[유전학] 7.1 : 유전자 발현의 기본

 

이번 포스트에서는 유전자 발현과 관련한 기본적인 내용들에 대해 알아보도록 하자.

 

 

 

 

사람이 가지고 있는 gene의 개수는 대략 30,000여개 정도임. 이 때 gene이란 protein을 encoding(암호화)하고 있는 실체를 의미함. 이 gene들이 위와 같이 23쌍의 chromosome에 분포하고 있는 것. (즉, gene은 DNA 서열의 일부라고 볼 수 있음) 참고로 C. elegans의 gene 갯수는 20,000개임.

 

 

이 때 DNA→RNA→protein의 과정을 거쳐 DNA 서열로부터 protein이 만들어지면 이를 expression(발현)되었다고 표현함.

 

 

 

그렇다면 유전학은 어떤 학문인가. 간단히 말해 유전학은 mutation을 찾는 학문임. 실제로 유전학에서 가장 많이 등장하는 단 중 하나가 gene을 cloning했다는 것인데, 이 말은 특정한 mutation을 찾았고, 잘못 발현된 protein을 encoding하는 gene을 찾았다는 뜻임.

 

 

한편 다른 단백질들이 어떻게 각기 다른 시간에 발현되는지, 분화가 어떻게 이루어지는지, 비슷한 gene들로부터 어떻게 다양한 종들이 나타나는지와 같은 질문들은 genetic switch라는 개념으로 모두 설명 가능함.

 

 

 

 

위 그림은 prokaryote(원핵생물)와 eukaryote(진핵생물)를 비교해서 보여주고 있음. 일단 prokaryote는 핵막이 없으며 원형 DNA를 가지고 있음. 그렇기에 transcription과 translation이 coupled(서로 연결)되어있음. 그러므로 mRNA가 불안정하더라도 만들어지는 족족 번역되고, 이 때문에 mRNA를 따로 보호해줄 필요는 없음. 한편 eukaryote의 경우 transcription은 핵 안에서, translation은 핵 밖에서 일어남. 즉, 이 두 event가 서로 coupled되어있지 않음. 이 때 mRNA는 매우 불안정하므로 핵 밖으로 보내기 위해서 5'-cap, 3' poly A tail을 달아서 그나마 안정화시켜주는 단계를 거치게 됨.

 

 

 

본격적으로 관련 내용을 살펴보기 전에, 기본적인 terminology(용어)부터 짚고 넘어가자. 우선 특정 gene이 express되었다는 것은 gene이 mRNA로 전사된 후 번역되어 polypeptide가 되고, 이것이 적절히 fold, modify되어서 기능을 하는 protein이 되었다는 뜻임. 다음으로 특정 gene이 constitutively express되었다는 것은 계속 발현되고 있음을 의미함. 한편, 다른 많은 gene들은 조절되고 있어서 constitutively express하고 있지 않을 수 있으며, 상황에 따라 gene expression이 induce(촉진)되기도, repress(억제)되기도 함.

 

 

 

 

gene expression의 regulation은 크게 위와 같이 3가지 step 하에서 일어날 수 있음. 우선 transcription 동안에 regulation이 일어날 수도 있고(transcriptional regulation), translation 동안에 일어날 수도 있으며(translational regulation), translation 이후에 일어날 수도 있음(post-translational regulation). 그런데, 일단 mRNA를 만드는 과정 자체가 매우 힘든 과정임. 따라서 transcriptional regulation 자체가 꽤나 중요한 조절 단계임. 앞으로의 연속된 포스트들에서는 주로 이 단계에서의 regulation에 대해 알아볼 것임.

 

 

참고로 전사가 될 때 RNA polymerase가 promoter와 결합한 뒤 gene을 찾게되는데, 이 때 RNA polymerase가 promoter에 붙는 과정은 regulation되지 않음. 다만 붙은 RNA polymerase가 이동하는 과정이 regulation되는 것임.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 본격적으로 세균의 매우 중요한 유전자 발현 조절 예시 중 하나인 lac operon(젖당 오페론)에 대해 알아보도록 하자.