Numts #

Mitochondria #

미토콘드리아는 음식으로부터 화학적 에너지(ATP 생산)로 전환하는 중요한 기관이다. 최근 암에서 nuclear genome의 somatic 변이에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있는데, 에너지 대사와 세포사멸(apoptosis)을 조절하는 미토콘드리아의 DNA 변이가 암과 연관이 있는지는 명확하게 알려지진 않았다. 미토콘드리아 DNA가 어떻게 암 또는 질병을 유발할 수 있는지 논문을 참고하여 소개하려 한다.

사람의 미토콘드리아 DNA는 16,569bp로 이루어져 있고 37개의 유전자가 발현된다. Nuclear DNA와 미토콘드리아 DNA는 진화적으로 기원이 다른데, 환형 구조인 미토콘드리아 DNA는 진핵세포에 둘러싸여 공생하게 된 박테리아의 환형 유전자로부터 유래되었다. 사람을 포함한 대다수의 종에서 모계 유전되는 미토콘드리아 DNA는 계통 발생학적인 유전 지표로 사용된다.

미토콘드리아의 DNA 사본이 핵으로 들어가 구조적 변이가 빈번하게 일어나고, nuclear DNA에 삽입된 미토콘드리아 DNA를 Numts(Nuclear mitochondrial DNA sequences)라고 한다. Numts는 어떻게 생성된 것일까? Yeast균주에서 세포 분열 시 uracil을 합성하는 유전자인 URA3에 mutation이 생기면, 플라스미드 DNA가 미토콘드리아에서 분리된다. 이는 세포분열 중 합성에 필요한 uracil을 미토콘드리아에서 가져오기 위해 미토콘드리아 DNA를 탈출시켜 재활용하기 위함이다. 이 때 미토콘드리아 DNA 조각은 nuclear로 이동하고 non-homologous end joining(NHEJ) 과정에서 이중 가닥이 잘라진(DSBs) 부분에 들어간다. 그 결과로 Numts가 생기면서 cancer와 disease를 유발할 가능성이 발생한다.

추가적으로 최소 12개의 nuclear loci에 mutation이 생기면 mtDNA의 탈출이 높게 나타났고, 이 loci를 YME(yeast mitochondrial escape)라 한다. 몇 개의 yme mutation은 protein을 생산하는데, yme1 균주에서는 비정상적인 미토콘드리아가 액포에 의해 분해되게 한다. 그 외에도 핵막과 미토콘드리아 막의 결합으로 미토콘드리아 DNA가 nuclear에 들어가기도 한다.

Nuclear DNA에 미토콘드리아 DNA가 fusion으로 인해 질병과 암을 일으킬 수 있다고 연구되었다. 현재까지 사람에서는 5개의 다른 Numts가 유전질환을 일으키고, 12 loci에서 polymorphic이 나타나는 것을 발견했다. 다음 그림을 참고하면 disease를 일으키는 5개의 Numts는 빨간색 원으로 표시되어 있고, reference와 다른 variation은 연두색 원으로 표시되어있다. 새로운 Numts를 찾아주는 tool로는 Dinumt가 있고, 암 또는 질병과 관련하여 미토콘드리아 DNA의 분석은 진화 과정 중 변이를 고려하여 non-orthologus numts로 비교 분석할 필요성이 있다.

Reference #

• Molecular Poltergeists: Mitochondrial DNA Copies ( numts ) in Sequenced Nuclear Genomes