[생물 임용 노트]염색체 - 2) 진핵생물의 염색체 : 염색질, 히스톤, 뉴클레오솜, 응축구조, 특수 DNA 서열, 염색질의 종류

염색질(chromatin)

• Methylene blue로 핵 내에서 염색되는 물질이다.
• DNA가 히스톤이라는 염기성 단백질에 결합한 것을 말한다.
• DNA + 히스톤 + 여러 단백질 = 염색질
• 뉴클레오솜 단위체로 구성된다.
• 고농도의 염을 처리 시 히스톤 + 순수 DNA로 분리가 가능하다.

히스톤(histone)

• H1, H2A, H2B, H3, H4에서 4종류의 히스톤 단백질이 8량체(octomer)를 형성한다.
• Arg과 Lys이 풍부하여 산성의 DNA와 잘 결합한다.
• DNA와 히스톤이 결합하여 뉴클레오솜을 형성한다.
• 히스톤은 DNA의 큰 고랑(major groove)과 결합한다.

뉴클레오솜(nucleosome)

• H2A, H2B, H3, H4에서 4종류의 히스톤 단백질이 8량체(octomer)를 형성한 후 DNA와 결합한 것으로 염색체의 기본 단위이다.
• 폭은 10nm 정도 이다.
• 뉴클레오솜에 결합한 DNA의 길이는 다양하다. 그러나 H1을 분리하고 8량체에 감긴 DNA 길이는 147bp로 일정하다.
• 생물종 사이의 길이 차이는 연결 DNA의 길이 차이로 볼 수 있다.
• 효소를 처리한 후 히스톤을 제거하면 200bp 혹은 그 배수성을 띠는 염기쌍을 갖는 것을 볼 수 있다. 이는 뉴클레오솜 당 200bp의 DNA 길이를 갖는다고 볼 수 있다.

응축구조

• 염색질은 세포 주기에 따라 응축 또는 이완되는 구조적 역동성을 갖는다.
• 응축 단계 : DNA 이중나선(2nm) → bead-on-a-string(10nm) → 30nm 섬유(30nm) → loop(300nm) → 응축(700nm) → M기 염색체(1400nm)
• 30nm 염색질 형성에 H1 히스톤 단백질이 관여한다.
• 뉴클레오솜과 H1 단백질이 결합한 것을 크로마토솜(chromatosome)이라고 한다.
• 히스톤의 N말단 잔기(Lys, Arg 등)의 공유 결합을 통한 조절로 염색질의 응축이 조절된다.

염색체 내 주요 특수 DNA 서열

• replication origin : DNA 복제가 시작되는 서열로 진핵 세포에는 여러 개가 존재한다.
• 동원체(centromere) : A, T 비율이 높은 수축된 부위로 두 개의 딸 염색분체가 서로 붙는 지역이다. 이 지역에 방추사가 결합한다.
• 말단소체(telomere) : 선형 염색체의 말단 부위로 염색체의 복제와 안정성에 중요하다. 특정 DNA 염기 서열(5'-TTAGGG-3')이 250~1500번 정도 반박되어 있고, DNA 분해 방지를 위한 서열을 갖는다.
• DNA의 G-quadruplex, TRF1/2, TEBP와 같은 단백질들은 염색체의 물리적 불안정성을 극복하게 해 준다.

염색질의 종류

• 이질 염색질(heterochromatin) : 간기 전체에 걸쳐 응축된 상태로 존재한다. 돌연변이가 거의 없고 전사적으로 불활성화되어 있는 상태이다. telomere, centromere 같은 유전자가 거의 없는 곳에 위치한다. 일부는 생리적, 발달적 특성에 따라 진정 염색질로 변하기도 한다. S기 후기에 복제된다.
• 진정 염색질(euchromatin) : 간기에 걸쳐 상당히 이완된 상태로 존재한다. 대부분의 유전자가 여기에 존재한다. 세포 주기  동안 동적인 구조 변화가 발생하는 곳이다. S기 초기에 복제가 일어난다.
• 진정 염색질은 국소적 변화, 히스톤 단백질의 작용기 부가/제거, 염색질의 응축/해리 등의 epigenetic regulation이 일어난다.