【분자생물학】 2011년 제48회 변리사 2차 국가자격시험

2011년 제48회 변리사 2차 국가자격시험

 

추천글 : 【분자생물학】 변리사 2차 분자생물학 기출문제 풀이 

---

a. 중심학설

b. DNA 테크놀로지 

---

 

문제 1. 최근 재생의학(regenerative medicine) 분야에서 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC)가 새로운 세포치료법으로 대두되고 있다. iPSC 기술을 정의하고, 이 기술의 장점과 현재 이 기술이 갖고 있는 문제점과 그 극복방안에 대하여 논하시오.

 

⑴ iPSC 기술의 정의

○ 체세포를 배아줄기 세포로 전환한 것을 말한다. 체세포에 다음과 같은 역분화 유전자를 전달한다.

○ Oct4 : 줄기세포 미분화 유지 관련 유전자

○ Sox2 : Oct4에 영향을 받는 유전자

○ c-Myc : 체외 배양 시, 표현형 유지 및 증식 관여 유전자

○ kif4 : 체외 배양 시, 표현형 유지 및 증식 관여 유전자

 

⑵ 장점

○ 윤리적 문제가 없다.

○ 전분화능(pluripotency)을 갖고 있다. 즉, 모든 종류의 세포로 분화할 수 있다.

 

⑶ 단점

○ 성공 확률이 매우 낮다.

○ 이식 후 면역 거부반응을 일으킬 수 있다.

○ 면역된 줄기세포가 암세포가 될 수도 있다.

 

⑷ 해결방안

○ 바이러스 벡터가 아닌 비바이러스 벡터를 사용하면 안정성이 향상될 수 있다. 

○ 면역 거부 반응을 최소화하기 위해 자신의 세포에서 유래한 iPSC를 사용할 수 있다.

○ 환자별 성공 확률을 예측하는 적절한 바이오마커를 이용할 수 있다.

 

 

문제 2. 유전자의 기능을 조사하는 대표적인 방법은 유전자의 발현을 억제하고 표현형(phenotype)을 분석하는 것이다. 최근에 많이 사용되고 있는 조건적 유전자 적중마우스(conditional gene targeting mice) 기술의 중요성을 설명하고, 이에 필요한 벡터(vector) 및 조건적 유전자 적중마우스의 제작과정을 기술하시오.

 

⑴ 중요성

○ 특정 유전자를 마우스에 발현시키려면 크게 3가지 방법을 사용할 수 있음

○ siRNA 처리 : siRNA 처리는 일부분에만 국한되고 delivery system을 설계해야 하며 억제 정도가 모든 세포에게 균일하지 않음

○ 특정 유전자 산물의 억제제 처리 : 억제제 처리는 임의의 유전자에 대한 억제제가 항상 존재하지 않는다는 점과 간접적인 효과만 보여준다는 한계

○ 조건적 유전자 적중마우스 : 전체적·직접적이고 억제 정도가 모든 세포에 균일하며 임의의 유전자에 대해서 할 수 있음

○ 응용 사례

○ 특정 조건에서의 유전자 기능 연구

○ 질병 모델 개발 

 

⑵ 벡터 및 제작과정

 

2017년 변리사 2차 분자생물학

 

○ 플라스미드 벡터(targeting vector)는 neor(neomycin resistant gene) 유전자가 삽입되어 불활성화된 유전자 X와 멀찍이 떨어져 있는 TK(thymidine kinase) 유전자를 포함한다. targeting vector를 ES 세포 내에 삽입하면 몇몇 ES 세포는 알아서 기존 유전자 X를 불활성화된 유전자 X로 대체한다. 그 뒤 세포들을 G418, 간시클로비르가 포함된 배지에서 배양하면 선별을 할 수 있다. 즉, 형질전환되지 않은 ES 세포는 G418에 의해 사멸된다. 또한 유전자 X 이외의 부위가 대체된 ES 세포는 TK 유전자가 있어서 간시클로비르에 의해 사멸된다. (TK 유전자는 간시클로비르를 분해하여 독성을 유발한다.) 마지막으로 유전자 X만 대체된 ES 세포만 살아남게 된다.

 

⑶ 조건적 유전자 적중마우스의 제작과정 

○ 녹아웃된 ES 세포를 선별했으면, 포배 단계의 배아줄기세포에 녹아웃된 ES 세포를 주입한다. 그 뒤 돌연변이 개체를 얻었음을 극적으로 보여주기 위해 털색이 다른 대리모에 녹아웃된 ES 세포를 착상시키게 된다. 이렇게 만들어진 키메라 쥐를 정상 생쥐와 교배시키면 F₁ 생쥐를 얻을 수 있다. F₁ 생쥐는 정상 동형접합체 (+/+), 돌연변이 이형접합체 (+/-), 돌연변이 동형접합체 (-/-)으로 나눌 수 있는데, 키메라 쥐가 돌연변이 이형접합체라고 볼 수 있으므로 F₁ 생쥐는 (+/+)와 (+/-)만 존재한다. 정상 동형접합체는 털색이 정상인 반면, 돌연변이 이형접합체는 털색이 모자이크 모양이 되어 양자를 구별할 수 있게 된다. 돌연변이 이형접합체들을 교배시켜 F₂ 생쥐를 얻으면 이 중 25%가 돌연변이 동형접합체가 되고 이 또한 털색을 통해 구별할 수 있게 된다.

 

 

문제 3. 세포에서 작용하는 단백질은 아미노산의 서열뿐만 아니라 다양한 수식화(post-translational modification)가 그 기능에 영향을 미친다. 진핵세포에서 일어나는 단백질 수식화 방식 5가지를 나열하고, 각 수식화의 생리적 의미를 구체적인 예를 들어 논하시오.

 

⑴ 단백질 수식화 방식

○ 부분적 분해

○ 당화

○ 인산화

○ 이황화결합

○ 칼넥신

○ 열 충격 단백질

 

⑵ 각 수식화의 생리적 의미

○ 부분적 분해 : 신호서열의 절단으로 세포 내 적절한 위치에 원하는 분자들이 이동하는 경우, 인슐린 전구체 내 아미노산이 절단되어 성숙 인슐린이 되는 경우, 각종 소화효소가 단백질 내 결합이 일부 잘려 활성화되는 것이 대표적인 예시이다.

○ 당화 : 막단백질, 신호단백질 등의 대다수가 당단백질이다.

○ 인산화 : 신호전달이 중요하게 관여한다. 아미노산 중에서도 Ser, Thr, Tyr이 인산화에서 가장 중요한 아미노산이다.

○ 이황화결합 : 조면소포체에서 형성되며 이때 PDI가 관여한다. 안핀센 실험에 따르면 단백질 입체 구조 형성에 가장 중요하게 관여한다.

○ 칼넥신 : 단백질의 정교한 3차 구조 형성에 관여한다. 낭포성 섬유증과 관련 있다.

○ 열 충격 단백질(heat shock protein) : 열 충격 단백질은 열을 비롯한 스트레스가 있을 때 단백질이 변성되지 않고 제 기능을 수행할 수 있도록 해준다. 

 

 

문제 4. 진핵세포 염색체 말단에 존재하는 말단소체(telomere)의 서열 및 구조적 특징, 생리적 의의, 말단소체중합효소 및 말단소체 합성기작을 각각 설명하시오.

 

⑴ 말단소체의 서열 

○ 사람, 쥐, 조류, 붉은빵곰팡이, 누에나방 : TTAGGG

○ 애기장대 : TTTAGGG

○ 클라미도모나스 : TTTTAGGG

○ 효모 : TTAC(A)(C)G(1-8)

 

⑵ 말단소체의 구조적 특징

○ 텔로미어 상의 tetra G가 t-loop를 형성하여 노출된 텔로미어 3' 말단을 헤어핀 구조로 변형하여 말단을 보호한다.

 

⑶ 말단소체 중합효소

○ RNA 의존성 DNA 중합효소, 즉 역전사 효소이다.

 

⑷ 말단소체 중합효소 합성기작

○ 분자 내 짧은 RNA가 텔로미어를 다시 길게 한다.

○ 이때 분자 내 짧은 RNA는 3'-CCCAAUCCC-5'이다.

 

입력: 2021.05.29 16:26