전위인자
[ transposon ]
전위인자는 유전물질이 마치 jumping하듯이 이동한다고 해서 'jumping gene'이라고도 불리며, 이 과정을 전위 (transposition)이라고 부른다. 미국의 과학자 바바라 맥클린톡(Barbara McClintock, 1902~1992)은 옥수수에서 전위인자를 처음 발견한 업적으로 1983년 노벨생리의학상을 수상하였다. 일반적으로 전위인자는 약자로 'Tn'로 표기하고 뒷부분에 숫자를 추가하여 기입하고 숫자는 이탤릭체로 표기한다 (예: Tn3, Tn5 등). 전위인자는 거의 대부분의 생명체에 존재하고, 그 종류와 특성이 매우 다양하다. 인자가 이동하는 표적 DNA는 대부분의 경우에 비특이적(non-specific 또는 random)이라 전위가 발생한 수여체의 유전 및 생리적 특성에 변화가 야기된다. 이러한 비특이적 전위인자의 경우에는 세균의 random mutagenesis 실험시 널리 사용되고 있다. 그러나 일부의 전위인자의 경우에는 특이적(site-specific)으로 전위가 일어나는데, 즉 특정 표적 DNA 서열으로 이동한다. 예를 들면 전위인자 Tn7은 세균의 염색체에 존재하는 필수유전자인 glmS 전반부의 intergenic 부분에 이동되기 때문에, 세포의 생리에 영향을 미치지 않고 원하는 유전자를 염색체 내에 삽입하고자 할 때 사용하기도 한다1).
대부분의 전위인자의 경우에 다양한 종류의 항생제내성 유전자를 포함하고 있기 때문에 다른 개체로의 전위인자의 지속적인 이동은 다제내성 병원성세균의 생성과 전파의 원인이 되므로 의학적으로 질병 치료의 어려움을 야기할 수 있다.
목차
전위인자의 종류
현재까지 다양한 종류의 전위인자가 발견되어 왔다. 세균에서 발견되는 전위인자의 종류는 구조에 따라 크게 5가지 즉,
1) 삽입서열(insertion sequence, IS),
2) 복합 전위인자(composite transposon),
3) 비복합 전위인자(non-composite 또는 complex transposon),
4) 접합 전위인자(conjugative transposon),
5) 전위파지(transposable phage)로 분류할 수 있다.
최소한의 기본적인 전위인자의 구성요소는 역반복서열인 IR(inverted repeat), 전위효소(transposase) 유전자인 tnp이며, 이외에 전위인자의 종류에 따라 삽입서열(insertion sequence)인 IS, 항생제내성 유전자, res 지점, 해리효소(resolvase), tra 유전자 등이 포함된다.
전위인자들의 구조. (A) 삽입서열. (B) 복합적 전위인자. (C) Complex 전위인자 (출처: 한국미생물학회)
- 삽입서열(insertion sequence, IS) : 삽입서열은 대부분의 세균에서 발견되고, 알려진 전위인자들 중에서 가장 단순한 구조를 지닌 세균 전위인자로 양 끝에 IR을 가지고 있고, 항생제내성유전자 등의 선별표지자(selectable marker)를 포함하고 있지 않다. 이에 속하는 것으로 IS1, IS2, IS3이 대표적이다.
- 복합 전위인자(composite transposon) : 이 타입은 IS보다 좀 더 크기가 크고 복잡한 구조를 가진 전위인자로서 가장 일반적으로 발견되는 형태이며, 항생제 내성 유전자를 둘러싸고 있는 두 개의 동일한 서열의 IS를 포함하고 있다. 이 IS는 정방향(direct) 또는 역방향(inverted)의 DNA 염기서열 정렬로 배치되어 있으며, 이에 해당하는 전위인자로 Tn5, Tn9, Tn10 이 대표적이다.
- 비복합 전위인자(non-composite 또는 complex transposon) : 비복합 전위인자는 다른 전위인자에 비해 가장 복잡하고 각기 다른 구조를 가지고 있다. 두 개의 IR 사이에 항생제내성 유전자, 전위효소, 해리효소, res 지점(recombination site) 등의 다양한 요소들이 위치해 있다. 대표적인 것으로 Tn3이 있고, 전위파지인 bacteriophage Mu가 여기에 포함되기도 한다.
- 접합 전위인자(conjugative transposon) : 접합 전위인자는 다른 전위인자들과 다르게 특이적으로 접합의 방법으로 다른 세균에 DNA를 전달할수 있다. 그러므로 접합에 필요한 tra 유전자들과 전위에 필요한 관련 유전자들 모두를 가지고 있다. 이에 속하는 것으로 Enterococcus faecalis에서 발견된 Tn916이 있다.
- 전위파지(transposable phage) : Bacteriophage 중에 전위의 방법으로 복제가 이루어지는 것이 있는데 복잡한 구조를 지니고 있다. 이에 속하는 것으로 앞서 언급한 Mu가 있다.
| 타입 | 종류 | 크기 (bp) | Terminal repeat | Target (bp) | 항생제 내성 | 전위 방식 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 삽입서열 | IS1 | 768 | 30 bp inverted | 9 | 없음 | 비복제적 | |
| IS2 | 1,327 | 32 bp inverted | 5 | 없음 | 비복제적 | ||
| IS3 | 1,400 | 32 bp inverted | 3~4 | 없음 | 비복제적 | ||
| 복합적 | Tn5 | 5,400 | 1450 bp inverted | 9 | KmR | 비복제적 | |
| Tn9 | 2,638 | 768 (IS1 direct) | 9 | CmR | 비복제적 | ||
| Tn10 | 9,300 |
1400 (IS10)
inverted |
9 | TetR | 비복제적 | ||
| Complex transposon | Tn3 | 4,957 | 38 bp inverted | 5 | ApR | 복제적 | |
| 접합 전위인자 | Tn916 | 18,032 | 26 bp inverted | 20 | TetR | 비복제적 | |
| 전위파지 | Mu | 38,000 | 11 bp inverted | 5 | 없음 | 복제적 |
집필
최경희/원광대학교
감수
정우현/덕성여자대학교
참고문헌
1. Choi et al., 2005. Nature Methods. 2: 443-448.
동의어
transposon, 전위인자(transposon), Transposon, 전위인자