X-연관

X-연관

 

Y 염색체는 아주 소수의 유전자만을 갖는 것으로 알려져 있는데 반하여 X 염색체는 많은 수의 유전자를 가지고 있다. 이러한 유전자들 중에서 성을 직접적으로 결정짓는 유전자는 존재하지 않는다. 그러나 이들 유전자의 유전은 특정한 법칙에 따른다. 그 법칙은 (1) 수컷은 단지 하나의 X 염색체만을 가지며, (2) X 염색체상의 모든 유전자는 Y 염색체상에 모두 복사본을 갖지 않으며, 따라서 (3) X 염색체상의 특정 유전자가 비록 암컷에서 열성일지라도 수컷에서 발현될 것이다. 이러한 형태로 유전된 유전자들은 성연관(sex-linked) 혹은 보다 정확하게 X-연관(X-linked)이라 한다.

X-연관 유전현상은 Morgan 교수에 의하여 정의되었는데 그는 유전학의 연구재료로서 초파리를 사용하였다. 초파리는 여러 가지 이유에서 훌륭한 연구재료이다. 그 이유는 첫째로 초파리는 몸크기가 작기 때문에 상당히 큰 집단을 실험실내에서 기를 수가 있다. 두 번째로 초파리의 생활사는 아주 빠르다. 성체 파리의 새로운 세대는 약 2주마다 만들어진다. 세 번째로 초파리는 다산으로 암컷은 생존기간 동안 수백 개의 알을 낳을 수 있다. 이렇게 해서 만들어진 큰 집단은 통계적 분석을 보다 쉽고 신빙성 있게 한다. 네 번째는 초파리 유충의 침샘에 있는 거대염색체로서 정상적인 염색체보다 더 상세하게 구조를 관찰할 수 있고, 염색체가 보이지 않는 간기 동안에도 관찰할 수 있다. 

초파리에서의 성결정은 사람과 비슷하다. 암컷 초파리는 1(혹은 X), 2, 3, 4로 표시되는 4쌍의 상동염색체를 갖는다. 수컷은 상염색체(2, 3, 그리고 4), 각 한 쌍과 하나의 X, 그리고 하나의 Y 염색체를 갖는다. Morgan은 초파리를 배양하던 중 하나의 계통에서 이종의 특징인 적색의 눈 대신에 흰색의 눈을 갖는 수컷을 발견하였다. 이 초파리를 정상인 적색눈의 암컷과 교배한 결과 그 자손은 모두 적색눈을 가졌다. 이러한 사실은 만일 흰색눈 형질이 하나의 유전자에 의해서 조절된다면, 그 유전자는 열성이 틀림없으며, 그 자손 모두는 이형접합자라는 것을 추측할 수 있다. 따라서 만일 적색눈 Fi을 자가교배하면 흰색눈이 F2 세대에서 나타날 확률은 약 25%이다. Morgan 은 이러한 교배를 실시한 결과 그 예측이 정확하였다. 그러나 이들 중 25%의 흰색눈을 가진 것은 모두 수컷이었다. 흰색눈을 가진 암컷은 한 마리도 없었다. Morgan 은 이러한 성과 관련된 유전형태는 유전자가 X 염색체상에 있다면 가능하다고 생각하였다. 2개의 X 염색체를 갖는 암컷은 흰색눈의 형질을 나타내기 위해서는 동형접합자이어야만 한다. 다른 한편 하나의 X 염색체만을 갖는 수컷은 그들이 갖는 염색체상에 대립인자가 무엇이든지 간에 흰색눈을 갖게 된다. 또한 유전자가 열성 대립인자(r) 하나를 가진 Y 염색체는 우성인 대립인자를 가지고 있지 않다. 이러한 두 가지의 교배에 대한 Morgan 의 해석을 표로서 보여준다. X와 Y 표시는 염색체를 나타내며 윗첨자 R과 은 우성과 열성의 대립인자를 나타낸다. 만일 이러한 가설이 정확하다면, 흰색눈의 수컷과 F. 암컷과의 교배에 의해서 흰색눈의 암컷이 나올 수 있을 것이다. Morgan은 이러한 교배를 한 결과 대략적으로 같은 수의 네 종류의 초파리가 나왔다.

약 100개 이상의 X-연관형질들이 사람에게도 발견되었다. 이 중에는 (1) 적 - 녹색맹, (2) 혈우병, (3) 근육 위축증 등이 있다. 모든 X-연관형질들은 그 형질이 발현되기위해서는 모친과 부친으로부터 열성형질의 대립인자를 받아야 한다. 영국의 Victoria 여왕의 가계에서 그녀 이후로 유럽왕실에 퍼진 혈우병은 혈우병인자를 거의 이형접합자 형태로 보유한 모친으로부터 옮겨졌다. 우리는 그들을 보균자(carrier)라 부른다. 즉 증상은 나타내지 않고 열성인자를 그들의 아들 절반에 유전시키며 결국 그들은 혈우병을 나타낸다.

 

 

X-불활성화

사람에 있어서 여성은 X-연관된 유전자의 사본(copy)을 2개 갖는 반면 남성은 단지 하나의 복사본만을 갖는다. 모든 대립인자가 기능을 나타낸다고 가정하면, 남성의 경우 그들의 세포가 만들어내는 유전자 산물의 양에 있어서 불리할 것인가? 그에 대한 대답은 간단하다. 여성의 각 세포에서 활성을 나타내는 X 염색체는 단지 하나뿐이기 때문이다. 세포분열 간기(interphase) 동안 염색체들은 너무 가늘어서 염색이 되지 않으며, 광학현미경하에서는 관찰되지 않는다. 그러나 강하게 염색되는 구조물이 포유동물의 암컷의 핵에서 간기 동안에 발견된다. 그러나 수컷에서는 볼 수 없다. 이러한 구조물을 소위 바아소체(barr body)라 하는데 이것이 X 염색체 중의 하나인 것으로 밝혀졌다. 이 X 염색체의 결집된 형태는 그 염색체가 불활성화되었음을 보여준다. 현재에는 배발생 초기에 암컷의 X 염색체의 하나 혹은 다른 하나가 불활성화되어 바아소체로 전환된 것으로 밝혀졌다. 2개의 X 염색체 중의 어느 것이 불활성화될 것인가는 기회의 문제일 수가 있다(캥거루와 같은 유대동물은 제외, 캥거루는 항상 부친의 X 염색체가 불활성화된다). 그러나 불활성화가 일어난 후에 그 세포의 모든 자손은 불활성화된 상태의 동일한 염색체를 갖는다. 우리는 다시 그러한 세포들의 자손에 대해서 자세히 설명하기 위해서 클론(clone)이라는 용어를 사용할 수 있다. 한 개체내의 세포 모두가 절대적으로 동일한양의 유전자를 갖는다 해도 X-불활성화는 유효유전자(effective gene)의 양이 다른 신생 세포군(clone)을 만든다.

여러 가지 X-연관된 유전적 결핍은 효소 9.12의 합성이 결여되는 것으로 알려져 있다. 그러한 형질을 갖는 여성으로부터 채취한 세포를 배양액에서 성장시키면, 일부 세포들은 효소의 결핍을 보여줄 것이며, 또 일부의 세포들은 효소를 가지고 있음을 볼 수 있다. 이러한 배양중에 있는 세포에 있어서 두 집단의 존재는 많은 X-연관된 형질에 대해서 동정되었다. 효소 활성이 없는 클론들은 추측컨대 정상적인 유전자를 갖는 세포들의 자손이며, X 염색체 일부가 불활성화된 것일 수 있다. 생물체의 세포는 유효유전자의 양이 다르기 때문에 이러한 형질의 발현을 유전적인 모자이크(genetic mosaic)라 불리운다