15.0 RNA 이어맞추기
- 한 유전자의 인트론 개수는 매우 다양. 효모유전자는 대개 1개. 사람의 경우 30개도 있다.
- 인트론은 RNA 이어맞추기 과정으로 mRNA 전구체에서 제거된다.
- 이 splicing 과정에서 mRNA 전구체는 성숙 mRNA로 전환하고, 엑손이 연결되는 부위에서 1개 nt 라도 첨가나 결실이 되지 않아야 한다. (첫 코돈에 의해 정해지는 고정된 읽기틀에 따라 번역되기 때문)
- 몇몇 mRNA 전구체는 대체이어맞추기를 통해 대체mRNA를 만든다. (대체이어맞추기 방법이 여러개)
- 이런 대체 산물은 이성질체라고 한다. 90% 이상이 대체이어맞추기에 의해 1개 이상의 이성질체를 만든다.
15.1 RNA Splicing 의 특성
1. RNA 내부서열의 중요성 (어디를 자를 것이냐. 위치 정함)
- 특정 염기서열에 의해 (인트론5‘이어맞추기자리, 분기점자리A. 3'이어맞추기자리의 공통서열을 결정) 분기점자리A 뒤에는 Py(피리미딘) 연속서열이 나온다.
2. 인트론의 제거 (2단계)
- 엑손이 연결될 때 그 사이의 인트론은 올가미 형태로 제거
- 인트론은 포스포디에스테르 결합이 깨지고, 새결합이 형성되는 두 번의 트랜스에스테르화 반응을 통해 제거
➀ 분기점자리A 의 2-OH는 5‘이어맞추기자리의 G인산기를 공격 → 포스포디에스테르결합 절단
인트론의 유리5‘말단은 분기점자리A 와 연결 → 올가미모양의 인트론 (G-A)
➁ 5'엑손의 3-OH기가 3‘이어맞추기 자리의 인산기를 공격 → 5’엑손과 3‘엑손 연결. 올가미인트론 방출. 이어맞추기는 많은 양의 ATP가 소모. 복합체 기구가 필요
15.2 이어맞추기 복합체 기구
- 150개 단백질, 5개 RNA로 구성. 리보솜크기와 비슷
- 5개 RNA를 작은핵RNA(snRNA)라고 하고, RNA-단백질복합체를 snRNP라고 한다.
- snRNP는 이어맞추기에서 3가지 역할을 한다
➀ 5‘이어맞추기자리와 분기점A 를 인지. ➁ 5’G와 분기점A가 만나도록 함. ➂ RNA 절단,연결 촉매
- RNA-RNA, RNA-단백질, 단백질-단백질 상호작용을 통해 기능한다.
ex1) U1 snRNA 와 mRNA 전구체의 5‘이어맞추기 자리가 상보적인 염기쌍을 이루는 상호작용
- 반응 후반부에 이어맞추기 자리 U6 snRNA에 의해 인지
- 분기점자리는 U2 snRNA 에 의해 인지
ex2) 비 snRNP 인 U2AF는 Py 연속서열/3‘이어맞추기 자리 인지 → 분기점결합단백질 (BBP)을 분기점에 결합시킴 → BBP는 U2 snRNP 로 대체됨
15.3 이어맞추기 기능
1. 조합, 재배열, 촉매 작용
- U1 snRNP 가 5‘이어맞추기자리를 인지 → U2AF 가 분기점자리(큰소단위), 3’이어맞추기자리(작은소단위) 인식 → U2 snRNP 가 BBP를 밀어내고 분기점A에 결합 (이 배열을 A복합체)되면 분기점A만 불룩 튀어나옴 → 튀어나온 A는 5‘이어맞추기 G와 염기쌍 형성 → 올가미 인트론 형성
- 3개의 이어맞추기 자리가 모이는 A 복합체의 재배열 과정 (조합)
· U4, U6 snRNP(+U5 snRNP) 가 A복합체에 참여 → B 복합체로 전환 → U1분리, U6이 대체 → 조합 완성
- 재배열을 통한 촉매작용
· U4 방출. U6과 U2 가 RNA-RNA 염기쌍 형성(C복합체 : U6-U5-U2) → C복합체가 활성부위 형성 → 5‘이어맞추기 자리가 트랜스에스테르 (절단) 반응 (첫 이어맞추기 과정) → U5 snRNP가 두 엑손을 모이게 도와줌
- mRNA에서 snRNP 방출 → snRNP 재사용 가능
2. 이어맞추기 복합체 조립과 해체
- 많은 기구가 엑손 주위에 집중 배치. 이어맞추기 조립단계는 역반응, 양반응 가능
- 이어맞추기 복합체 해체는 DEDA-box Helicase에 의해 이루어진다.
- 이 단백질은 mRNA를 복합체에서 제거하는데도 필요
3. 자가이어맞추기 인트론 (2종류의 기작 : II군 인트론, I군 인트론-리보자임 전환가능)
- 다른 단백질, RNA 도움 없이 인트론이 제거됨 (mRNA의 자체능력)
- II군 인트론 : 5‘이어맞추기 자리 G가 분기점 A 공격 → 올가미모양의 인트론 방출
- I군 인트론 : 5‘이어맞추기 자리 인트론 말단에 인트론 G가 붙음 → 엑손의 3’이 3‘이어맞추기자리 공격 → 선형 인트론 방출
- 자가이어맞추기 인트론은 자기 스스로 정확한 구조로 접혀야 해서 더 많은 서열이 필요
4. 이어맞추기 복합체의 자리인식
- 이어맞추기 복합체의 활성부는 RNA 서열에 의해 형성 (5‘이어맞추기자리를 U1,U6에 의해 인지)→ 어려운 과정
➀ 엑손도약, ➁ 가짜 이어맞추기 자리 선택. 2가지 경우의 실수 발생 가능 (공통서열이 짧아서 발생)
- 이건 이어맞추기 자리 선택 정확성을 높이는 방법 : ➀ RNA pol II의 도움, ➁ 엑손내의 ESE(엑손이어맞추기 증폭자) 와 SR 단백질(세린,아르기닌이 많음) 결합.
- SR 단백질은 U2AF 단백질을 3‘이어맞추기자리로 집합. U1 snRNP는 5’로 모은다 (엑손근처로 모은다.)
15.4 RNA 다양화
1. 대체 이어맞추기
- 여러종류의 mRNA와 단백질 합성을 위해 대체이어맞추기 기작 사용
(엑손 도약, 엑손 신장, 인트론 유지, 대체 엑손, 엑손 뒤섞기)
2. 엑손 뒤섞기
- 엑손은 단백질 영역을 암호화. DNA 결합단백질을 보면 DNA 인지영역, 2량체화 영역 2개 부분을 가진다. 이들 영역 (D1,D2)은 유전자의 분리된 엑손 (E1,E2)에 의해 암호화 된다.
- 유전자와 단백질은 엑손 중복과 분기를 통해 생겨났다 (ex. 면역글로불린 : 반복단위로 구성)
- 관련 엑손이 관련 없는 유전자에서 가끔 발견된다. (ex. LDL 수용유전자가 EGF 유전자에 있다) → 엑손이 재사용 될 수 있다.
- 엑손은 짧다보니 재조합이 어렵다. 뒤섞는게 더 편함.
3. RNA 편짐
- RNA 이어맞추기처럼 전사 후 RNA 서열을 바꿀 수 있다. (더 변화무쌍. 염기의 삽입, 결실, 변화)
- guide RNA(gRNA) : 우리딘U 삽입,결실. 자리특이적 탈아미노화. C를 U로 바꿈 (시티딘 탈아미노화 효소)
- 탈아미노화는 조직특이적 방식으로 일어남 (장세포는 되고, 간세포는 안되는 식으로. CAA → UAA 로 탈아미노화되면 번역 종결)
* gRNA 구성
· 5' Anchor : 편집될 mRNA 지역으로 이동하게 함. 암호지역과 염기쌍 이루는 서열이 있다. U가 편집된 서열 안에 삽입될 정확한 위치 결정
· 3‘U 반복서열 : AA도 있다. AA의 도움을 받아 편집 명령이 올 때 U를 삽입시킨다.
- gRNA와 mRNA는 U가 삽입될 곳과 반대쪽으로 단선 지역의 고리형태를 포함하는 RNA-RNA 이중나선을 형성
- 핵산내부가수분해효소는 이 고리의 반대편 mRNA를 인지하고 자른다. A⦚A (절단) → AUUA (첨가)
- 3‘우리딘 전이효소는 편집을 통해 암호 틈으로 U를 운반 → U 첨가 (3’→5‘)
- 하나의 gRNA는 U를 다른 자리에 삽입할 수 있다.
15.5 mRNA 수송
- 가공된 mRNA는 포장되어 핵에서 세포질로 이동할 때 (능동) 불량품은 못통과하게 한다. (조절된 배출
- 성숙 mRNA는 수송단백질과 결합 (잘린 인트론은 이어맞추기 억제인자가 표지됨)
- 배출 시 핵막의 핵공복합체를 통해 배출. Ran (GTPase. GTP 가수분해) 가 에너지 공급
참고문헌 : Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판
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