14.9 번역의 조절
- 번역단계에서의 조절은 외부자극에 대해 빠르게 반응할 수 있음
- 번역수준에서의 조절은 mRNA 전사수준 이후에서 필요한 시간 절약 가능
- 진핵생물에서 mRNA 가공과정, 합서 이후에 세포질 이동에 필요한 시간을 절약
- 단백질 수준의 조절 : 번역 개시단계의 조절 (초기단계가 중요)
1. 세균의 번역 조절
- 조절자의 1차표적 : 30S 소단위에 의해 RBS가 인식되는 것을 억제 (저해제들이 RBS 주변서열과 결합하여 공간적 방해) 16S rRNA와 mRNA의 결합 방해
- RNA 분자의 고리화 : mRNA가 스스로 염기쌍을 형성하여 RBS를 숨긴다 → ORF 번역을 막는다.
- 다른 ORF를 가진 경우, mRNA 염기쌍 형성이 깨져 다른 유전자가 번역된다. → RBS 숨김현상이 없어져서 단백질 합성 시작.
2. 리보솜 단백질 조절 능력 (되먹임저해와 비슷) - 원핵
- 세포가 단백질을 만드는 비율과 리보솜을 만드는 비율은 밀접한 관계가 있다.
- 리보솜 단백질 유전자는 RNA 합성 수준에 의해 조절 (전사단계)
- 리보솜 단백질 합성은 mRNA 번역단계에서도 조절 (번역단계) → 자가저해. 엄격히 조절
- 1번째기작: 리보솜 단백질은 5‘쪽 오페론의 mRNA 번역 개시 서열 부근에 결합 → 번역 개시 억제 (RBS-작은소단위)
- 2번째기작: mRNA 가 특이 구조로 접혀 조절
↳리보솜 단백질을 오페론에서 mRNA는 앞 유전자가 번역되어야 뒤 유전자의 RBS가 인식될 수 있도록 접힘 (1차 유전자가 번역이 되면 염기쌍 형성 파괴 → 16S rRNA 2차유전자의 RBS 인식가능)
- 전사, 번역단계에서 함께 조절 가능 (RBS) → 리보솜 단백질이 풍부할 때 (rRNA보다) mRNA에 리보솜 단백질 결합.
- 경쟁적 결합과정은 리보솜 단백질이 과다할 때 리보솜 합성을 저해
- 여러 mRNA 결합단백질들이 mRNA에 결합하여 자신의 합성을 조절
3. 진핵의 번역 조절
- 영양분 고갈, 스트레스시 번역 감소
- 초기 단계 조절, mRNA 인식, 개시 tRNA와 40S 소단위 결합이 조절대상
- 인산화에 의해 조절
➀ 단백질 인산화효소가 eIF2 소단위를 인산화 → eIF2의 GTP 교환을 못하게 eIF2B 활성을 저해. (eIF2-GTP 감소) GTP-eIF2만 개시 tRNA를 40S 소단위로 이동시킨다.
인산화요소는 아미노산 부족, 바이러스감염, 온도상승에 의해 활성화됨
➁ 5‘ 캡 결합단백질 eIF4G와 4E-BP는 eIF4E 결합단백질과 경쟁관계 (eIF4G↔4E-BP)
탈인산화상태.: 4E-BP와 eIF4E 강하게 결합 → 번역 저해
4E-BP가 인산화 : eIF4G와 eIF4E 결합 → 정상적 번역
↳ mTor 핵심인산화효소에 의해 인산화
* 4E-BP = eIF4E+결합단백질
4. RNA 결합 단백질의 번역조절
- 철분에 의해 조절되는 RNA binding protein 이 페리틴 단백질(철분과 결합)의 번역을 조절 → 철분의 수준 조절.
- 철분을 보조인자로 사용. 산화적 인산화단백질, 헤모글로빈이 해당
- 페리틴의 번역은 철분조절 단백질(IRP)에 의해 조절 (억제)
- 철분조절단백질(IRP)는 RNA binding protein. mRNA 5'헤어핀 구조의 철분조절인자(IRE)를 인식
- IRP가 IRE를 인식하는 능력은 철분수준에 의존
- 철분 결핍시, IRP는 mRNA의 IRE에 강하게 결합 → IRP 번역 안됨, 페리틴 번역
- 철분 증가시, 철분이 IRP와 결합 → mRNA의 IRE 결합능력 상실 → IRP 번역, 페리틴 번역저해
14.10 mRNA 번역 의존적 조절
-mRNA 는 돌연변이, 손상 발생 (단일가닥이라 쉽게 끊어짐)
1. SsrA RNA
- 손상된 mRNA를 번역하는 리보솜을 구제한다.
- 불완전한 전사, 뉴클레아제 활성은 종결코돈이 없는 mRNA를 만든다 → 3말단에 도달할 때 까지 번역 → 리보솜이 방출 할 수도 없고 번역을 이어갈 수도 없다.
- 이러한 리보솜을 tmRNA의 활성으로 떼어냄. 일부분이 tRNA + 일부분이 mRNA = tmRNA
- SsrA RNA는 tmRNA의 한 종류. 3‘이 tRNAAla 와 유사
- SsrA RNA는 알라닌으로 충전될 수 있고, EF-Tu-GTP와도 결합 → 알라닌을 계속 만들어서 알라닌 분해효소로 잘림. 리보솜도 방출
- SsrAAla-EF-Tu-GTP 복합체가 리보솜A자리에 결합 (펩티딜 전이효소 반응에 참여)
- SSrA RNA가 전좌하면 그 일부가 리보솜의 mRNA 결합 통로에 들어간다.
- 안으로 들어간 SsrA RNA는 불완전 mRNA의 ORF를 10개 코돈만큼 신장시킴 (알라닌충전)
- 10개 코돈 뒤에는 종결코돈이 있다. 결합이 있는 mRNA의 리보솜에만 결합한다.
- SsrA RNA 자체에 종결코돈이 있다. 결합이 있는 mRNA의 리보솜에만 결합한다.
↳ 크기가 tRNA보다 4배 크다. 정상적인 번역 신장시에 결합할 수 없다.
- mRNA의 3‘이 존재하지 않을 때만 작용 가능 (종결코돈 없을 때)
- 알라닌-tRNA 효소는 교정포켓이 있어 이 포켓이 글리신을 제거하지만 알라닌이 연결된 tRNAAla는 제거하지 않는다.
2. 불완전한 mRNA의 분해
- mRNA가 미성숙 종결코돈이 있으면 ⌜➀ 넌센스에 의한 mRNA 쇠퇴⌟ 작용에 의해 분해됨.
- 핵심은 ⑴ mRNA 분해효소 활성, ⑵ 5‘캡 제거, ⑶ 3’ poly A tail 제거 → 빠르게 mRNA 분해
- ⌜➁ 논스톱에 의한 mRNA 쇠퇴⌟: 종결코돈이 없는 mRNA를 번역하는 리보솜을 구출
- 진핵은 poly A tail이 있어 종결코돈 없는 mRNA를 번역하면 리신 (AAA)이 번역 됨.
- 또한 mRNA 말단에 리보솜이 매달려 eRF1과 eRF3 관련 단백질도 리보솜에 결합 → 논스톱 mRNA 분해 (eRF3)
- 말단의 폴리리신 단백질은 매우 불안정해서 빠르게 분해된다.
- ⌜➂ No-go 쇠퇴⌟ : mRNA에 매달린 리보솜 자체를 인식
- mRNA 암호화 지역에 안정화된 2차구조를 형성됐을 때, mRNA에 1개 코돈이 중복되어있는데도 아예 맞는 tRNA가 부족할 때 발생
- eRF1, eRF3 관련 단백질이 리보솜에 결합하여 큰소단위,작은소단위 분리 촉진시킴
- 핵산내부분해효소 활성이 나타남. 넌센스와 논스톱 쇠퇴는 endonuclease 활성 없음
* 넌센스-논스톰-Nogo 쇠퇴 공통점 :번역작업을 거쳐야 mRNA 분해가 가능. 번역을 통한 교정작용
참고문헌 : Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판
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