진핵 세포에서의 전사!!! 전사(transcription)에 관한 모든것 (3)

진핵 세포에서의 전사에 대해 알아보자!

 

 

 

전사에 관한 모든 것 세 번째 포스팅입니다. 이번 포스팅으로 전사에 관한 얘기는 마지막이 될 것 같네요 조금 더 세부적인 내용이라 어려울 수도 있지만 자세히 잘 설명해 보도록 하겠습니다. 진핵세포에서의 mRNA의 전사와 분자 구조의 기본적인 성질은 세균의 경우와 유사합니다. 그러나 다음과 같은 다섯 가지의 주목할 만한 차이점이 있습니다.

 

1. 진핵 세포는 세 종류의 핵 RNA 중합효소를 가지고 있으며 이들은 각기 다른 종류의 RNA를 합성한다.

2. mRNA 분자의 수명은 대개의 경우 길다.

3. 5' 말단과 3' 말단이 변형되어 있다. 즉 모자라는 복합 구조가 5' 말단에 있고 3' 말단은 아데닌의 연속으로 되어 있다.

4. 단백질 합성의 주형으로 사용되는 mRNA 분자의 길이는 전사된 분자의 길이의 약 1/10 뿐이다. 즉 mRNA의 가공 과정에서 인트론이라 부르는 중간에 낀 부분은 잘려나가고 남은 조각들이 서로 이어진다.

5. 모든 진핵세포의 mRNA 분자는 단일 시스트론성이다.

 

이러한 사실들을 아래 그림에 요약하였는데 이 그림에서는 전형적인 진핵세포의 mRNA 분자의 도형적 그림과 mRNA 생성과정이 잘 그려져 있습니다. 이 그림에서 알 수 있는 바와 같이 진핵세포에서의 mRNA의 생산은 단순히 DNA를 그대로 전사만 하는 것은 아닙니다.

 

진핵 세포에서 전사의 개시가 어떻게 이루어지는가는 잘 알려져 있지 않습니다. -10 보존 염기서열과 비슷하나 -29 근처에 위치하는 염기서열이 개시에 필요하며 또 상류 활성화 부위와 증폭 자라 불리는 일련의 염기서열도 개시를 효율적으로 하는 데에 영향을 미친다. 이 자리에 보통 특정 단밸질이 붙게 되는데 전사인자라 불리는 이와 같은 단백질은 붙어 있는 자리에서 가까운 프로모터의 전사를 돕는다 증폭자 경우에서는 2000-3000 염기 정도 떨어진 곳에 위치한 프로모터의 전사를 활성화시킬 수 있습니다.

 

진핵세포에서는 DNA가 히스톤 단백질과 결합되어 염색질이라 불리는 구조체로 존재합니다. DNA가 염색질의 형태로 존재한다는 사실은 진핵 세포에서의 전사가 원핵세포에서 보다 복잡하다는 것을 나타내며 전사되는 부분에서 염색질 구조가 변형된다는 증거가 나와있습니다. 그러나 어떻게 변형되는지는 분명하지 않습니다. 진핵세포에서도 전사 종결에 특정한 기작이 있는 듯하나 그 염기서열이나 단백질의 일반적인 특성에 대해서는 알려진 것이 별로 없습니다.

 

 

 

 

진핵세포에서의 3가지 RNA 중합효소의 기능

 

진핵세포의 RNa 중합효소의 세 종류는 I, II, III으로 표시하는데 이들은 화성을 나타내는 데에 필요한 이온의 종류, 최적 이온 강도, 여러 가지 항생제에 대한 감수성 등에 의해서 구별됩니다. 이 세 종류는 모두 진핵세포의 핵 속에 들어있습니다. 그러나 아직 기능이나 구조가 잘 연구되고 있지 않은 소수의 RNA 중합효소가 미토콘드리아와 엽록체 내에서 발견되고 있습니다. 핵 속에 있는 RNa 중합 효소의 위치와 산물은 다음과 같습니다.

 

 

RNA 중합효소 II는 모든 mRNA 합성에 관여하는 효소임에 주목하여야 합니다. 진핵 세포의 RNA 중합효소에 의해 촉매 되는 생화학적 반응은 대장균 RNA 중합효소에 의해 촉매 되는 것과 동일합니다. 진핵세포의 mRNA 분자의 5' 말단에는 메틸화 된 구아노신 유도체인 7-메틸 구아노신이 제1차 전사체의 5' 말단에 5'-5'결합으로 연결되어 있습니다. 경우에 따라서는 인접하는 누클레오 타이드의 당도 역시 메틸화 됩니다. 여기서 이 모자 씌움(capping)은 mRNA 합성의 개시 후 RNa 중합효소 II가 개시 장소를 떠나기 전에 일어나며 모든 절단과 접합에 앞서 일어난다. 모자 씌움의 생물학적 중요성은 아직 밝혀지지 않았지만 횩과적인 단백질 합성에 필요한 것으로 믿어집니다. 모자 씌움은 mRNA를 핵산 분해효소의 작용으로부터 보호하고 또 단백질 합성 기구에 의해 인지되는 자리인 것 같습니다.

 

전부는 아니지만 대부분의 동물 mRNa 분자는 3' 말단에 poly(A)를 가지고 있는데 이는 핵 내 효소인 poly(A) 중합효소에 의해 1차 mRNa에 붙여져 만들어집니다. 그러나 아데닌산 잔기가 1차 전사체의 3' 말단에 결합되는 것은 아닙니다. 전사과정에서 보통 poly(A) 첨가 부위 까지으 ㅣ길이 보다 길게 mRNA가 만들어지므로 poly(A) 자리로 부터 위로 10~25 염기 서열쯤 되는 곳에 있는 AAUAAA는 poly(A)가 첨가되는 장소를 인지하는 부위입니다. 그런데 흥미롭게도 어떤 1차 전사체는 poly(A)가 첨가되는 위치를 2개 이상 가지고 있기도 합니다. mRNA의 말단이 다르면 특정 생물에서 생활사에서의 예처럼 일반적으로 그 기능이 다릅니다. poly(A)의 길이는 50~250 누클레오 타이드이며 mRNA의 말단에 이 poly(A)가 있는 의미는 현재 알려져 있지 않으나 mRNA의 안정성을 증가시키는 것으로 믿어집니다. mRNA의 해독에 관계될 가능성도 제안되어 있습니다. 그러나 어떤 세포의 mRNA 중에는 poly(A)가 없는 것도 있기 때문에 poly(A)가 mRNA의 해독이 원활하게 일어나는 데에 꼭 필요한 것은 아니라고 생각됩니다.

 

 

 

 

진핵세포의 1차 전사체는 인트론을 포함

 

고등 진핵세포에서는 대부분의 제1차 전사체에 해독될 염기서열 사이에 해독되지 않는 염기 서열이 끼어들어 있는데 이 인트론은 제1차 전사체가 mRNA로 전환될 때 잘려나갑니다. 잘려나가는 정도는 1차 전사체의 50~90%에 까지 이릅니다. 이들이 잘려나간 뒤 남은 토막 즉 엑손(exon)은 서로 연결되어 최종적인 mRNA 분자를 형성합니다. 이 인트론의 절제와 엑손의 결합에 의한 완성된 mRNA 분자의 형성과정을 RNA 스플라이싱이라 부릅니다.

 

유전 자당 인트론의 수는 상당히 다양하며 한 종류의 단백질에 대해서도 생물의 종마다 서로 다릅니다. 또 특정 유전자 내에서도 인트론의 크기가 상당히 다르며 보통 엑손보다 길이가 길다.

 

접합은 핵에서 이루어지며 RNa 중합효소에 의해 만들어지고 있는 RNA에서도 이 스플라이싱 과정이 개시가 되기도 합니다. 그러나 대부분 경우에는 전사가 끝나고 poly(A)가 첨가된 이후에 핵 내에서 일어납니다. 이 스플라이싱으로 말미암아 핵 속에는 여러 가지 서로 다른 RNA 분자가 들어 있게 됩니다. 이와 같은 스플라이싱 전구체나 부분적으로 스플라이싱을 거친 분자들은 그 크기가 다양하기 때문에 이질성 핵 RNA라 부릅니다. 가공이 종료되면 완성된 mRNA는 세포질로 수송되어 해독됩니다.

 

mRNA 분자 내에서 해독되는 서열은 서로 뒤바뀌지 않아야 되므로 인트론을 제거할 때는 고도의 정확성이 요구됩니다. 예를 들어 잘리는 자리가 한 개의 염기만큼만 옆으로 바뀌어도 mRNA의 염기의 해독 순서는 완전히 바뀌어 버리는 것입니다. 이러한 정확성은 염기의 서열 자체에 의해 이루어지고 있습니다. 모든 유전자에서 1차 전사체의 스플라이싱 부위는 다음과 같은 염기 서열을 가지고 있습니다.