유전자정보분석

유당불내증(Lactose Intolerance)이 자연선택과 관련이 있다? 무슨 근거로...

hongiiv 2010. 4. 12. 11:05
반응형
유당은 우유에 함유된 이탄당(disaccharide)으로, 유당분해 효소인 lactase가 부족하면 소화되지 않은 유당이 소장에서 삼투현상에 의해 수분을 끌어들임으로써 팽만감과 경련을 일으키고 대장을 통과하면서 설사를 유발하게 되는데 이러한 현상을 유당불내증이라 한다.(출처: 블로그이름 필요)

가장 많이 회자되는 이야기가 유럽인들은 목축을 일찍이 시작하면서 우유를 먹어도 소화가 잘 되도록 진화했지만, 아시아인들은 농경이 주이기 때문에 우유에 대한 소화가 잘 이루어지지 않아 우유를 먹으면 설사하는 사람이 많다라는 이야기를 많이 들었을것이다. 그래서 나온것이 바로 두유라는 이야기가 있다 :-) (이부분에 대한 정확한 출처필요)

집단에서 유전적 변이에 영향을 주는(유당 분해가 잘되는 등)것은 자연선택(natural selection)에 의해서 영향을 받는다. 자연선택 외에도 유전적 다양성에 영향을 주는 것은 유전적부동(genetic drift, 비적응과정으로 생기는 유전적 변이)등의 많은 요소가 있지만, 집단내에서 적응과정(유당 분해가 잘되도록)에서 유전적 변이에 미치는 경우를 자연선택이라고 한다.

이러한 자연선택은 집단내에서 다양한 유전적 다양성이 감소되는 즉, 유당분해를 잘하는 사람과 못하는 사람이 공통적으로 존재하는 경우에서 유당분해를 잘하는 사람만 남게 되는 즉, 다양했던 유전성이 감소되는 안정화선택(stabilizing selection)과 방향성선택(directional selection)이 있다.

다시 방향성선택은 (a)집단내에서 적응도를 감소시키는 해로운 돌연변이를 제거함으로서 다양성이 감소되는 negative selection 또는 purifying selection 이 있고 (b)집단내에서 적응도를 증가하는 돌연변이를 선호함으로써 다양성이 감소되는 positive selection이 있다. 

selection
처음 집단은 그럭저럭인 사람이 많은 집단이었으나, 자연선택에 의해서 그럭저럭과 소화잘됨으로 유전적 다양성이 감소하고, 소화잘됨이 많아진 positive selection이 일어났다.

바로 이러한 유당불내증이 집단내에서 유당분해를 잘하는 돌연변이를 가진 사람들이 선호되면서 그 사람들만 남게 되는(다양성이 유당분해를 잘하는 사람만 선택되어 유전적 다양성이 감소) 현상에 관한 논문이 "Genetic Signatures of Strong Recent Positive Selection at the Lactase Gene"이다.

그렇다면 롱롱타임어고~ 시절에 살던 어떠한 집단의 유전자를 보지 않고서 단지 현재 인류만을 보고 어떻게 이러한 유당불내증이  positive selection이라고 이야기 할 수 있는 것일까? 바로 이부분에서 이제 자연선택을 탐지, 발견하는 분자생물학적인 방법이 등장하게 된다.

자! 이제 당신은 탐정이다. 모든 범죄가 끝나고 난 뒤(잔치가 끝난뒤) 바로 범행 현장에 도착했고, 이제 여기에 남겨진 증거들만을 가지고 당신은 이제 유당불내증의 범인을 찾아야한다.

33

위의 그림은 지금까지 이야기한 내용을 유전자의 입장에서 바라본 것이다. 맨 상위 세대에서 목축업을 시작한 유럽인에서 우유를 먹어도 소화가 잘되는 (X)라는 돌연변이가 하나 생겼다. 이렇게 (X)라는 돌연변이를 가진 유전자 주위에는  P,Q,R(모두 대문자)의 유전자가 존재하고 있다. 다음 세대에서는 이러한 (X) 돌연변이를 가진 사람들은 주변에 P,Q,R과 함께 집단내에서 퍼져나가게 된다. 이렇게 집단내에서 퍼져 나가기 위해서는 recombination에 의해서 수행되게 된다. 따라서 (X)와 더불어 집단내에서 P,Q,R의 빈도도 증가하게 되며, 이러한 (X)에 편승해서 같이 놀아나는? 것을 가리켜 hitchhike 또는 selective sweep이라고 한다. 

한참 시간이 지나면서 (X)와 P,Q,R은 안정되고 더이상의 recombination은 일어나지 않게 된다. 이제 이 집단은 첫 세대의 유전적 다양성은 집단내에서 적응도를 증가하는 변이 (X)가 증가하는 자연선택의 positive selection에 의해서 (X), P, Q, R이 대부분이 집단으로 변하게 된것이다.

자 다시 탐정으로 돌아가서 이제 마지막의 세대만(사건현장에 남겨진 증거품)을 보고 윗세대에서 저러한 일들이 있었는가를 찾아내는 기나긴 여정을 시작해보자. 

어떤 경우를 Positive Selection으로 간주하나?
해당 돌연변이의 allele가 불어나야 한다. 위의 그림처럼 해당 돌연변이 걍 사라져버리면 걍 끝이니까. 우선은 해당 집단에서 많아져야한다.
Allele is over-represented(적응도가 증가하기 때문에)

해당 돌연변이의 Allele는 집단내에서 빠르게 확산되어야 한다. 돌연변이가 해당 집단에서 백만년이 걸린다면 이건 아니지 않겠는가. 많이 빠르게...
Allele spreads quickly throughout population(이건 적응도가 증가한 결과)

마지막으로 두개의 Allele가 동시에 positive selection이 될 수는 없겠죠. SNP로 치자면 A,G의 두개의 allele가 모두 positive selection이라고 할 수 없죠. 이중 하나의 Allele 즉, A면 A, G면 G 만 positive한 selection이 될 수 있겠다.

자 위에서 언급한 3가지를 밝혀내는 방법은 LRH(Long Range Haplotype), iHS(Integrated Haplotype Score), XP-EHH, EHH, Fst 등등의 값을 가지고 알아낼 수 있다. 다음 포스팅으로 패스~. 이상 간단한 기본 지식을 알아보았다. 다음번 포스팅에서는 실제 사례를 들어가면서 한번 살펴보기로 하겠다.


반응형