13.1 RNA pol 과 전사 주기
- RNA pol은 프라이머 필요 없음. 합성된 RNA는 효소에 의해 방출된다. 방출과 전사가 동시진행
- 프로모터에서 전사시작 (5‘→3’ 방향) 하나의 유전자에서 많은 전사체 합성 가능 (조절기능)
- 같은 세포나 다른세포에서도 다른 유전자 전사를 함
1. RNA pol 공통적 특징
- RNA pol II는 모든 단백질 유전자의 전사를 담당
- RNA pol I은 큰 전구체 유전자를 전사. RNA pol III는 tRNA, 작은 핵 RNA, 5S rRNA 유전자 전사
- RNA pol IV, V 발견 : 전사침묵 관여하는 iRNA를 전사 (간섭 RNA)
- 진핵과 원핵의 RNA pol 효소 구조와 형태와 구성은 유사함. 주변부는 완전 다름 (다른 단백질과 상호작용)
2. 전사의 단계
- 개시, 신장, 종결
- 개시 : RNA pol II가 프로모터 서열에 결합. 전사개시점 주변 DNA가 풀리면서 전사거품 형성
프로모터가 어떤 가닥을 전사할지 결정, RNA pol 이 RNA 10개 염기합성 후 신장 단계돌입
- 신장 : DNA를 풀고 뒤로는 다시 결합. 합성 RNA 가닥을 주형에서 분리. RNA pol은 교정기능도 있다.
- 종결 : 유전체 전사 후 RNA 산물이 DNA에서 완전히 방출
3. 전사 개시 단계 (3단계)
➀ RNA pol II 가 프로모터에 닫힌 복합체 형성 (DNA 아직 이중나선)
➁ 열린 복합체가 형성되고 DNA 이중가닥 떨어지면서 전사거품 형성
➂ DNA 분리에 의해 주형가닥이 생기면 처음 2개 rNTP가 활성자리에 와서 배열되어 연결
→ 10nt 정도 만들면 안정한 RNA pol II - DNA 주형 - RNA 전사체 복합체 형성
13.2 세균의 전사주기
1. 세균 프로모터 공통 특징
- RNA pol 은 프로모터에서만 전사 시작. 시그마인자가 더해진 RNA pol 에 의해 인지된 프로모터는 몇 가지 모델이 있다.
- 프로모터는 6nt로 된 2개 염기서열을 가지고, 비특이적 17~19nt 가 가운데에 있다.
- 개시점에서 상류로 10bp 와 35bp 부위에 2개 염기서열 위치. -35부위, -10부위 혹은 요소 라고한다. RNA 가닥 시작 부위를 +1로 표기
- up 요소 : RNA pol 의 DNA 결합을 증가시키는 서열 -35부위보다 상류에 있다(강한 프로모터)
- 시그마 프로모터 : -35부위가 없는 대신 -10 부위가 더 긴 것도 있다.
- DNA 요소가 -10요소 하류쪽에 발견된 것도 있다.
2. 시그마인자의 역할
- 시그마인자는 프로모터와 RNA pol 결합을 유도
- 시그마인자는 4개 부위가 있다. -10요소인지는 δ2부위, -35요소인지는 δ4부위에서 인지한다.
- 부위 4번 내의 2개 나선은 나선-전환-나선으로 결합 형성(풀어진 DNA 안정화)
나선 중 하나는 DNA 큰 홈으로 들어가 -35 부위 염기와 작용. 다른 하나는 DNA 골격과 접촉
- 신장된 -10요소는 3부위 나선이 인지. 이 나선은 -10요소의 2개 염기쌍과 접촉
- Up 요소는 시그마에 인지되지 않고 αCTD 소단위체에 의해 인지됨
- αCTD는 αNTD와 연결자로 연결되어 있다.
3. 열린 복합체로의 전환
- 열린복합체로 전환하기위해서 DNA 풀림이 필요하다. 열린복합체화를 이성질화 라고 한다 (원핵)
- 에너지가 필요 없다. DNA-효소 복합체에서 (-10요소) 자발적 형태변화의 결과로 발생
- -10요소(A11과 T7)의 비주형가닥의 2개 염기가 시그마단백질의 주머니 안으로 들어가 더 유리한 상호작용을 만든다.
- 이성질화는 비가역적이여서 전사가 계속 개시될 수 있게 한다.
- 닫힌 복합체에는 가역적이여서 RNA pol 이 열린 복합체로 전환 될 수 있을 만큼 프로모터에서 떨어질 수 있다.
- RNA pol 안에 5개 통로가 있다.
➀ NTP 수용 통로 : rNTP가 수용되는 통로
➁ RNA 출구통로 : RNA 가닥이 효소에서 방출되는 통로
➂ 하류 DNA 통로 : 전사될 DNA는 이중나선으로 NA pol 활성 중심 틈으로 들어오고 +3위치에서 분리
➃ 비주형가닥(NT) 통로 : 비주형가닥은 활성중심틈에서 나가고, 주형가닥은 활성중심틈을 통해 지나가면서 주형가닥(T)통로로 나간다.
➄ 주형가닥(T)통로
4. RNA pol은 프라이머 없이 전사한다.
- 첫 rNTP가 활성부위로 와서 정확히 위치 (2번째 rNTP가 잘 달라붙게)
- 효소는 첫 rNTP와 상호작용
5. 전사초기 RNA pol은 실수를 한다.
- 9개 이하 nt 전사체가 만들어지면 실패하여 방출통로로 빠진다.
6. 신장단계의 RNA pol
- 이중나선 DNA는 효소 앞쪽의 집게사이로 들어가며 활성부위 틈이 열리면 DNA 가닥이 분리되어이동 → 각 통로를 통해 배출되어 RNA pol 뒤쪽에서 다시 이중나선이 된다.
- 신장동안 RNA pol 은 RNA 전사체에 한번에 한 개 nt를 첨가 (단계적 기작 사용)
- 진행하는 방향으로 1bp를 만들면 뒤로 1bp 이중가닥 DNA를 형성
- RNA pol은 ➀피로인산 교정법, ➁가수분해 교정법 이 있다.
➀ 피로인산 교정법 : RNA pol의 역반응을 통해 효소가 활성부위에 PPi를 다시 넣고 역중합반응으로 잘못 들어간 rNTP를 제거 → 효소는 RNA 가닥에 다른 rNTP 를 첨가
➁ 가수분해 교정법 : RNA 합성 반대방향으로 1개 이상 rNTP를 절단하여 제거. Gre 인자에 의해 촉진되며, 신장촉진인자로도 작용한다.
7. RNA pol은 정지/제거 될 수 있다.
- 신장동안 RNA pol 은 DNA 가닥이 손상된 경우 정지한다 → RNA pol 제거 가능
- endonuclease 를 모아 전사-연계 수리를 한다. (ATPase 활성) 상류의 이중나선에 결합
→ ATPase 모터를 사용해 정지한 RNA pol을 만날 때까지 이동 → 충돌! → ATPase 모터가 RNA pol을 밀어내서 ➀ 신장재시작 혹은 ➁ RNA pol-DNA-RNA 전사체 복합체 분리 → 전사종결
8. 전사는 RNA 서열신호에 의해 종결
- 세균에는 Rho-의존성, Rho-비의존성 종결인자가 있다. RNA pol 이 DNA에 떨어지고 RNA 전사체를 방출시킨다.
참고문헌 : Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판
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