체(2n)의 중심세포에서 일어나는 에피유전학적 변화가 자손세대를 구성하는 난자세포의 유전체 안정화에 어떻게 영향을 주는지에 대한 해답을 얻고자 한다. 연구결과 애기장대 배주의 중심세포와 난자세포의 DNA 메틸롬 분석의 의의는 특정 세포의 새로운 정보 분석 뿐 아니라 기존 연구의 가설을 확인하는 데에도 있다. 2009년과 2012년 과학저널 Cell과 Science에 발표된 논문에서 제기된 가설은 다음과 같다. 다음세대로 유전자가 전달되지 않는 배우자 동반세포인 중심세포(여성)와 체세포(남성)에서 DME(demeter) 유전자에 의한 능동적인 디메틸레이션(demethylation) 현상이 일어난다. 디메틸레이션 표적 DNA 중 트랜스포존(Transposon) DNA들이 siRNA를 발현하고 이 siRNA들이 세포 간 이동을 통해 각각 난자세포와 정자세포로 이동한다. 그리고 난자세포와 정자세포 내에서 siRNA에 의한 트랜스포존 DNA의 메틸레이션이 일어난다. 따라서 트랜스포존의 발현을 억제하면서 다음세대로 발달하는 난자세포와 정자세포의 유전체 안정화에 기여를 할 것이라는 가설이 제시 되었다. 가설의 확인을 위해서는 여러 연구들이 요구되고 중심세포와 난자세포의 DNA 메틸롬과 트랜스크립톰 정보는 가설 연구에 있어 필수적으로 작용할 수 있다. 이러한 연구목표 달성의 극대화를 위해 DNA 메틸롬이나 트랜스크립톰과 같은 유전체 정보 분석에 전문적인 기술과 인력을 갖춘 UC Berkeley의 Dr. Fischer와 Dr. Zilberman의 긴밀한 협동체제로 연구를 진행하였고 현재도 후속 연구가 진행되고 있다. 순차적인 연구 개발내용은 다음과 같이 진행하였다. 1) 애기장대 생식세포별 특이적 프로모터 정밀 조사 2) GUS/NFP/BirA cloning 및 INTACT 형질전환체 제작 3) 각 형질전환 식물의 세포 발달 특이적인 발현 점검 및 실험에 적합한 식물 검정작업 4) INTACT 및 FACS를 이용한 애기장대 여성 생식세포 분리 실험 수행 5) 애기장대 여성 생식세포의 DNA 메틸롬 제작 7) DNA 메틸롬 데이터 분석 -> 생물정보학을 이용 8) 생물학적 의의 발견 ->애기장대 생식과 수정과정에서 에피유전학적 정보에 의한 세포분화 메커니즘과 동반세포의 난세포에 대한 생물학적 의의 규명 연구결과의 활용계획 1) 배주로부터 생식세포를 빼내는 기술 활용방안 –> 순수한 생식세포 분리 기술 확립. 이를 이용하여 조세포 및 ,antipodal 세포를 분리가능. 동일방식으로 초기 배(embryo)를 분리 할 수 있을 것으로 예상. 초기 배의 DNA 메틸롬, 트랜스크립톰 정보는 배발생 연구에 있어 획기적인 가치를 지닐것으로 예상. 우수한 논문 출판 예상. 특허 획득. 2) 에피유전학 분석정보활용 –> 인간 유전자의 DNA 메틸레이션에 관련된 많은 질병(예, Debilitating disease, Rett syndrome, Centromeric instability and Facial anomalies (ICF) syndrome 등)과 암의 유발이 보고됨. 본 연구에서 얻어지는 에피유전학 정보와 유전자 발현 상호관계의 근본적인 연구를 통하여 약물치료를 위한 근본적인 이해의 근간을 마련해줄 것으로 기대됨. 3) 인력양성-> 실험 구성원이 에피유전학과 생물정보학 등 최근 학문을 학습할 수 있다. 4) 산업적 측면 -> 수정 및 종자발달 유전학, 에피유전학 작용기작의 이해로 곡물생산 원천기술 확보에 기여할 것으로 기대됨. (출처 : 한글요약문 4p) |
