[왓슨 분자생물학] 18장 원핵생물의 전사조절-1
18.0 원핵생물의 전사 조절
- 세균에서 RNA 중합효소는 다양한 서열의 프로모터 (-10, -35, up) 를 인식한다.
- 특정 프로모터의 세기는 그 프로모터가 가진 서열 요소들이 공통 서열과 얼마나 일치하는지에 따른다.
- 조절단백질이 없으면 이 서열 요소들은 중합효소가 프로모터에 얼마나 효과적으로 전사되는지 영향을 준다. (프로모터 정확도)
- 유전자발현은 전사개시단계에서 가장 일반적으로 조절된다. (전사개시 후 조절. 특히 신장종결에도 영향)
18.1 전사조절의 원리
1. 유전자발현은 조절단백질에 의해 조절된다.
- 세균 : 영양분의 환경이 신호가 되어 조절단백질에 의해 유전자에 전달된다.
- 조절단백질 : 양성조절인자 (=활성인자), 음성조절인자(=억제인자) 로 구분. 조절하는 유전자자리를 인식하는 DNA 결합단백질. 전사개시단계에서 전사를 조절
- 활성인자 : 조절되는 유전자의 전사 증가 (중매쟁이. 매개체 역할)
- 억제인자 : 전사를 감소,차단. 활성인자가 DNA의 프로모터에 결합하는 것을 막는다.
- 닫힌복합체 : 프로모터에 RNA pol 결합 → 중합효소-프로모터 복합체가 열린복합체로 전환
- 열린복합체 : 전사시작부위 DNA가 풀리고 RNA pol 이 전사시작하도록 자리를 잡는다
- 이 후 RNA pol 이 프로모터를 떠나고 전사시작단계인 프로모터 이탈 한다.
(신장기를 거쳐 최종 종결 전에 빠져나간다. 어떤 단계들이 활성인자에 의해 촉진되고, 억제인자에 의해 방해되는지는 프로모터와 조절인자에 달려있다.)
2. 조절인자는 주로 전사개시 단계에서 작용
- 전사개시가 조절에 가장 효과적인 단계
- 첫번째 단계이기 때문. 에너지나 자원이 낭비되지 않는다.
- 첫 단계에서 조절하는 것이 용이하기 때문. 사본이 1개인 유전자를 1개 프로모터가 발현을 조종
- 전사 후 단계에서의 조절도 장점이 있다.
- 여러 단계에 조절이 가능하기 때문에 세밀한 조절이 가능
- 전사개시 후 조절은 반응시간이 적다. 생성된 단백질 산물은 신호를 받는 즉시 생성 가능 (즉각 반응)
3. 프로모터들은 억제인자에 의해 조절된다.
- 조절단백질이 없을 때도 RNA pol 은 많은 프로모터와 약하게 결합하고 있다.
- 그러나 RNA pol 이 결합할 때 자발적으로 열린복합체로 전환하면 전사시작
- 그 결과, 낮은 수준의 항구적 발현 하며 이때 RNA pol 이 결합하는 부위에 억제인자가 미리 결합
- 억제인자 : 중합효소가 프로모터와 결합하는 것을 차단. 전사 방해
- 작동 유전자(Operator) : 억제인자가 붙는 DNA 부위(원핵)
- 활성인자 : 한 쪽은 프로모터에 결합. 다른 쪽은 RNA pol과 결합하여 RNA pol 을 프로모터로 유인. "유인" 기작은 단백질과 DNA의 협동적 결합. 단순히 효소를 프로모터 근처로 끌어당기는 역할 (중매자)
- RNA pol이 프로모터로 도달하면 자동으로 열린복합체로 전환되어 전사시작될 수 있지만 수동으로 열린복합체로 전환시켜야 할 수도 있다. (다른자리입체성)
4. 다른자리입체성
- RNA pol 이 다른 도움 없이도 프로모터와 결합하고 닫힌복합체가 형성될 수 있다..
- 이 닫힌복합체는 열린복합체로 자발적으로 전환되지 않는다. 활성인자의 자극 필요
- 이 열린복합체로의 전환이 "속도제한단계"이다.
- 활성인자의 자극으로 DNA의 형태적 변화를 유발. 다른자리입체성 효과의 예이다.
- 어떤 활성인자는 RNA pol과 상호작용하여 열린복합체 전환을 촉진
- 2가지 유형 : 가이드, 다른자리입체성
5. 먼 거리에서의 작용과 DNA 고리화
- 떨어진 DNA 부위들은 고리화하여 가까워질 수 있는데, 세균에서 활성인자 결합부위와 프로모터 사이에 결합한 단백질이 DNA의 구부림을 유발하여 활성인자-RNA pol 의 결합을 돕는다.
- 결합에 불리한 방향으로 DNA가 구부러지게 하여 고리형성을 억제하는 단백질도 있다.
6. 협동적 결합과 다른자리입체성 효과
➀ 협동적 결합 : 활성인자가 DNA와 RNA pol 에 동시작용하여 프로모터로 RNA pol 을 끌어옴.
➁ 다른자리입체성 효과 : 활성인자가 프로모터에 결합되어있는 RNA pol 과 결합하여 RNA pol 이나 프로모터의 형태적 변화를 유발하여 전사개시를 촉진
- ➀, ➁ 모두 유전자조절에서 부가적인 역할을 수행. 2개 이상의 활성인자, 억제인자가 결합하여 DNA와 결합. (그룹을 형성하여 DNA에 결합). 민감한 스위치로 작용 가능
- 다른자리입체성 효과는 유전자활성방법 + 조절인자의 조절방법의 콜라보
참고문헌 : Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판