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[기능유전체학] 기능유전체학

유전체학의 개요1. 게놈 프로젝트(Genome Project)란 무엇인가?: 게놈 프로젝트란 미국 정부와 미국 국립 위생 연구소 (National Institutes of Health)에 의해 13년이라는 기간 동안 계획하여 1990년부터 시작하여 2003년까지 완전한 데이터를 얻는 것을 목표로 인간 생명체의 모든 유전 정보를 가지고 있는 게놈을 해독해 유전자 지도를 작성하고 유전자 배열을 분석하는 작업을 말한다.-1) 기능 유전체학: 기능 유전체학은 각 유전자가 가지는 기능의 차이를 알아내고 그것을 인간 생활에 이용하는 학문이다. 기능 유전체학을 통해서 어떤 유전자가 인간의 질병을 유발하는 유전자인지를 알아낼 수 있다고 한다. 또한, 유전정보를 통해서 유전자의 구조와 기능을 밝혀 인간 장기를 만들어 낼 수도 있다고 한다.2) 비교 유전체학: 비교 유전체학은 말 그대로 각 유전자의 차이를 조사하는 학문으로 특히, 사람간의 유전자 차이를 조사하는 단일 염기 변이는 유전병을 발견하는 중요한 시발점이 되고 있다고 한다. 또한 비교 유전체학을 통해서 각 환자들에게 가장 잘 맞는 약을 투약할 수 있고 이로 인해 치료에도 도움이 될 뿐 아니라, 의료비 절감, 부작용 방지 등 많은 이점들이 있다고 한다.2. 게놈 프로젝트의 목표는 무엇인가?: 게놈 프로젝트는 크게 5가지 목표를 가지고 있다.1) 인간의 유전자 8만개의 유전자 동정 파악2) 인간의 DNA를 이루고 있는 30억 개의 화학적 염기 배열을 결정3) 데이터 베이스 정보의 기록4) 데이터 분석의 기술상의 문제를 개발, 보완5) 프로젝트에 관한 도덕적, 법률적, 사회적인 이슈에 대한 설명3. 게놈 프로젝트의 진행 상황은 어느 정도인가?: 게놈 프로젝트의 현재 진행 상황은 매우 빠른 편이다. 당초의 계획은 2005년까지 유전자 지도를 완성한다는 목표아래 연구를 추진했으나 유전자 관련 의학들이 빠른 속도로 발전함에 따라 당초 계획을 변경하여 2003년까지 그것을 완성하는 것을 목표로 하고 있다. 현재의 진행 상황은 오는 2001년까지 유전자 지도의 1/3이 완성되고, 그 동안의 연구 결과를 바탕으로 여러 가지 질병을 치료할 수 있는 단계에 이른 것으로 보여진다. 또한 게놈을 인간이 아닌 다른 생물에까지 확대시켜 벼 게놈 연구를 통한 벼의 품종 개량, 과수, 동물을 이용한 인간 장기의 개발 등에까지 그 범위를 넓히고 있다. 2000년 5월경이면, 인간의 게놈구조가 완전히 밝혀짐에 따라 인간유전자의 기능을 본격적으로 연구할 수 있는 이른바 포스트게놈시대가 개화된다. 현재 18종 생물체의 게놈구조가 완전히 해독되었고, 최소한 30종 이상의 생물체 게놈이 2-3년내에 해독될 전망이다.4. 프로테옴 (proteome)과 프로테오믹스(Proteomics) 그리고 유전체기능분석학 (Functional Genomics)1) 정의프로테옴(proteome) 이란 말은 어원적으로 단백질체 (protein-body (-some) 라고 풀이 할 수 있으나, 실제로는 게놈(Genome)의 상대어로서 의 합성어로 인식되고 있는 말 이다 (Williams K. & Hochstrasser DF, 1997). 이 말은 1995년에 이태리 Siena에서 열린 2-D Electrophoresis meeting에서 처음으로 Marc Wilkins 에 의해서 사용된 것으로 지금은 보편화되었다. 프로테오믹스는 프로테옴(proteome)의 어미에 ～학, ～론을 의미하는 접미사 -ics 가 붙어 프로테옴을 연구하는 방법과 technique을 포괄적으로 의미하는 말로, 굳이 번역한다면 '프로테옴분석학' 이라고 해야 할 것이다. 즉, 단백질의 성질을 발현, post-translational modification, 다른 단백질과의 결합에 초점을 두어 연구하여 세포내 변형과정과 네트웍 형성을 질병의 진행과정과 연계시켜 총괄적으로 이해 할 수 있는 연구분야를 뜻한다.2) 프로테오믹스와 유전체기능분석학(Functional Genomics)90년대 까지만 하더라도 세포기능연구에 대한 분자생물학적인 접근은 대부분 단일 유전자나 그 유전자가 발현하는 mRNA의 발현조절을 중심으로 이루어진 반면에, 최근에는 유전체나 단백질체 중심으로 이른바 총체적생물학 (Hollistic Biology)의 개념으로 바뀌고 있는 추세이다. 이러한 추세를 반영하듯 " Functional Genomics-유전체기능분석학" 이란 말은 이제 익숙한 학술어가 되었다.유전체기능분석학(Functional genomics)의 핵심은 개별 유전자의 기능을 다원적으로 시스템을 의미하는 것 같다. 가령, Genomics 에서는 DNA 수준에서 주로 유전자의 발현양상을 분석하는 것으로, EST (Expressed Sequence Tag)를 대량으로 chip에 붙이거나 하여 특정 질환이나 상태, 또는 조직이나 species의 표적 유전자가 어떻게 발현하는지를 조사한다 (DNA microarray technology). 프로테오믹스에서는 특정 유전자의 단백질 발현양상과 상호 결합 등을 먼저 규명하여 이 유전자의 정체를 규명하는 것으로 순서적으로는 genomics 와 대별되나 궁극적인 목표는 같은 것이다.이 밖에도 genomics 의 한 분야로서, 인간의 유전적 다양성에 기반을 두고 SNP (Single Nucleotide Polymorphysm)를 분석하여, 이것으로 인한 약리작용의 차이를 규명하는 것으로 약리유전체학(pharmacogenomics)이 있으며, 이런 연구를 통해 각 개인별 약물 감응성이나 치료방법을 제공할 수 있다. 미국이나 유럽 등 다인종 지역에서는 이러한 연구가 매우 중요하며 일본도 이에 착수한 것으로 보고되고 있다. 가장 활발하게 연구하는 대상으로는 약리대사 단백질인 ' Cytochrome P450' 의 유전자가 대표적일 것이다.5. 프로테오믹스의 목표프로테오믹스의 목표를 나열하자면 다음과 같다.첫째, 프로테오믹스는 기능을 갖는 단백질들의 발현을 종합적이고 정량적으로 측정하는 가장 직접적인 수단이고,둘째, 생물학적인 동요(perturbation)(질병, 약물투여, shock등) 에 의하여 변하는 단백질들의 발현양상의 변화를 정확하게 관찰 할 수 있으며,셋째,in vivo 에서 유전자발현의 궁극적인 양상을 규명할 수 있고,넷째, 유전자, 단백질 및 질병간의 연결고리를 제공한다.다시 말해서, 프로테오믹스는 유전체 구조와 세포내 행동간에 갭을 메우는 역할을 하는데 게놈의 다이나믹한 단백질 생성물과 그 들간의 상호관계를 연구하는 분야이다.6. Preparative 2D프로테오믹스 분야에서 가장 중요한 발전은 2-D gel을 "preparative" 용도로 사용하기 시작한 것으로 여기에다 고정화된 pH gradient 기술이 접목이 되면서 매우 빠르게 프로테오믹스 기술이 진전되기 시작하였다. 이와 더불어 2-D gel용 sample 추출방법과 densitometer에 의한 image 분석이 개발되면서, 이 2-D gel은 매우 빠른 속도로 발전하기 시작하였다.프로테옴기술의 핵심중 하나는 앞서 언급했듯이 전통적인 단백질 생화학 기술로서 이미 26년전에 사용되기 시작했던 2-D 전기영동 기술이다. 즉, 단백질의 pH 등전점 (pI)으로 나타내는 net charge에 따라 제1차 분석을 한 후 (1D), 이어서 분자량에 따라 분리하는 (2D) 방법이다.이 기술을 사용하면 분석 대상 단백질 sample을 세포의 특정 생리 조건에 따라 제조하여 특정 spot에 대한 분리 양상을 지도로 구성할 수 있다. 여기서 나타난 연구대상의 특정 spot의 단백질을 적당한 크기로 자르고, 이것들을 trypsin을 사용하여 단편조각들로 만든 후 위에서 언급한 MALDI-TOF등의 단백질 질량 분석기로 분석하여 아미노산 서열을 결정하고, 이를 바탕으로 단백질이나 genome data base를 bioinformatics tool로 찾아 이 단백질의 정체를 확인하는 연속된 과정이다.7. Fuctional Proteomics프로테오믹스를 분야별로 크게 structural proteomics 와 functional proteomics 로 나누기도 한다. 이중 Functional proteomics는 연구목적에 따라 다시 'expression proteomics'와 'cell map proteomics'로 구분하는 경향이 있다 (Blackstock & Weir 1999). 가령, 특정조건하에서 얻은 한 세포나 조직에서 EST 지도처럼 발현된 단백질들의 정량적인 지도를 들 수 있으며, 이것을 통해 이러한 시도는 한 단백질의 경로가 질병이나 약물 또는 생리적인 자극에 의해 어떠한 형태로 변형되는 가를 연구할 수 있게 한다.

자연과학| 2005.05.19| 5페이지| 1,000원| 조회(943)

게놈프로젝트, 유전체학, 프로테오믹스, 기능유전체학

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