부전자전
오늘의 딴짓은 3월 7일자 eLife 논문 소개글 번역.

부친 효과: 부전자전
http://dx.doi.org/10.7554/eLife.25669

부모가 겪은 환경이 자녀의 생리적 조건에 영향을 주는가? 많은 연구가 진행되었음에도, 그런 효과가 존재하는가, 그리고 존재한다면 얼마만큼 존재하는가는 여전히 논란 중이다. 이 질문을 논하기 위해, 우리는 수 세대가 지나도 안정적으로 남아 있는 (그리고 DNA나 히스톤 단백질의 화학적 변형이 수반된다고 여겨지는) 후성적 효과(epigenetic effect)와 첫 자식 세대에만 영향을 주는 부모 효과(parental effect)를 구분해야 한다.

어머니가 겪은 환경은 자식에게 다양한 방식으로 영향을 줄 수 있다. 예를 들자면, 아직 수정되지 않은 난자의 적합도를 바꾼다든지, 태아가 받는 영양에 영향을 준다든지 할 수 있다. 그리고 이 복잡한 관계 때문에 모친 효과가 자식에게 미치는 영향을 정확히 알기가 어렵다. 따라서 아버지가 겪은 환경이 자식에게 미치는 영향을 이해하는 것이 더 쉬운데, 이는 포유류의 경우 아버지는 수정 과정에서 정자를 제공하는 것 외에는 크게 기여하지 않기 때문이다. 하지만, 몇 가지 부친 효과가 보고된 바 있음에도, 아버지가 겪은 특정 사건과 자식에서 관찰된 특이한 효과를 연결하기는 여전히 쉽지 않다. 이제, eLife에서 Oliver Rando와 Andrew Tapper를 비롯한 매사추세츠 대학교 의대 연구진이, 많은 부친 효과가 (그리고 아마 모친 효과도) 생각했던 것보다 훨씬 일반적이라는 것을 보고한다.

Vallaster et al.은 이 아름다운 실험에서 수컷 쥐가 독소에 노출되는 것이 그 자식에게 미치는 영향을 알아보았다. 이들은 5주의 기간 동안 수컷 쥐들에게 니코틴을 섞은 물을 공급했다. 그 이후 정액에 니코틴이 포함되지 않도록 하기 위해 한 주간 니코틴 공급을 끊은 뒤, 니코틴을 접하지 않은 암컷들과 교미하게 했다. 반면 대조군으로는 교미 전까지 니코틴에 노출시키지 않은 수컷 쥐들을 사용했다.

기대한 바와는 달리, 두 그룹의 자식들 모두 과량의 니코틴을 주입했을 때 비슷한 생존률을 보였다 (그림 1A). 따라서 아비를 니코틴에 노출시키는 것이 자식들에 대한 즉각적인 "마중물" 효과가 되지는 않는 걸로 보인다. 하지만, Vallaster et al.이 두 그룹의 자식들을 니코틴에 '적응'시켰을 때에는 상황이 완전히 달라졌다. 이들은 며칠에 걸쳐 자식들이 마시는 물에 소량의 니코틴을 섞었다. 이 적응한 쥐들 중에서 니코틴에 노출된 수컷의 자식들은, 치명량의 니코틴을 주입했을 때 생존할 확률이 대조군 수컷의 자식들에 비해 거의 두 배에 달했다. 즉, 아비들을 니코틴에 노출시키는 것과 자식들을 소량의 독소에 적응시키는 것을 결합했을 때에만 니코틴 저항성이 향상되었음이 드러나는 것이다.



이 향상된 저항성에 대한 분자 차원의 설명 방법을 찾는 중에, Vallaster et al.은 니코틴에 노출된 수컷의 자식들은 대조군 자식들에 비해 간에서 니코틴을 해독하는 속도가 더 빠르다는 것을 발견했다. 이와 관련하여, 또한 다수의 해독 관련 유전자들이 니코틴 노출군 자식들의 경우에만 상향 조절(up-regulation)되었다. 하지만, 좀 놀랍게도, 이 유전자들은 니코틴에 노출된 수컷의 자식들 중에서 니코틴에 적응시킨 자식들이나 적응시키지 않은 자식들이나 비슷하게 상향 조절되었다. 어째서 니코틴 해독 능력이 향상되려면 아비와 자식 모두가 니코틴에 노출되어야 하는지는 여전히 명확하지 않다. 비슷한 경우가 모델 식물 Arabidopsis thaliana에서도 관찰된 바가 있는데, 이 식물이 염분이 많은 생활 조건에 견디는 능력은 부모와 자식, 2대에 걸쳐 소량의 염분을 가할 때만 향상되었다.

Vallaster et al.는 이어 이 효과가 니코틴에만 나타나는 것인지 확인했다. 쥐들을 짝짓기 전 니코틴 혹은 코카인에 노출시킨 후, 그 자식들을 같은 독소에 적응시키거나 다른 독소에 적응시킨 것이다 (그림 1B). 아비를 독소에 노출한 후 자식을 적응시킨 이 모든 조합에서 해독 능력은 더 높게 나왔다. 심지어 아비에게 니코틴과 니코틴 의존을 막는 약을 동시에 처리했을 때도, 자식에게 나타나는 효과는 동일했다.

이 발견은 특정 독소(이 경우 니코틴이나 코카인)에 반복적으로 노출되는 것이 자식 대에서 더 높은 독소 저항성으로 연결된다는 것을 보여준다. 이는 유전 가능한 획득 형질이 아닌데, 왜냐하면 유전 가능한 획득 형질이라면 부모가 겪은 스트레스의 종류에 정확히 의존해야 하기 때문이다. 이 효과가 쥐의 2대, 3개까지 이어지는지 살펴보는 것도 흥미로울 것이다.

흥미롭게도, 독소에 대한 적응 이후 약 저항성이 향상된 것은 오직 수컷 자식 뿐이었다. 따라서 이 효과가 Y 염색체의 특정 유전자들과 관련되어 있는지, 아니면 X 유전자량 보상(X dosage compensation; X 염색체의 유전자들이 암컷과 수컷에서 다르게 행동하는 것)과 관련되어 있는지, 아니면 다른 설명이 존재하는지 연구해 볼 필요가 있다. 끝으로, 니코틴이 간에서 유전자 발현에 미치는 영향을 더 높은 공간적/시간적 해상도로 살펴본다면 궁극적으로 독소에 대한 저항성을 개발하는데 필요한 분자 메커니즘을 이해하는 데 큰 도움이 될 것이다.
by 로보스 | 2017/03/08 04:19 | |과학| | 트랙백 | 덧글(6)
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Commented by 밀리네스 at 2017/03/13 09:11
장기 환경 변화에 대한 적응이 유전자에 누적된 결과 일려나요. 흥미롭네요
Commented by 로보스 at 2017/03/15 03:11
밀리네스님// 아마 유전자 발현 패턴이 다르게 유전된 것이 아닌가 싶습니다. 분자 레벨에서 어떻게 그런 일이 일어났는지는 이제 후속 연구가 밝혀내겠지요 :)
Commented by 긁적 at 2017/03/13 15:13
음??? 신기하네. 정확하게 획득형질이라고 하긴 어렵지만 여튼 그 비스무리한 형태로 유전이 된다는 이야기 같은데. 잘 봤어용 ^^
Commented by 로보스 at 2017/03/15 03:12
긁적 형// 어떻게 보면 획득형질이라 할 수도 있겠습니다 ㅎㅎ
Commented by 漁夫 at 2017/04/01 23:07
상염색체는 한 쌍으로 부모에게 하나씩 물려받지만, 같은 '짝' 이래도 서로 다른 기능을 할 수 있다는 것은 잘 알려져 있습니다.

http://fischer.egloos.com/4450498

위 포스팅에서 적었듯이 어느 편에서 왔는지에 따라 activated/deactivated 상태가 다르다는 말이죠.
Commented by 로보스 at 2017/04/03 23:25
漁夫님// 흥미로운 포스팅이네요. 감사합니다.

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