[분자생물학] 6.2 : 원핵생물의 transcription initiation(전사 개시) - 3

 

 

저번 포스트에 이어서 이번 포스트에서는 원핵생물 전사 개시에서 중요한 개념 중 하나인 promoter clearance라는 개념에 대해 알아보자.

 

 

이 개념은 RNA polymerase가 promoter에 한 번 붙은 후 elongation을 위해 promoter와 다시 떨어져 앞으로 나가는 과정을 의미함. (그런데 이 때 한 번에 확 앞으로 나간다기보다는, 일종의 주춤거림이 발생하게 되는데 이 주춤거림에 의해 앞서 살펴본 abortive transcript가 생김)

 

 

 

그렇다면 promoter clearance는 어떤 식으로 일어나는 것일까.

 

이에 대한 3가지 가설이 있음. 첫 번째 가설은 transient excursion으로, 말 그대로 조금 downstream으로 내려갔다가 다시 조금 upstream으로 올라왔다가를 반복하며 조금씩 나아간다는 것임. (왔다갔다를 반복) 두 번째 가설은 inchworming인데, RNA polymerase 자체가 downstream 방향으로 길어진 후 길어진 끝부분이 DNA에 고정되고 다시 수축하는 과정에서 upstream에 붙어있던 RNA polymerase가 끌려오는, 마치 지렁이의 움직임과 유사한 운동을 통해 조금씩 나아간다는 것임. 마지막 가설은 scrunching인데, 이 경우 RNA polymerase는 고정되어 있고 DNA 자체를 자기쪽으로 수축시켜 앞으로 나아간다는 것임. (현재 마지막 가설인 scrunching이 사실로 받아들여지고 있음)

 

 

그렇다면 이들 중 어떤 가설이 맞는지를 어떻게 밝힐 수 있었을까. 이 때도 직전 포스트에서 살펴본 sigma cycle 관련 실험에서와 마찬가지로 FRET을 사용함.

 

 

 

 

하나하나 살펴보자. (참고로 이 때 사각형으로 표시된 것은 각각 -10 box, -35 box임)

 

 

 

우선 (a)에 나타나 있는 trailing-edge FRET부터 살펴보자. 이 경우 upstream DNA에 A를, sigma factor의 앞쪽에 D를 달아놓은 채 실험을 수행함. 이 때 만약 transient excursion이 맞다면 처음에는 A, D가 가까워 FRET이 일어나다가 점차 DNA와 RNA polymerase 자체가 멀어지게 되므로 FRET이 일어나지 않을 것임.

 

한편 Inchworming이 맞다면 RNA polymerase는 downstream 방향으로 길어지기만 할 뿐 RNA polymerase의 앞쪽 위치에는 변화가 없으므로 이 경우 A, D의 길이가 계속 가까워서 FRET이 일어날 것임.

 

마지막으로 scrunching이 맞다면 이 경우에도 DNA가 RNA polymerase로 당겨져올 뿐 RNA polymerase의 위치는 그대로이므로 계속 FRET이 관찰될 것임. 실제 실험결과 FRET이 관찰되었으므로 이 실험을 통해 transient excursion은 아니라는 것이 확인됨.

 

 

 

다음으로 (b)에 나타나 있는 leading-edge FRET을 살펴보자. 이 경우 A는 DNA의 가운데에, D는 sigma factor의 뒷부분에 달아놓은 채 실험을 수행함. 이 때 만약 inchworming이 맞다면 RNA polymerase가 길어짐에 따라 결국 A와 D의 거리가 멀어져 FRET이 관찰되지 않을 것임. 한편 scrunching이 맞다면 RNA polymerase는 움직이지 않으므로 시간이 지나도 FRET이 관찰될 것임. 실제 실험결과 FRET이 관찰되었으므로 scrunching이 맞다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

 

마지막 (c)는 scrunching이 맞는지를 한 번 더 확신하게끔 하는 data임. 이 경우 A와 D를 둘 다 DNA에 붙여놓은 상태에서 실험을 수행함. 이 때 A는 RNA polymerase가 결합하는 중간부에, D는 그보다 downstream에 붙여놓음. 그러면 처음에는 A와 D의 거리가 멀어서 FRET이 관찰되지 않지만 시간이 지남에 따라 DNA의 당겨짐에 의해 A, D의 거리가 가까워져 FRET이 관찰되게 됨.

 

 

 

다음 포스트에서는 지금까지 중요하게 살펴봤던 sigma factor의 구조에 대해 조금 더 알아보자.