CpG island

CpG는 진화과정을 거치면서 진핵생물에서는 점진적으로 감소돼 온 경향이 있지만 포유동물에는 여전히 남아있습니다. CpG의 메틸화 정도나 양상은 포유동물의 종에 따라 다르고, 조직에 따라서도 특이적인 것으로 밝혀지고 있습니다.

특히 인간을 포함한 포유동물의 염기서열에는 CpG가 밀집돼 있는 부위가 존재하는데, 이런 영역을 CpG  island라고 부릅니다. CpG island은 보통 0.5-4kb 정도 크기로, promoter부근에 위치하고 있어 포유동물 genome의 유전자와 밀접한 연관성을 갖고 있습니다.

현재 밝혀진 인간 genome의 전체 염기서열에서 CpG island는 약 2만9천개로 추정되는데, 전체 유전자의 50-60%에 해당하는 유전자가 하나의 CpG island을 보유하고 있는 것으로 예상됩니다. 이들 CpG island은 대부분 비메틸화상태(methylation-free)로 존재합니다. 그러나 메틸화된 예외적인 경우가 존재해 CpG island의 메틸화가 지닌 의미를 밝히는데 도움이 되고 있습니다.

부모로부터 하나씩 물려받는 상염색체의 경우 각 염색체의 유전자가 모두 발현되면 유전적 이상이 야기되는 수십종의 유전자군이 존재합니다. 따라서 이들 유전자군은 어느 한쪽의 유전자만이 발현되도록 조절돼야 합니다. 이런 현상을 유전체 각인(genomic imprinting)이라고 하며, 이렇게 조절받는 유전자를 각인유전자(imprinted gene)라 합니다.

각인 현상이 일어나는 이유는 생식세포 발생단계 초기에 해당 유전자의 CpG island이 선택적으로 메틸화돼 발현을 막기 때문입니다. 결국 메틸화되지 않은 대립유전자만 발현됨으로써 유전자용량(gene dosage)이 조절되는 것입니다.

이와 똑같은 현상이 여성의 성염색체 X에서도 나타납니다. 여성이 갖고 있는 한쌍의 X염색체 중 한쪽의 X염색체에 존재하는 모든 CpG island은 메틸화돼 입니다. 한쪽 염색체로부터의 유전자들의 발현이 억제됨으로써 X를 하나 갖고 있는 남성과 균형을 맞추는 것입니다.

결국 CpG island의 메틸화 현상은 특수한 목적으로 유전자 발현을 조절하는 특수한 분자적 네트워크로 발달된 메커니즘이라는 사실을 알 수 있습니다. 이런 현상은 생식세포 특이 유전자의 경우에서도 마찬가지인데, 예를 들어 MAGE과 LAGE 등 유전자들은 남성과 여성의 생식세포 발생과정에서만 제한적으로 발현되다가 분화한 성체 조직에서는 CpG island이 메틸화돼 발현되지 않습니다. 조직특이 유전자의 경우에도 인체 조직에 따라 특이적으로 CpG island의 메틸화가 발생해 발현이 조절되는 것으로 밝혀지고 있습니다. 

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