Words

• Colon Cancer : 대장암
• Colorectal Cancer : 결장암
• Pancreas Cell : 췌장 세포 (Insulin)
• Nerve Cell : 신경 세포
• Prokaryotic Cells : 원핵 세포
• Escherichia coli bacterium : 대장균
• Intestines : 대장
• TXN : transcription
• Secrete : 분비하다
• Inhibit : 억제하다
• malignant cell : 악성 종양 세포

Cancer

• breast cancer > lung cancer > colon cancer
• tobacco / alcohol consumption / lack of physical activity

Cancerous Cells

• 무제한적으로 계속 성장하고 분열
• 크기와 모양이 다양하며 불규칙
• 암 세포의 핵은 정상보다 크고 더 어두움
• 염색체는 비정상적인 수로 배열되어 있고, 무질서함
• 암 세포는 경계가 없이 무리를 이루고 있음

Smoke & Cancer

• 담배 연기 속에 포함된 BPDE라는 성분이 있음
• BPDE가 종양 억제하는 p53 유전자에 결합하여 종양 억제를 막음

How Genes Are Controlled : Ex 1

How and Why Genes are Regulated

• 몸에 있는 모든 세포는 zygote(수정란) = egg + sperm의 mitosis로 생성 됨

• 모든 세포는 zygote와 동일한 DNA를 가지고 있음

• Differential Gene Expression : 특정 유전자는 켜지고 다른 유전자는 꺼지게 하는 메커니즘으로, 동일한 유전 정보를 가진 세포들이 서로 다른 유형의 세포로 발달할 수 있는 이유

• Turn On / Off : 유전자들이 transcription되고 translation되어 특정 단백질로 변환되는 것

• Gene Expression : 유전자가 켜져 있을 때는 전사 및 번역 과정을 통해 특정 단백질로 전환됨

Transcriptional control of prokaryotic cells

• 우유(lactose)를 마시면 E.coli(대장균)은 lac Z, lacY, lacA 세 가지 젖당 분해 효소를 만듦

lactose = D-galactose + D-glucose

Lactose Presence & Absense -> Turn On & Off

• Operator (Regulatory DNA) : 유전자가 동시에 켜지거나 꺼지도록 도움
• Operon : (lacZ, lacY, lacA)는 DNA 상에서 인접하고, 동시에 켜지거나 꺼짐

Lactose Absense

Lactose Presence

• Promoter : RNA Polymerase가 결합해 transcription 시작하는 자리

• Operator : Promoter 와 Operon 사이에 위치한 DNA 조각, 특정 단백질이 결합하는지 여부에 따라 스위치 역할

• Repressor protein : Operator와 RNA Polymerase가 Promoter에 결합하여 유전자 전사를 시작할 수 있는지 결정

How Genes Are Controlled : Ex 2

Gene Regulation in Eukaryotic Cells

• 진핵 세포는 박테리아보다 더 복잡한 유전자 발현 조절 메커니즘을 가지고 있음
• On/Off 말고도, Speeded up/Slowed down도 가능

DNA Packing

세포는 유전자를 장기적으로 비활성화(inactivation)하기 위해 DNA 포장(DNA packing)을 사용

• Embryonic cell (배아 세포)
• 여성 포유류에서는 배아 발달 초기에 두 개의 X 염색체 중 하나가 무작위로 비활성화
• 비활성화된 X 염색체는 치밀하게 포장(compacted)되어 유전자 발현이 억제
• 비활성화 과정은 해당 세포의 모든 딸세포에서도 동일하게 유지

Transcription

• Downstream : 전사 방향
• Upstream : 전사 반대 방향

Unpacking of DNA

Chromosome 내의 DNA가 단단히 감겨 있는 상태에서 RNA Polymerase가 접근할 수 있도록 풀리는 과정

Initiation of Transcription

Regulatory Proteins 은 조절 DNA(프로모터)에 결합하여 유전자 전사를 켜거나 끔

• Enhancer : 진핵 세포에서 유전자 발현을 조절하는 비암호화 DNA 서열
• Transcription Factors : 특정 DNA 서열에 결합하여 유전자 발현을 조절하는 단백질
• DNA-protein assembly : Enhancer 내에서 RNA polymerase가 Promoter에 접합되는 것을 촉진하고, RNA polymerase를 활성화 시킴

• 1) DNA-bending proten이 Enhancer와 Promoter를 가까이 오게 함

• 2) TFs가 Enhancer와 Promoter에 결합해 RNA Polymerase가 Promoter에 결합하여 유전자의 전사를 시작하도록 도움

• Repressor : TFs의 한 종류로, Enhancers 또는 Silencers DNA 서열에 결합하여 전사의 시작을 억제, 유전자를 끄는 역할을 하며, 진핵 생물에서는 활성자(activator)보다 덜 흔함

• Activator : 유전자를 켜는 단백질로, DNA에 결합하여 Transcription를 촉진
  , RNA Polymerase가 Promoter에 결합하기 쉽게 만들어 전사를 활성화합니다.

• Default State : 진핵 생물의 대부분의 유전자에서 기본 상태는 비활성

• Housekeeping genes : 일상적인 활동을 위한 유지 유전자는 항상 필요하기 때문에 기본적으로 활성화된 상태를 유지

RNA Processing and Breakdown

• 이후 생성된 mRNA는 cap과 tail가 추가 되고
• Introns 제거 및 Exons 연결을 통한 RNA Splicing 발생

Alternative RNA Splicing

Introns 제거 이후 Exons가 어떻게 접합되느냐에 따라 다양한 mRNA가 생김

• 이로써 single gene으로부터 여러 종류의 Polypeptide 생성 가능

• mRNA의 수명은 몇 시간에서 몇 주, 심지어 몇 달까지 다양함
• mRNA의 분해 타이밍을 조절하는 것도 regulation
• 그러나 모든 mRNA는 결국 분해되어 재활용

Translation

• mRNA가 리보솜에 결합하여 번역이 시작
• 번역 후에도 유전자 발현을 조절할 수 있는 기회가 존재

Gene regulation by the external environment

hormones 같은 chemical을 만들고, 분비함으로써 Signal Cell과 Target Cell 간의 Communication
signal molecule가 target cell의 receptor protein 결합하여 신호 전달 경로를 시작하고, 일련의 분자적 변화(phosphorylation)를 통해 세포 외부에서 받은 신호를 세포 내부의 특정 반응으로 전환하는 과정이 일어남

1) 신호 분자의 분비 (Signaling Molecule Release)
2) 세포막의 수용체 단백질과의 결합 (Binding to Receptor Protein)
3) 신호 전달 경로의 활성화 (Activation of Signal Transduction Pathway)
4) 키나제 활성화 (Kinase Activation) - 키나제(kinase)라는 효소가 릴레이 단백질에 인산기를 추가하여 활성화 (phosphorylation)
5) 전사 인자의 활성화 (Activation of Transcription Factor) - TFs는 핵으로 이동해 Gene Expression 조절

Abnormal gene expression | The Genetic Basis of Cancer

Genes that Cause Cancer

• oncogene : 암 유발 유전자
• proto-oncogene : 잠재적으로 암 유발이 가능한 유전자
• 세포는 바이러스로부터 oncogene을 얻거나 proto-oncogene의 돌연변이를 통해 oncogene을 획득

• proto-oncogenes은 세포 분열을 자극하는 (growth factors)나 세포 주기에 영향을 미치는 다른 단백질들을 암호화

Three Ways that a Proto-Oncogene can Become an Oncogene

• 유전자 내 돌연변이 (Mutation within the Gene) proto-oncogenes 자체에 돌연변이 발생
• 결과: 활성화된 성장 촉진 단백질(hyperactive growth-stimulating protein)이 생성되어 비정상적인 세포 성장을 유도

• 유전자의 다중 복제 (Multiple Copies of the Gene) : proto-oncogenes의 복제본이 세포 내에 여러 개 존재
• 결과: 정상적인 성장 촉진 단백질(normal growth-stimulating protein)이 과도하게 생성되어 세포 성장이 비정상적으로 빠르게 진행됨

• DNA 조절 영역 내 돌연변이 (Mutation within a Control Region of DNA) : Promoter 내에 돌연변이가 발생해 promoter가 계속 돌아감
• 결과: mutated promoter)에 의해 정상적인 성장 촉진 단백질이 과도하게 생성되어 비정상적인 세포 성장을 유도

Genes that Inhibit Cancer

세포 분열을 억제하거나 유전체 DNA를 수리하는 유전자의 돌연변이도 암의 발생에 관여

• tumor-suppressor genes : 정상적으로 제어되지 않은 세포 성장을 방지하는 단백질을 암호화

• 종양 억제 유전자에 돌연변이가 생기면 성장 억제 단백질의 생산이나 기능이 방해

Inherited Cancer-Causing Mutations

Colorectal Cancer (결장암)

• 약 15%의 결장암이 유전성 돌연변이와 관련

Breast Cancer

• 유방암 환자의 약 5-10%에서 유전의 역할

• 두 개의 유전자(BRCA1과 BRCA2)의 돌연변이는 유전성 유방암의 절반 이상에서 발견

• BRCA1 (브라카1): 유방암과 난소암과 관련된 유전자.

• BRCA2 (브라카2): 유방암과 난소암과 관련된 유전자.

Molecular Diagnosis

• 개인의 유전체를 분석하여 암 발생 위험을 평가하는 기술