분자 네트워크 관점에서 종간 그리고 종내의 진화적 특성 비교에 관한 연구

Abstract

진화의 역사에 있어서 진화는 크게 소진화와 대진화로 나뉜다. 같은 종 내의 다른 아종으로 분화하는 소진화와, 새로운 종 이상으로 분화하는 종 간의 진화인 대진화이다. 이러한 개념은 1927년 처음 제시되었으며, 진화의 현대적 개념을 세우는데 중요한 초석이 되었다. 진화에 대한 일반적인 생각은 대진화는 소진화의 축적으로 이루어 진다는 것이다. 그러나 여러 진화생물학자의 연구에 따르면 대진화는 소진화의 축적으로만 일어나는 것이 아니라는 사실이 밝혀졌다. 그렇다면 소진화와 대진화는 어떠한 방식으로 일어나는 것일까? 진화의 특성상 실험을 통해서 대진화를 검증하기 어려웠기 때문에, 대진화와 소진화의 차이점은 화석 연구나 형태학적 분석을 통해서만 이루어졌다. 하지만 컴퓨터의 발전과 함께 태동한 시스템생물학은 대규모 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 인간게놈프로젝트 이후 많은 종의 DNA 염기서열을 분석할 수 있게 해주었다. 본 연구에서는 ERC(Evolutionary Rate Co-variation)라는 두 유전자간 공진화를 측정할 수 있는 측정방법을 사용하여 종 내(소진화), 종 간(대진화)에서 일어나는 두 진화의 차이점을 분석하였다. 분석에는 S.cerevisiae의 39개 아종과 이스트 18종의 DNA 염기서열을 사용하였다. 종 간, 종 내 공진화 비교를 위해, 생명체의 주요 상호작용인 단백질-단백질 상호작용 네트워크, 공발현 네트워크, 합성치사 상호작용 네트워크를 대상으로 유전자 상호작용간 종 내, 종 간의 ERC를 측정하고 네트워크 별로 차이점을 분석하였다. 단백질-단백질 상호작용 네트워크 분석에는 일시적 반응에 관여하는 바이너리 상호작용 네트워크, 지속적인 복합체 형성에 관여하는 공동 복합체 상호작용 네트워크를 비교하였다. 공동 복합체 상호작용 네트워크가 종 내, 종 간의 평균 ERC 모두 바이너리 상호작용 네트워크보다 높았으며, 필수유전자 간의 상호작용이 종 내에서는 낮은 평균 ERC 수치를 가지나 종 간에서는 높은 ERC 수치를 가짐을 확인할 수 있었다. 공발현 네트워크는 S.cerevisiae, S.paradoxus, S.mikatae 3 종의 공발현 네트워크를 종 내, 종 간에 대하여 분석하였다. S.cerevisiae 종 내와 비교 할 때 유전적 진화 거리에 따라 평균 ERC 값이 낮아졌으며, 이러한 차이는 비-필수유전자 - 비-필수유전자 상호작용의 공진화에 따라 차이가 남을 확인하였다. 마지막으로 합성치사 상호작용 네트워크는 종 간에서 종 내보다 더 높은 평균 ERC를 가짐을 확인하였다. 그리고 GO분석을 통해 cell cycle 관련 유전자가 종 내에서는 공진화 하지 않음을 알 수 있었다.