[분자생물학] 6.2 : 원핵생물의 transcription initiation(전사 개시) - 4

 

 

 

이전 포스트에는 주로 initiation 과정에 대해 살펴봤고, 그 중에서도 sigma factor가 어떤 역할을 하는지를 특히 중점적으로 살펴보았음. 지금부터는 sigma factor 그 자체의 구조에 대해 조금 더 살펴보자.

 

 

 

 

위 그림은 각종 sigma factor의 amino acid sequence를 나타내고 있음. 이 때 이들이 공통적으로 가지는 특징적인 region이 있어서 각각 1, 2, 3, 4로 이름붙임. 그 중에서도 2, 4는 대부분의 sigma factor에서 보존되어 있음을 확인 가능함. (2, 4 region이 대부분의 sigma factor에서 conserve되어 있다는 것은, 이 region이 그만큼 핵심적 역할을 할 것이라는 것을 암시함)

 

 

지금부터 E. coli가 가지고 있는 sigma70에 대해 조금 더 중점적으로 알아보자. (위 그림에서 맨 위에 나타나 있는 단백질)

 

 

 

 

위 그림은 sigma70을 나타낸 것임. 잘 보면 region 1은 다시 2개의 subunit으로 나뉘고, region 2는 다시 4개의 subunit으로 나뉘며, region 4 또한 2개의 subunit으로 나뉨. 이 중 region 2의 subunit 4가 바로 -10 box recognition을 수행하고, region 4의 subunit 2가 바로 -35 box recognition을 수행함.

 

 

 

지금부터 각각의 domain(region)들이 어떤 역할을 수행하는지에 대해 알아보자. 우선 region 1의 경우 sigma가 단독으로 promoter와 binding하는 것을 억제함. (이 것이 제대로 억제되지 않으면 sigma가 단독으로 promoter 자리를 차지하고 있어 holoenzyme이 붙기 더 어려워질 것임) 다음으로 region 2의 경우 4개의 subregion으로 구성되어 있으며 그 중에서도 4번째 subregion이 \alpha helix로 구성되어 -10 box와 결합함. 다음으로 region 3의 경우 core enzyme, DNA와의 binding에 관여함. 마지막으로 region 4의 경우 두 개의 subregion으로 다시 나뉘어지는데, 이 중 2번째 subregion이 helix-turn-helix DNA-binding domain을 포함하고 있어서 promoter의 -35 box와 결합함.

 

 

그렇다면 2.4, 4.2 부위가 각각 -10 box, -35 box를 인식한다는 것은 어떻게 알게 되었을까.

 

 

 

우선 위 그림은 실제로 우리가 현재 알고 있는 지식을 바탕으로 sigma factor와 promoter의 box들이 결합하는 것을 나타내고 있음. (이 때 결합의 짝을 맞추기 위해 단백질을 N→C 순이 아니라 C→N 순으로 정렬함)

 

 

이 때 box 결합부위에 대한 정보는 nitrocellulose filter binding assay를 통해 얻었음. 지금은 그 중 4.2와 -35 promoter의 결합여부를 밝힌 실험 결과를 살펴보자.

 

 

 

sigma factor의 4.2 부분과 promoter의 -35 box 부분에 있어 정말 결합이 잘 일어나는지 여부를 위 실험에서 파악 가능함. 이 때 y축은 filter에서 측정되는 radioactivity임.

 

 

우선 (a)부터 살펴보자. 이 경우 처음에는 거의 100%에 해당하는 labeled promoter가 4.2 부분과 붙어있음. 그런데 이후 정상적인 non-labeled pTac(Tac promoter) DNA를 점차 많이 넣어주게 되면 급격하게 filter에서의 radioactivity가 감소함. (이는 새로 들어온 non-labeled pTac에 sigma factor가 옮겨붙어버리기 때문임) 한편 Δp의 경우는 promoter 부분을 deletion시켜준 후 넣어준 것인데, 이 경우 앞서보다 radioactivity가 완만하게 떨어지는 것을 알 수 있음. 즉, 이를 통해 sigma factor의 4.2 부위와 promoter 간에 특이적인 결합이 일어나고 있음을 알 수 있음.

 

 

다음으로 (b)를 살펴보자. 이 경우 동일한 실험을 Δ10, Δ35(즉, 각각 -10, -35 box를 deletion)를 주입해가며 해 본 것임. 이 때 -10 box를 없애봤을 때는 앞서 그냥 정상적인 pTac을 넣어주었을 때와 유사한 결과가 나타나지만 -35 box를 없앤 경우 promoter 전체를 없앴을 때와 유사한 결과가 나옴. 따라서 이를 통해 sigma factor의 4.2 부분과 결합하는 부위는 -35 box라는 것을 알 수 있음.

 

 

 

지금까지 sigma factor의 역할에 대해 주로 살펴봄. 그렇다면 sigma factor가 promoter에 binding할 시 도와주는 다른 factor가 존재할까?

 

 

 

 

위 그림은 다양한 조건에서 transcription이 일어나는 정도를 관찰한 것임. 이 때 당연히 holoenzyme을 넣어준 1에서는 전사가 잘 일어날 것이며 이 때의 data가 기준임. (non-template에서 결과가 잘 나왔으므로 이 결과에 주목) 이 때 신기하게도 sigma와 함께 beta' fragment의 일부분만 넣어준 경우에도(이 때 core enzyme은 전혀 넣어주지 않음) 전사가 일어난다는 것을 확인 가능함. 특히 beta' factor의 262~309 amino acid 부위가 sigma factor와 promoter의 결합을 도와준다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

다음 포스트에서는 core enzyme의 일부인 alpha subunit이 하는 일에 대해 알아보도록 하자.