에피섬(episome)은 분자생물학 및 유전학 분야에서 사용되는 용어로, 세포 내에서 염색체와 독립적으로 존재하면서도 숙주 세포의 염색체에 통합될 수 있는 능력을 지닌 유전 요소를 가리킨다. 이 개념은 세균 유전학 연구에서 처음 정립되었으며, 이후 진핵생물의 유전자 발현 연구 및 유전자 치료 분야로 확장되어 적용되고 있다.
정의와 특징
에피섬은 플라스미드(plasmid)의 특수한 형태로 분류된다. 일반적인 플라스미드가 숙주 염색체와 별개로 독립적으로 복제되는 데 비해, 에피섬은 두 가지 상태를 오갈 수 있다는 점에서 구별된다. 첫째, 세포질 내에서 자율적으로 복제하는 독립 상태(autonomous state)로 존재할 수 있고, 둘째, 숙주 세포의 염색체에 삽입되어 염색체와 함께 복제되는 통합 상태(integrated state)로 존재할 수 있다.
세균에서의 에피섬
세균에서 에피섬의 대표적인 예는 대장균(Escherichia coli)의 F 인자(F factor)이다. F 인자는 접합(conjugation) 과정에 필요한 유전자를 포함하는 비교적 큰 플라스미드로, 독립적인 플라스미드 상태(F⁺ 세포)로 존재하거나 세균 염색체에 통합된 상태(Hfr 세포)로 존재할 수 있다. 이 외에도 일부 세균성 바이러스(박테리오파지)의 유전체가 에피섬으로 작용하는 사례가 알려져 있다.
진핵생물에서의 에피섬
진핵생물에서 에피섬은 염색체에 물리적으로 통합되지 않으면서도 유전체의 일부로 유지되는 특수한 플라스미드로 정의된다. 에피섬은 유전체의 나머지 부분과 함께 복제되고, 세포 분열(유사분열) 과정에서 중기 염색체와 결합함으로써 세포 내에 안정적으로 유지된다. 일반적인 플라스미드와 달리 에피섬은 분해되지 않으며, 진핵세포의 핵 내에서 후성유전학적 침묵(epigenetic silencing)이 일어나지 않도록 설계될 수 있다.
자연계에서 에피섬은 특정 유형의 장기 감염 과정에서 관찰된다. 대표적으로 아데노-연관 바이러스(adeno-associated virus)나 엡스타인-바 바이러스(Epstein-Barr virus)에 의한 만성 감염에서 바이러스 유전체가 에피섬 형태로 숙주 세포 내에 유지되는 것이 확인되었다.
유전자 치료에서의 활용
2004년경부터 비바이러스성 에피섬을 유전자 치료에 활용하여 장기적인 유전자 발현 변화를 유도하는 방안이 제안되었다. 에피섬 기반 벡터는 숙주 염색체에 무작위로 삽입되지 않으므로, 삽입 돌연변이(insertional mutagenesis)의 위험을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 에피섬의 유지 기간과 안정성은 유전적 구성에 따라 상당히 달라지며, 운반되는 트랜스유전자의 발현 길이와 안정성에 영향을 미치는 여러 서열적 특징이 알려져 있다. 그중 CpG 부위의 수는 에피섬이 운반하는 트랜스유전자의 후성유전학적 침묵에 기여하는 요인으로 보고된다.
어원
"에피섬"이라는 용어는 그리스어 접두사 "epi-(위에, 부가적으로)"와 "soma(몸, 체)"의 결합에서 유래한 영어 "episome"을 한국어로 음차한 것이다. 이는 염색체에 "부가적으로" 존재하는 유전 요소라는 의미를 반영한다. 한국어 문헌에서는 "에피솜", "에피좀" 등으로도 표기되며, 동일한 개념을 가리킨다.
참고 문헌
- Wikipedia, "Episome"
- Encyclopaedia Britannica, "Episome"
- Campbell, Allan (1974), "Episomes", in King, Robert C. (ed.), Bacteria, Bacteriophages, and Fungi: Volume 1, Springer US, pp. 295–307.
