[왓슨 분자생물학] 19장 진핵세포의 전사조절-2

 

 

 

 

 

19.2 진핵세포 활성인자

- 한 표면은 DNA에 결합하여 전사 촉진, 다른 표면은 RNA pol II 와 작용하여 DNA에 유인

- 활성인자는 프로모터에 대한 단순 유인단백질일 뿐이다. (세균은 유인단백질이 RNA pol 이 유일)

① 활성인자와 RNA pol 간접적 유인, 매개인자를 동원하여 유인 (전사복합체 형성)

② 활성인자가 뉴클레오솜 구조변형 단백질 조절자 유인

③ 개시·신장에 요구하는 인자 (EF) 유인

 

1. 활성인자는 유전자에 전사장치 유인

- 전사장치 : RNA pol 외 매개체, TFIID 복합체 등

- 활성인자가 이 전사장치와 결합하여 프로모터로 유인

- 활성인자에 직접 유인되지 않는 구성요소(매개체) 들은 먼저 유인된 단백질과 협동으로 유인

- 전사장치의 여러 단백질은 활성화부위에 결합. 활성인자의 산성활성화부위는 매개체 구성요소 및 TFIID의 소단위와 상호작용 할 수 있다 (매개체-TFIID)

 

활성인자: 인헨서에 결합, TFIID 와 매개체에 작용하여 RNA pol 이 TATA에 붙게 한다.

 

2. 활성인자는 전사장치가 결합하거나 개시를 도와주는 뉴클레오솜 조절자 유인

- 뉴클레오솜 조절자 중에 히스톤 꼬리에 화학기 부가시키는 것이 있고, 꼬리에 히스톤 아세틸기 전이효소가 아세틸기를 부가시킴 → 감춰진 DNA 노출 (브로모도메인을 가지는 단백질에 대한 결합부위를 만듦)

- 크로마틴 리모델링 복합체를 유인해 프로모터 노출시킴 (ATP 의존)

- 적절한 인지 영역 : 브로모도메인

① 첫째 구조변화는 뉴클레오솜 내 접근불가 위치의 DNA 결합자리를 노출시킴 (ATP필요. 뉴클레오솜의 운동성 증가 → 결합자리 유리됨)

② 아세틸기 첨가로 브로모도메인을 가지는 단백질의 특이적 결합자리를 만든다 (TFIID 는 아세틸화 된 DNA에 더 잘 결합)

③ 크로모도메인을 가지는 단백질이 메틸화 뉴클레오솜을 인지

 

히스톤 아세틸화 시키거나, 크로마틴으로 히스톤 리모델링 되면  전사개시. 인지영역은 브로모 도메인

 

히스톤꼬리가 아세틸화되면 아세틸기를 브로모 도메인이 인지. 메틸화되면 크로모 도메인이 메틸기를 인지

 

 

3. 활성인자는 개시 및 신장 필요인자를 보충

- RNA pol 이 개시시작해도 신장필요인자를 조달 못하면 종종 멈춘다, (신장보조인자 필요)

ex. 초파리 HSP 70 유전자는 열충격으로 활성화 (2개 활성인자)

① GAGA 결합인자 : 전사개시에 필요한 전사장치 보충

② HSF 활성인자 : RNA pol 이 멈추지 않도록 고정

 

4. 먼 거리에서의 작용

- 진핵생물의 활성인자는 멀리 떨어진 곳에서 작용 (세균에서는 DNA 고리화로 가능)

- 먼 거리 소통을 돕는 단백질은 세균, 진핵 모두 갖는다.

- IHF(intergration host factor) : DNA에 결합하여 DNA를 구부려 활성인자를 프로모터에 있는 RNA pol 에 도달하게 한다.

ex.

① 초파리 chip 단백질 : 인헨서에서 10만 bp 떨어진 cut 유전자를 활성화한다. (여러 고리 형성)

② 코헤신 단백질 : 세포분열 때 상동염색체 정렬(짝짓기) 할 때 관여. 일부 인헨서-프로모터 고리의 안정화에 관여. 매개자에 결합

③ 진핵 뉴클레오솜 히스톤은 위치와 치밀도에 다양한 변화 가능. 염색질은 특별한 구조를 가져 인헨서와 프로모터를 가깝게 위치시킨다.

코헤신, 콘덴신은 상동염색체 짝짓기에 관여

 

 

- 차단자 인자 (insulator) : 활성인자와 프로모터 사이에 위치하여 활성인자로 인한 활성 차단. 활성인자의 활성만 억제. 동일 유전자를 프로모터 하류에 위치한 다른 인헨서 활성은 막지 못한다. 차단자에는 CTCF (큰 아연집게 단백질) 이 결합한다

-CTCF : 코헤신과 결합하여 가장 가까운 프로모터와 염색체 고리 형성 → 차단자에서 먼 인헨서가 유사한 고리를 형성하는 것을 막는다.

- 차단자는 염색질 변화가 확산되는 것을 억제 (염색질의 국부적 상태변화는 유전자 발현여부에 영향을 주기 때문)

- 염색질 일부에서의 히스톤 변화 억제는 전사 침묵화 유발 (차단자 때문에)

- 전사침묵화 : 염색질을 따라 확장 가능. 다수의 유전자 발현 off

- 차단요소는 이런 확장도 봉쇄 (침묵화도 봉쇄), 차단자는 유전자활성화 억제에서 함께 보호한다.

 

insulator는 과도한 인헨서의 활성을 차단. insulator는 하류의 인헨서는 차단 못한다.

 

 

 

19.3 신호통합과 연합조절

1. 활성화 인자들의 신호통합

- 활성인자들은 신호통합을 위해 함께 작용 (상승효과. 시너지)

- E. coli Lac오페론도 젖당O, 포도당X 두 신호는 활성인자와 억제인자를 통해 유전자에 전달 (신호통합)

- 진핵이 신호통합을 더 잘 활용.

① 유전자를 켜기 위해 다수의 활성인자가 함께 작용해야한다. (상승작용)

② 여러 활성인자들이 서로 도와서 발생가능 (협동적) ex. OR1-OR2 에 λ억제인자 결합

③ 한 활성인자가 두 번째 활성인자 결합을 돕는 인자를 유인

ex. 한 활성인자가 뉴클레오솜 DNA 에 결합 → 결합자리 노출 (뉴클레오솜 리모델링)

- 상승효과 발생은 활성인자의 신호통합이 결정적. 두 신호에 의한 2개 이상의 활성인자가 유전자를 발현시킨다.

 

OR1에 4량체 λ 억제인자가 한 번 붙기 시작하면 OR2에 더 잘 붙게된다.

 

2. 신호통합 사례

ㆍ효모

- H0 유전자 : 효모 출아 시, 특정 세포주기에서만 발현. 모세포에서만 발현. 2가지 활성인자 SW15 및 SBF 에 의해 유전자에 전달된다.

- SBF 활성인자 : 특정 시기에만 활성

- SW15 활성인자 : 모세포에서만 작용. 히스톤 아세틸 전이효소와 크로마틴 리모델링 효소 유인 → SBF 자리에 작용 → SBF 활성 반응 (먼저 자기자리 결합 후, SBF 결합을 도움)

 

ㆍ사람

- β-인터페론 유전자 (INF-β) : 바이러스 감염세포에서 3가지 활성인자를 활성화. 이 활성인자는 프로모터 상류의 인헨서내에 협동적으로 결합 (증폭자 복합체 = 인헨서+활성인자)

- 활성인자들이 보조활성인자를 보충 (히스톤 구조변경) or 전사장치 자체 보충도 가능

- HMGA1도 인헨서에 (작은홈) 결합. 다른 활성인자 (NF-kB, IRF, Jun-ATF)가 증폭자복합체로 조립되도록 도와준다. 그러나 최종 구조물에 포함되지 않고 HMGA1 은 빠진다.

- HMGA1은 인헨서를 곧은 구조로 만들어 모든 인헨서 서열 정보가 남김 없이 사용된다. (서열이 잘 보존됨)

- 활성인자의 협동적 결합방식 3가지

① 단백질-단백질 간의 직접 상호작용

② 단백질 결합에 DNA 구조변화로 다른 단백질 결합을 보조

③ 활성인자 모두가 보조활성인자 CBP 와 함께 동시 상호 결합

 

인터페론 증폭자복합체=인헨서+활성인자. 구조변화단백질은 HMGA1.  다른 활성인자 (NF-kB, IRF, Jun-ATF)가 증폭자복합체로 조립되도록 도와준다.

 

3. 진핵세포에서 조합적 조절의 중요성

- 세균에서도 CAP Lac오페론의 Lac억제인자와 작용하고, gal 유전자에는 Gal억제인자와 작용한다.

- 진핵세포는 좀 더 광범위한 조합적 조절을 한다.

- 1종류 활성인자의 여러 사본이 상승효과를 일으키기도 한다. (1종류 활성인자가 2종류 이상의 유전자에 작용)

- 효모 H0 유전자와 β-INF 유전자의 신호통합도 다른 유전자를 조합적 조절방식으로 조절하는 활성인자가 있다.

- 조합적 조절방식에는 전사 억제인자도 포함된다.

↳ 세균: ① 여러 억제인자가 프로모터 중첩자리에 결합하여 RNA pol 결합 억제

      ② 억제인자가 프로모터 근처에 결합해서 RNA pol 과 상호작용하여 전사개시 억제

      ③ 활성인자의 작용을 방해

↳ 진핵: ① 염색질 응축, ② 전사장치에 인식되는 것을 제거

 

 

 

 

참고문헌 :  Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판