후성 유전학을 이용한 항암 치료

독서 과학기술 01 | 후성 유전학을 이용한 항암 치료 적용 학습 &middot; 과학&middot;기술 과학기술 01 후성 유전학을 이용한 항암 치료 과학&middot;기술 — 생명과학(유전학/항암) | 설명형 지문읽기 구조분석 문제풀기 연계포인트 지문 갈래: 과학기술(생명과학/유전학) | 주제: 후성 유전의 원리와 이를 이용한 항암 치료 | 유형: 설명형 1 생명체의 유전 정보는 아데닌 아데닌(adenine): DNA를 구성하는 4가지 염기 중 하나. 티민(T)과 상보적으로 결합한다. , 구아닌 구아닌(guanine): DNA를 구성하는 4가지 염기 중 하나. 사이토신(C)과 상보적으로 결합한다. , 사이토신 사이토신(cytosine): DNA를 구성하는 4가지 염기 중 하나. 구아닌(G)과 상보적으로 결합한다. DNA 메틸화의 주요 대상. , 티민 티민(thymine): DNA를 구성하는 4가지 염기 중 하나. 아데닌(A)과 상보적으로 결합한다. 으로 구성된 디엔에이(DNA) DNA(deoxyribonucleic acid): 유전 정보를 저장하는 이중 나선 구조의 핵산. 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민 4가지 염기로 구성된다. 염기 서열 DNA나 RNA를 구성하는 염기가 늘어선 순서. 유전 정보의 본체이다. 에 저장되어 있다. 동일한 염기 서열을 가진 세포들이라도 유전자 발현 유전자 발현(gene expression): 유전자에 담긴 정보가 단백질 등으로 실현되는 과정. 전사와 번역을 거쳐 이루어진다. 양상 사물이나 현상의 모양이나 상태 은 다를 수 있는데, 이러한 현상을 후성 유전 후성 유전(epigenetics): DNA 염기 서열의 변화 없이 화학적 변형을 통해 유전자 발현을 조절하는 현상. 그리스어 'epi(위에)'+'genetics(유전학)'에서 유래. 으로 설명할 수 있다. 후성 유전이란 DNA 염기 서열의 변화 없이 화학적 변형 물질의 화학 구조가 바뀌는 것. 후성 유전에서는 메틸기·아세틸기의 부착·제거를 가리킨다. 을 통해 유전자 발현을 조절하는 과정으로, 대표적인 예로는 DNA 메틸화 DNA 메틸화(methylation): DNA의 사이토신에 메틸기(-CH3)가 부착되어 유전자 전사를 억제하는 과정. , 히스톤의 아세틸화 히스톤 아세틸화(acetylation): 히스톤 단백질에 아세틸기가 결합하여 DNA 구조를 느슨하게 만들어 유전자 발현을 촉진하는 과정. 등이 있다. 2 DNA 메틸화는 유전자의 전사 전사(轉寫, transcription): DNA의 유전 정보가 전령 RNA에 옮겨지는 과정. 유전 정보의 복사물인 전령 RNA가 단백질을 합성한다. * 조절 부위 어떤 부분이 차지하고 있는 자리 인 프로모터 프로모터(promoter): RNA 중합 효소가 결합하는 DNA 가닥의 한 부위. 전사가 시작되는 부위로, 유전자 발현의 스위치 역할을 한다. * 내 사이토신에 메틸기 메틸기(-CH3): 탄소 1개에 수소 3개가 결합한 화학기. DNA 메틸화에서 사이토신에 부착되어 유전자 발현을 조절한다. 가 부착되어 특정 유전자의 전사가 억제 활동이나 작용을 눌러 그치게 함 되는 과정이다. 이 과정은 주로 사이토신과 구아닌이 인접한 서열( CpG CpG: 사이토신(C)과 구아닌(G)이 인산 결합(p)으로 인접한 DNA 서열. DNA 메틸화가 주로 일어나는 부위. )에서 일어나며, DNA메틸화 효소(DNMT) DNMT(DNA methyltransferase): DNA 메틸화를 촉매하는 효소. 사이토신에 메틸기를 부착시키는 역할을 한다. 의 촉매 촉매(觸媒, catalyst): 자신은 변하지 않으면서 화학 반응의 속도를 빠르게 하는 물질. 작용으로 촉진된다. 메틸화된 DNA는 전사 인자 전사 인자(transcription factor): DNA에 결합하여 유전자의 전사를 조절하는 단백질. 유전자 발현의 '열쇠' 역할. 들의 결합을 방해하는 구조를 형성하여 유전자 발현을 차단하는 일종의 정지 신호 역할을 한다. 반면, 히스톤의 아세틸화는 전사를 촉진하는 화학적 변형이다. 히스톤 히스톤(histone): DNA에 감겨 있는 단백질 구조체. DNA를 실패처럼 감아 핵 안에 압축 저장하는 역할을 한다. 은 DNA에 감겨 있는 단백질 구조체인데, 그 꼬리 부분의 라이신 잔기 라이신 잔기(lysine residue): 히스톤 단백질 꼬리에 있는 아미노산. 아세틸화의 주요 대상 부위. 에 아세틸기 아세틸기(-COCH3): 아세트산에서 유래한 화학기. 히스톤에 결합하면 DNA 구조를 느슨하게 만든다. 가 결합하면 히스톤과 DNA 간의 상호 작용 둘 이상의 대상이 서로 영향을 주고받는 것 이 느슨해진다. 이는 마치 단단히 감겨 있던 실타래가 풀리는 것처럼, 전사 인자들이 DNA에 쉽게 접근할 수 있도록 하여 유전자 발현을 촉진한다. 반면, 히스톤 탈아세틸화 효소(HDAC) HDAC(histone deacetylase): 히스톤에서 아세틸기를 제거하는 효소. DNA-히스톤 복합체를 조밀하게 만들어 유전자 발현을 억제한다. 는 라이신 잔기에서 아세틸기를 제거하여 DNA-히스톤 복합체의 구조를 더욱 조밀하게 촘촘하고 빽빽하게 만들고 유전자 발현을 억제한다. 3 한편, 정상적인 세포에서는 종양 억제 유전자 종양 억제 유전자(tumor suppressor gene): 세포의 비정상적 증식을 억제하는 유전자. 이 유전자가 비활성화되면 암이 발생할 수 있다. 가 활성화 기능이 활발하게 작동하는 상태가 됨 되어 세포의 분열을 조절하고 무제한 제한이 없음. 한도 없이 증식 세포나 생물이 늘어남 을 방지한다. 그러나 후성 유전적 시스템에 오류가 발생하면 이러한 보호 메커니즘이 무너질 수 있다. 예를 들어 종양 억제 유전자의 프로모터 부위에 DNA 메틸화가 과도하게 일어나거나 히스톤에서 아세틸기가 제거되면 해당 유전자 전사가 억제된다. 이러한 오류로 인해 종양 억제 유전자의 기능이 상실되면 세포 주기 세포 주기(cell cycle): 세포가 분열하여 새로운 세포를 만드는 과정의 반복 주기. G1기, S기, G2기, M기로 구성된다. 조절 시스템이 붕괴된다. 나아가 세포 자살 프로그램 세포 자살 프로그램(apoptosis): 세포가 스스로 사멸하는 프로그래밍된 세포 죽음. 비정상 세포 제거에 중요한 역할. 이 비활성화되면서 세포는 정상적인 수명을 다해도 사멸하지 않고 무한히 증식하게 된다. 이와 같은 과정을 통해 정상 세포가 암세포 암세포(cancer cell): 정상적인 세포 주기 조절을 벗어나 무한히 증식하는 비정상 세포. 로 변질된다. 4 ㉠ 기존의 항암제 기존의 항암제: 세포독성 항암제(cytotoxic agent)를 가리킴. 빠르게 분열하는 세포를 무차별적으로 공격하는 방식. 는 주로 비정상적으로 빠르게 분열하는 암세포의 특성을 표적 공격이나 관찰의 대상이 되는 것 으로 하여 암세포를 공격하는 방식이었으나, 이 방법은 정상 세포 중 분열 속도가 빠른 세포에도 손상을 가해 심각한 부작용 약이나 치료에서 나타나는 원하지 않는 해로운 결과 을 초래했다. 이러한 한계 더 이상 나아갈 수 없는 한도 를 극복하기 위해 후성 유전적 오류를 교정하는 ㉡ 새로운 항암제 새로운 항암제: 후성 유전적 항암제(epigenetic drug). DNMT 저해제, HDAC 저해제 등이 대표적이다. 가 등장하게 되었다. 이 치료제는 후성 유전적 메커니즘을 복원하여 암세포가 정상 세포처럼 행동하도록 유도한다. 후성 유전적 항암제인 5-아자사이티딘 5-아자사이티딘(5-azacytidine): DNMT 저해제의 일종. 과도한 DNA 메틸화를 제거하여 종양 억제 유전자의 발현을 회복시킨다. 과 5-아자-2-디옥시사이티딘 5-아자-2-디옥시사이티딘(decitabine): DNMT 저해제의 일종. 5-아자사이티딘과 유사한 작용 원리로 DNA 메틸화를 억제한다. 과 같은 약물은 DNMT를 저해하는 작용을 한다. 이 약물들은 종양 억제 유전자 프로모터 부위에 과도하게 일어난 메틸화를 제거함으로써 전사 기능을 회복시킨다. 이를 통해 억제되었던 종양 억제 유전자의 발현이 다시 활성화되고 암세포의 성장이 저지된다. 한편, 보리노스타트 보리노스타트(vorinostat): HDAC 저해제의 일종. 히스톤의 아세틸화 상태를 유지시켜 종양 억제 유전자의 발현을 촉진한다. 는 HDAC를 저해하여 히스톤의 아세틸화 상태를 유지시킴으로써, 억제되어 있던 종양 억제 유전자의 발현을 촉진한다. 그 결과 암세포에서 세포 자살 프로그램이 재가동 멈추었던 것을 다시 작동시킴 되어 암세포가 사멸하게 된다. 5 암 발생에 대한 기존의 설명 모델인 누드슨 누드슨(Alfred Knudson, 1922~2016): 미국의 유전학자. 1971년 이중 적중 가설을 제안하여 유전성 암의 발생 메커니즘을 설명했다. 의 &lsquo; 이중 적중 모델 이중 적중 모델(two-hit model): 종양 억제 유전자의 두 대립 유전자 모두에 돌연변이가 발생해야 종양이 생긴다는 가설. &rsquo;은 종양 억제 유전자의 두 대립 유전자 대립 유전자(allele): 상동 염색체의 같은 위치에 존재하는 한 쌍의 유전자. 부모로부터 각각 하나씩 물려받는다. 모두에 돌연변이 돌연변이(mutation): DNA 염기 서열 자체가 변화하는 것. 후성 유전적 변화와 달리 비가역적인 경우가 많다. 가 발생해야 종양이 생긴다고 보았다. 이 모델은 망막 아세포종 망막 아세포종(retinoblastoma): 눈의 망막에 발생하는 유전성 암. 이중 적중 모델의 대표적 사례. 과 같은 유전성 암의 발생 메커니즘을 설명하는 데 중요한 역할을 했다. 그러나 후성 유전학의 발전에 따라 &lsquo; 확장된 이중 적중 모델 확장된 이중 적중 모델: 돌연변이뿐 아니라 후성 유전적 오류도 '적중'에 포함시킨 모델. 암 발생 경로가 더 다양함을 설명한다. &rsquo;에서는 암 발생의 경로가 더욱 다양해졌다. 이에 따르면 하나의 대립 유전자에는 돌연변이가, 다른 하나에는 후성 유전적 오류가 발생해도 종양이 발생할 수 있다. 더 나아가 두 대립 유전자 모두에 후성 유전적 오류만 있어도 암이 발병할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이러한 발견은 암의 발생 기전 어떤 현상이 일어나는 기본적인 과정이나 원리 이 기존에 생각했던 것보다 훨씬 다양하고 복잡함을 시사 시사(示唆): 어떤 것을 넌지시 알려 줌. 직접 말하지 않고 간접적으로 드러냄. 한다. ㉮후성 유전적 오류는 돌연변이와 달리 가역적 가역적(可逆的, reversible): 원래의 상태로 되돌릴 수 있는. 비가역적(irreversible)의 반대 개념. 특성을 지니므로, 적절한 약물 치료를 통해 암세포는 원래의 정상 세포로 돌아올 수 있다. 현재 후성 유전적 약물은 일부 암종에서 효과를 보이고 있으며, 다양한 암종에 대한 임상 연구 사람을 대상으로 약물이나 치료의 효과를 조사하는 연구 가 진행 중이다. *전사(轉寫): DNA의 유전 정보가 일단 전령 RNA에 옮겨지는 과정. 유전 정보의 복사물인 전령 RNA가 단백질을 합성한다. *프로모터(promoter): RNA 중합 효소가 결합하는 DNA 가닥의 한 부위. 또는 DNA 한 가닥에 상보적인 RNA 합성, 즉 전사가 시작되는 부위. 배경지식 &#9660; 후성 유전학(Epigenetics)의 역사 후성 유전학이라는 용어는 1942년 영국의 발생학자 콘래드 워딩턴이 처음 사용하였다. 그는 유전자와 환경의 상호작용이 표현형을 결정한다고 보았다. 이후 DNA 메틸화가 유전자 발현을 조절한다는 사실이 밝혀지면서, 후성 유전학은 분자생물학의 핵심 분야로 자리 잡았다. 특히 일란성 쌍둥이가 나이가 들수록 서로 다른 질병을 겪는 현상은 후성 유전의 대표적 사례이다. DNA의 이중 나선 구조와 염기 쌍 결합 1953년 왓슨과 크릭이 밝힌 DNA 이중 나선 구조에서, 아데닌(A)은 티민(T)과, 구아닌(G)은 사이토신(C)과 상보적으로 결합한다. DNA 메틸화가 주로 일어나는 CpG 부위는 사이토신(C) 다음에 구아닌(G)이 오는 서열로, 인산(phosphodiester) 결합으로 연결되어 있다는 의미에서 &lsquo;p&rsquo;가 들어간다. 누드슨(Knudson)의 이중 적중 가설 배경 알프레드 누드슨은 1971년 망막 아세포종을 연구하면서, 유전성 암 환자는 하나의 돌연변이를 이미 타고나고 나머지 하나의 돌연변이가 생기면 암이 발생함을 통계적으로 예측했다. 이 이중 적중 가설은 종양 억제 유전자 연구의 기초가 되었으며, 후성 유전학의 발전으로 &lsquo;적중&rsquo;의 개념이 확장되었다. &#9998; 구조 분석 지문 유형 & 핵심 정보 유형 설명형 — 후성 유전의 원리를 소개하고, 이를 기반으로 한 항암 치료법 및 암 발생 모델의 확장을 체계적으로 설명한다. 핵심 주제 후성 유전(DNA 메틸화·히스톤 아세틸화)의 오류가 암을 일으키며, 이를 가역적으로 교정하는 후성 유전적 항암제(DNMT 저해제·HDAC 저해제)가 새로운 치료 패러다임을 제시한다. 서술 전략 개념 정의 → 원리 설명 → 오류와 문제(암 발생) → 해결책(신약) → 이론 확장의 순서로 논리적 인과 관계를 중심으로 전개한다. 논리 흐름도 ① 후성 유전 개념 &rarr; DNA 염기 서열 변화 없이 화학적 변형으로 유전자 발현 조절 &darr; ② 두 가지 원리 &rarr; DNA 메틸화(억제) · 히스톤 아세틸화(촉진) · HDAC(억제) &darr; ③ 오류 → 암 발생 &rarr; 종양 억제 유전자 기능 상실 → 세포 주기 붕괴 → 무한 증식 &darr; ④ 기존 항암제 한계 &rarr; 빠른 분열 세포 공격 → 정상 세포 손상(부작용) &darr; ④ 신규 항암제 &rarr; DNMT 저해제(메틸화 제거) · HDAC 저해제(보리노스타트) &darr; ⑤ 모델 확장 &rarr; 이중 적중 → 확장 모델 / 가역성 → 치료 가능성 문단별 핵심 요지 1문단 후성 유전의 개념 도입. DNA 염기 서열 변화 없이 화학적 변형으로 유전자 발현을 조절하는 현상. DNA 메틸화·히스톤 아세틸화가 대표 예. 2문단 두 가지 후성 유전 원리의 비교. DNA 메틸화(CpG+DNMT → 억제), 히스톤 아세틸화(라이신 잔기+아세틸기 → 촉진), HDAC(아세틸기 제거 → 억제). 방향이 서로 반대. 3문단 후성 유전적 오류와 암 발생의 인과 관계. 과도한 메틸화 또는 아세틸기 제거 → 종양 억제 유전자 전사 억제 → 세포 주기 붕괴 → 세포 자살 비활성화 → 무한 증식. 4문단 기존 항암제의 한계와 후성 유전적 항암제. ㉠ 기존: 빠른 분열 세포 공격(정상 세포 손상). ㉡ 신규: DNMT 저해제(5-아자사이티딘 계열), HDAC 저해제(보리노스타트)로 오류 교정 → 세포 자살 재가동. 5문단 이중 적중 모델의 확장과 가역성. 누드슨 이중 적중(돌연변이 2회) → 확장 모델(후성 유전적 오류도 적중에 포함). ㉮ 후성 유전적 오류의 가역성이 치료 가능성 근거. 수능 출제 시선 분석 — 이 지문에서 수능이 주목하는 5가지 포인트 Point 1. DNA 메틸화 vs 히스톤 아세틸화: 방향 구분 메틸화 = 억제(정지 신호), 아세틸화 = 촉진(진행 신호). HDAC는 아세틸기를 &lsquo;제거&rsquo;하여 발현을 억제하므로 이중 부정 구조. 선지에서 방향을 바꿔 놓는 함정이 최빈출. Point 2. DNMT 저해제 vs HDAC 저해제: 약물 표적 교체 함정 5-아자사이티딘 계열 = DNMT 저해 = 메틸화 제거, 보리노스타트 = HDAC 저해 = 아세틸화 유지. 두 약물의 표적과 작용을 서로 바꿔 제시하는 선지가 반드시 등장한다. Point 3. ㉠(기존 항암제) vs ㉡(후성 유전적 항암제): 작용 방식 비교 ㉠은 빠른 분열 세포를 직접 공격(비선택적), ㉡은 후성 유전적 메커니즘을 복원하여 암세포를 정상화(선택적). ㉡이 돌연변이를 직접 교정한다는 선지는 오답. Point 4. 이중 적중 모델과 확장 모델: 경우의 수 판단 확장 모델의 세 가지 경우: (1) 돌연변이+돌연변이, (2) 돌연변이+후성 유전 오류, (3) 후성 유전 오류+후성 유전 오류. 기존 모델(경우 1만 인정)과 구별 필수. Point 5. 가역성(㉮)의 전제: 숨겨진 전제 찾기 후성 유전적 오류가 가역적인 이유는 그 변화가 &lsquo;DNA 염기 서열이 아닌 화학적 변형(메틸기·아세틸기의 부착/제거)&rsquo;이기 때문이다. 이것이 ㉮의 숨겨진 전제이다. 핵심 개념 사전 (10개) &#9660; ① 후성 유전(Epigenetics) DNA 염기 서열의 변화 없이 화학적 변형을 통해 유전자 발현을 조절하는 현상. 환경(식이, 스트레스 등)에 의해서도 변화한다. 돌연변이와 달리 가역적이라는 점이 핵심. ② DNA 메틸화(DNA methylation) 프로모터 내 CpG 부위 사이토신에 메틸기(-CH3)가 부착되는 과정. DNMT가 촉매. 전사 인자 결합을 방해하는 구조 형성 → 유전자 발현 억제(정지 신호). ③ 히스톤 아세틸화(Histone acetylation) 히스톤 꼬리의 라이신 잔기에 아세틸기(-COCH3)가 결합. DNA-히스톤 상호 작용이 느슨해져 전사 인자가 DNA에 쉽게 접근 → 유전자 발현 촉진(진행 신호). ④ DNMT (DNA methyltransferase) DNA 메틸화를 촉매하는 효소. DNMT 저해제(5-아자사이티딘 등)는 이 효소의 작용을 차단하여 과도한 메틸화를 제거하고 유전자 발현을 복원한다. ⑤ HDAC (Histone deacetylase) 히스톤의 라이신 잔기에서 아세틸기를 제거하는 효소. 제거 시 DNA-히스톤 복합체가 조밀해져 유전자 발현 억제. HDAC 저해제(보리노스타트)는 이 과정을 차단하여 아세틸화 상태를 유지시킨다. ⑥ 종양 억제 유전자(Tumor suppressor gene) 세포의 비정상적 증식을 억제하는 유전자. 정상 세포에서는 활성화되어 세포 분열을 조절한다. 후성 유전적 오류로 비활성화되면 암이 발생한다. ⑦ 세포 자살 프로그램(Apoptosis) 세포가 스스로 죽도록 프로그래밍된 사멸 과정. 비정상 세포 제거 역할. 암세포에서는 이 프로그램이 비활성화되어 무한 증식이 일어난다. 보리노스타트는 이 프로그램을 재가동시킨다. ⑧ 이중 적중 모델(Two-hit model) 누드슨(1971)이 제안. 종양 억제 유전자의 두 대립 유전자 모두에 돌연변이가 발생해야 종양이 생긴다는 가설. 망막 아세포종 연구에서 유래. ⑨ 확장된 이중 적중 모델 후성 유전학 발전으로 &lsquo;적중&rsquo;에 돌연변이뿐 아니라 후성 유전적 오류도 포함. 경우의 수: (1) 돌연변이+돌연변이, (2) 돌연변이+후성 오류, (3) 후성 오류+후성 오류 모두 암 발생 가능. ⑩ 가역성(Reversibility) vs 비가역성 후성 유전적 오류 = 가역적(약물로 메틸기·아세틸기 제거/부착 가능 → 정상 복원). 돌연변이 = 비가역적(DNA 염기 서열 자체 변화). 이 차이가 후성 유전적 항암제의 치료 근거. 독해 전략 포인트 TIP 1. 대비 구조를 먼저 파악하라 이 지문은 DNA 메틸화↔히스톤 아세틸화, 기존 항암제↔새로운 항암제, 돌연변이↔후성 유전적 오류, 가역↔비가역의 대비 쌍이 핵심이다. 각 대비쌍의 공통점과 차이점을 정리하며 읽어야 선지 함정을 피할 수 있다. TIP 2. 효소와 약물의 작용 방향을 표로 정리하라 DNMT(메틸화 촉진) → DNMT 저해제(메틸화 제거). HDAC(아세틸기 제거 = 발현 억제) → HDAC 저해제(아세틸화 유지 = 발현 촉진). 저해제는 효소 작용의 반대 결과를 낳는다는 원리를 기억하면 모든 약물 선지를 판별할 수 있다. TIP 3. 인과 사슬을 단계별로 추적하라 3문단의 암 발생 경로: 후성 오류 → 종양 억제 유전자 전사 억제 → 세포 주기 붕괴 → 세포 자살 비활성화 → 무한 증식. 4문단의 치료 경로: 약물 투여 → 오류 교정 → 종양 억제 유전자 재활성 → 세포 자살 재가동 → 암세포 사멸. 양방향 인과 사슬을 익혀 두면 <보기> 문제에 강해진다. 후성 유전적 항암제 비교표 구분 DNMT 저해제 HDAC 저해제 대표 약물 5-아자사이티딘, 5-아자-2-디옥시사이티딘 보리노스타트 표적 효소 DNMT (DNA메틸화 효소) HDAC (히스톤 탈아세틸화 효소) 작용 원리 과도한 메틸화 제거 &rarr; 전사 기능 회복 아세틸화 상태 유지 &rarr; 전사 촉진 최종 효과 종양 억제 유전자 발현 활성화 &rarr; 암세포 성장 저지 종양 억제 유전자 발현 촉진 &rarr; 세포 자살 프로그램 재가동 &#10004; 문제풀기 내 점수 0 / 0 OX 확인 문제 (20문항) 기본 (1~7번) 1. 후성 유전은 DNA 염기 서열의 변화 없이 화학적 변형을 통해 유전자 발현을 조절하는 과정이다. 기본 O X 2. DNA 메틸화는 프로모터 내 사이토신에 메틸기가 부착되어 특정 유전자의 전사를 억제하는 과정이다. 기본 O X 3. 히스톤의 라이신 잔기에 아세틸기가 결합하면 히스톤과 DNA 간의 상호 작용이 느슨해져 유전자 발현이 촉진된다. 기본 O X 4. HDAC는 히스톤의 라이신 잔기에서 아세틸기를 제거하여 DNA-히스톤 복합체의 구조를 더욱 조밀하게 만든다. 기본 O X 5. 정상적인 세포에서는 종양 억제 유전자가 활성화되어 세포의 무제한 증식을 방지한다. 기본 O X 6. 보리노스타트는 HDAC를 저해하여 히스톤의 아세틸화 상태를 유지시킴으로써 종양 억제 유전자의 발현을 촉진한다. 기본 O X 7. 누드슨의 이중 적중 모델은 망막 아세포종과 같은 유전성 암의 발생 메커니즘을 설명하는 데 중요한 역할을 했다. 기본 O X 함정특강① [표적 혼동] 패턴 DNMT 저해제와 HDAC 저해제의 표적과 작용을 서로 바꿔 놓는 함정이 가장 빈출이다. "보리노스타트는 DNMT를 저해하여 메틸화를 제거한다"는 진술은 반드시 X. 보리노스타트 = HDAC 저해제임을 고정시켜라. 심화 (8~14번) 8. DNA 메틸화가 주로 일어나는 CpG 부위는 사이토신과 구아닌이 인접한 서열이며, 이 과정은 DNMT의 촉매 작용으로 촉진된다. 심화 O X 9. 종양 억제 유전자의 프로모터 부위에 DNA 메틸화가 과도하게 일어나면 해당 유전자의 전사가 억제되어 암세포로 변질될 수 있다. 심화 O X 10. 기존의 항암제는 분열 속도가 빠른 암세포뿐 아니라 분열 속도가 빠른 정상 세포에도 손상을 가할 수 있어 부작용을 초래했다. 심화 O X 11. 5-아자사이티딘 계열 약물은 DNMT를 저해하여 종양 억제 유전자 프로모터의 과도한 메틸화를 제거함으로써 전사 기능을 회복시킨다. 심화 O X 12. 확장된 이중 적중 모델에 따르면, 하나의 대립 유전자에 돌연변이가, 다른 하나에 후성 유전적 오류가 발생해도 종양이 생길 수 있다. 심화 O X 13. 후성 유전적 항암제는 후성 유전적 메커니즘을 복원하여 암세포가 정상 세포처럼 행동하도록 유도하는 방식으로 작용한다. 심화 O X 14. 보리노스타트에 의해 세포 자살 프로그램이 재가동되면, 암세포에서 세포 사멸 기능이 복원되어 암세포가 사멸하게 된다. 심화 O X 함정특강② [인과 역전] 패턴 암 발생의 인과 사슬에서 원인과 결과를 역전시키는 함정. "세포 자살 프로그램이 비활성화되어 DNA 메틸화가 과도하게 일어났다"처럼 결과를 원인으로 뒤바꾸는 선지에 주의. 올바른 인과: 후성 오류 → 종양 억제 유전자 억제 → 세포 주기 붕괴 → 세포 자살 비활성화 → 무한 증식. 함정 (15~20번) — 모두 정답 X 15. [함정] 보리노스타트는 DNMT를 저해하여 종양 억제 유전자 프로모터의 과도한 메틸화를 제거함으로써 유전자 발현을 복원한다. 함정 O X 16. [함정] 후성 유전적 오류는 돌연변이와 마찬가지로 비가역적이므로, 약물 치료로는 암세포를 정상 세포로 되돌리기 어렵다. 함정 O X 17. [함정] 히스톤 아세틸화는 DNA-히스톤 상호 작용을 강화하여 전사 인자들이 DNA에 쉽게 접근하지 못하게 하므로 유전자 발현을 억제한다. 함정 O X 18. [함정] 누드슨의 이중 적중 모델에 따르면 두 대립 유전자 모두에 후성 유전적 오류만 있어도 암이 발병할 수 있다. 함정 O X 19. [함정] 후성 유전적 항암제는 기존 항암제와 동일하게 비정상적으로 빠르게 분열하는 암세포를 직접 표적으로 삼아 공격한다. 함정 O X 20. [함정] 세포 자살 프로그램이 비활성화되면 세포 주기 조절 시스템이 붕괴되어 정상 세포가 암세포로 변질되며, 이러한 과정은 모두 돌연변이에 의해서만 발생한다. 함정 O X 함정특강③ [범위 변조·무관 삽입] 패턴 [범위 변조]: 확장된 이중 적중 모델을 누드슨의 기존 모델로 속여 서술하거나, 기존 모델의 설명을 확장 모델에 적용하는 선지. 누드슨 원래 모델 = 돌연변이만 인정, 확장 모델 = 후성 오류도 인정. [무관 삽입]: 지문에 없는 내용(예: "모두 돌연변이에 의해서만")을 슬쩍 끼워 넣어 범위를 좁히는 함정. 이런 절대어("모두", "반드시", "~만")가 보이면 반드시 검증하라. &#9733; 연계 포인트 수능 출제 핵심 포인트 Point 1. DNA 메틸화 vs 히스톤 아세틸화: 방향 구분 DNA 메틸화 = 억제(정지 신호), 히스톤 아세틸화 = 촉진(진행 신호). 이 둘의 방향을 뒤바꿔 놓는 함정 선지에 주의. HDAC는 아세틸기를 제거하여 발현을 억제하므로 &lsquo;이중 부정&rsquo; 구조에 유의. Point 2. DNMT 저해제 vs HDAC 저해제의 표적 혼동 DNMT 저해제(5-아자사이티딘 등)는 메틸화 제거, HDAC 저해제(보리노스타트)는 아세틸화 유지. 두 약물의 표적 효소와 작용 원리를 바꿔 놓는 문제가 가장 빈출 함정. Point 3. 가역성 vs 비가역성의 근거 후성 유전적 오류 = 가역적(화학적 변형 제거 가능), 돌연변이 = 비가역적(DNA 염기 서열 자체 변화). 이 차이가 후성 유전적 항암제의 치료 가능성을 뒷받침하는 핵심 논거. Point 4. 이중 적중 모델 vs 확장된 이중 적중 모델 기존 이중 적중 모델은 &lsquo;돌연변이 2회만&rsquo; 인정. 확장 모델은 돌연변이+돌연변이, 돌연변이+후성 오류, 후성 오류+후성 오류 세 가지 경우 모두 인정. 기존 모델의 설명 범위를 확장 모델에 적용하는 선지 함정 주의. Point 5. <보기> 적용 — 저해제의 작용 방향 원리 <보기>에 새로운 효소(HDM, 히스톤 탈메틸화 효소)가 제시될 때, 그 저해제의 효과는 해당 효소 작용의 반대이다. HDM 저해제 = HDM(메틸기 제거)을 억제 = 메틸기 제거 억제. 이 원리를 적용하면 지문에 없는 새 약물도 판별 가능. 배경지식 확장 후성 유전학과 환경의 관계 DNA 메틸화 패턴은 식이, 스트레스, 환경 오염 물질에 의해 변화할 수 있다. 임신 중 영양 결핍이 태아의 후성 유전 패턴을 바꿔 성인이 되어서도 특정 질환 위험이 높아지는 현상(DOHaD 가설)은 후성 유전의 대표적 사례이다. 후성 유전적 치료제의 현재 5-아자사이티딘(아자시티딘)은 골수이형성증후군, 5-아자-2-디옥시사이티딘(데시타빈)은 급성 골수성 백혈병, 보리노스타트는 피부 T세포 림프종에 FDA 승인을 받아 실제 임상에서 사용 중이다. 이는 지문에서 "일부 암종에서 효과를 보이고 있다"는 진술의 구체적 근거이다. 수능 연계 핵심어 체크 이 지문의 핵심 개념어는 수능 과학 지문과 생명과학 선택과목에서 반복 출제되는 소재이다. 전사(轉寫) · 프로모터 · 전사 인자 · 세포 주기 · 세포 자살(아포프토시스) · 종양 억제 유전자의 개념을 통합 교과 관점에서 연결해 두면 연계 문항에서 유리하다. 관련 개념 링크 &#128218; 생명과학 — 유전자 발현 조절 기출 DNA 전사, 프로모터, 전사 인자 등의 개념은 수능 과학 지문에서 반복 출제되는 핵심 소재. 후성 유전은 최신 트렌드로 출제 가능성 높음. &#128218; 과학+기술 복합 — 후성 유전 × 약물 전달 시스템 후성 유전적 항암제와 나노 기술 기반 약물 전달 시스템을 결합한 복합 지문으로 출제 가능. 지문의 치료 원리를 새로운 기술적 맥락에 적용하는 <보기> 문제 예측. &#128218; 독서 과학기술 지문 독해 전략 생명과학 설명형 지문은 (1) 개념 정의 → (2) 원리 설명 → (3) 오류/문제 → (4) 해결책 → (5) 확장/전망의 5단계 구조가 반복된다. 이 구조를 먼저 파악하면 문단 역할이 선명해진다.