CpG island는 프로모터 부근에 주로 위치하고 있어서 유전자 전사 시에 밀접한 영향을 끼치며 유전자 발현 및 조절 메커니즘에서 중요한 역할을 한다. CpG island 대부분 비 메틸화 상태로 존재하지만, 비정상적인 메틸화가 나타날 경우 정상세포의 암 억제 유전자가 정상적으로 발현하지 못하여 암의 원인이 된다. 따라서 암의 진단과 치료적 측면에서 CpG island 내의 메틸화가 중요한 단서가 될 것이다.
<h1>서론</h1> <p>포스트게놈 시대에는 유전자들의 기능 및 조절 메커니즘 규명을 비롯하여, 각 생물체의 게놈 프로젝트를 통해서 얻어진 방대한 DNA 정보와 생명체의 정보 등을 이용한 생명현상 연구가 활발히 이뤄지고 있으며, 특히 DNA가 발현된 단백질의 구조와 기능에 대한 연구, 즉 프로테오믹스(proteomics)가 핵심 분야로 대두되고 있다. 게다가, 지난 수 십년 동안 유전자 발현 및 조절 메커니즘에 대한 연구가 유전학을 바탕으로 진행되어 왔으나 최근 유전자가 발현하는데 DNA 서열과 함께 메틸기가 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀지면서 후성학(epigenetics)이 중요한 분야로 인식되고 있다. 후성학에서 가장 중요한 역할을 하는 것은 DNA 염기에 메틸기( \( \mathrm { CH } 3- \))가 붙는 메틸화(methylation)이다. 유전체의 염기서열 중 시토신(C)과 구아닌(G) 두 염기가 나란히 존재하는 것을 CpG라 하는데, 여기서 시토신이 메틸화될 수 있다. CpG는 진화과정을 거치면서 진핵생물 유전체에서는 점진적으로 감소되어 온 경향이 있는데 포유동물 유전체에는 여전히 잘 보존되어 있으며 유전체 내 CpG의 메틸화 정도나 양상은 포유동물의 종에 따라 다르고, 조직에 따라서도 특이적인 것으로 밝혀지고 있다. 특히 인간을 포함한 포유동물의 염기서열에는 CpG가 밀집되어 있는 부위가 존재하는데, 이러한 영역을 'CpG island'라고 한다. CpG island는 보통 \(0.5 \)~ \(4~ \mathrm { kbp } \) 정도 크기로, 유전자의 상위 부위, 즉 유전자의 전사를 조절하는 영역인 프로모터 부근에 대부분 위치하고 있어 유전자와 밀접한 연관성을 갖고 있다. 현재 밝혀진 인간 유전체의 전체 염기서열에서 CpG island는 약 29,000개로 추정되는데, 전체 추정 유전자의 \(70 \% \)에 해당하는 유전자가 하나의 CpG island를 보유하고 있는 것으로 여겨 진다. 많은 실험들에 의해 CpG island는 유전자 발현억제, 유전자 각인, X 염색체 불활성화, 발암의 억제 등에 작용하는 등 유전자 발현 및 조절 메커니즘에 매우 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.</p> <p>CpG island는 대부분 비 메틸화상태 (methylation-free)로 존재한다. 그러나 메틸화된 예외적인 경우가 존재해 CpG island의 메틸화가 지닌 의미를 밝히는데 도움이 되고 있다. 특히, 인간의 정상세포에서는 암 억제유전자 등이 정상적으로 발현됨으로써 세포분열을 적절하게 조절하고 있다. 그러나 암세포의 경우는 암 억제유전자가 제대로 기능을 발휘하지 못해 세포분열의 조절기능을 잃어버린 상태에 이른다. 이런 암 억제유전자의 기능 소실은 이들 유전자의 CpG island에 나타난 비정상적 메틸화에 원인이 있다는 사실이 다양한 암(대장암, 간 종양, 백혈병, 위암 등) 종에서 연속적으로 밝혀지고 있다. 유전자의 전사과정은 세 가지 조건이 충족되어야 진행이 되는데 첫째, 적절한 전사인자(transcriptional factor)가 있어야 하고, 둘째, 히스톤(histone)들이 아세틸화되어 있으면서 메틸화되지 않아야 하고, 셋째, CpG island에 메칠화가 이뤄지지 않아야 한다. 이러한 측면에서 CpG island가 매우 중요한데, 비록 CpG island의 메칠화가 우선인지 아니면 유전자 발현 억제가 우선인지의 논란은 여전히 남아 있지만, 암세포에서 CpG island 내의 메칠화는 분자진단 및 암의 조기 진단에 활용될 가능성이 매우 높으며, 유전자의 변이보다는 후생학적 변이를 정상화시키는 것이 더 쉬울 것이라는 점에서 암의 치료적 측면에서도 매우 흥미로운 분야이다. 따라서 이런 다양한 연구결과들이 밝혀짐에 따라 암과 관련하여 CpG island 를 연구하는 곳이 늘어나고 있는 실정이다. 게다가, CpG island는 유전자의 유용한 표식자로서의 역할을 할 수 있기 때문에 전산생물학적 측면에서 유전자나 프로모터 예측 프로그램을 개발할 때 중요한 단서로 활용될 수 있다.</p>