[분자생물학] 10.2 : RNA polymerase II의 구조 - 2

 

 

 

이번 포스트에서는 지난 포스트에 이어서 RNA polymerase II의 구조에 대해 알아보도록 하자.

 

 

지난 글에 바로 이어서, 이번에는 nucleotide selection은 어떻게 일어나는지에 대해 살펴보자. 이 때 nucleotide selection이란 template DNA와 서로 상보적인 nucleotide만 새로 들어와 RNA의 합성재료로 사용되는 것을 말함.

 

 

 

 

 

우선 위 그림상의 상황을 먼저 이해할 필요가 있음. 붉은색으로 표시된 RNA의 말단부에는 dAMP가 첨가된 상태임. 이 녀석은 원래 RNA가 아니라 DNA의 구성성분이므로, 이 녀석이 생합성되던 RNA의 말단에 붙어버리게 되면 더이상의 RNA 합성은 불가능한 상태로 freezing됨. 이 상태에서 ATP, GTP, CTP, UTP의 4종류의 substrate를 넣어봄.

 

 

이 때 만약 그 다음 template DNA와 상보적으로 결합하는 녀석이 UTP라고 한다면, UTP가 들어갔을 때만 위 그림 왼쪽과 같이 완전히 bending되어 딱 접혀들어간 모양이 만들어지고(phosphate가 아래쪽에 위치한 채로 안정적으로 존재), 나머지가 들어갔을 때는 위 그림 오른쪽과 같이 염기가 바깥으로 삐죽히 튀어나온 형태로 존재하게 됨(phosphate가 위쪽에 위치한 채로 불안정하게 존재).

 

 

즉, substrate의 종류에 관계없이 일단 위 그림 오른쪽과 같이 RNA polymerase의 특정 부분에 의해 인식되어 funnel을 통과해 들어오기는 하지만, 이후 상보적으로 결합 가능한 substrate만이 위 그림 왼쪽처럼 접혀들어가 안정적인 구조를 이루게 됨. 따라서 이 때 위 그림 오른쪽 부분에서의 노란색 substrate의 위치를 E(entry) site라 하고, 위 그림 왼쪽 부분에서의 노란색 substrate의 위치를 A(addition) site라 함.

 

 

 

한편 위 그림은 사실 electron density map인데, (a)의 경우 metal B site 주위에 충분한 intensity의 electron이 분포하고 있는 반면 (b)의 경우 metal B site 주위에 거의 전자가 분포하고 있지 않음을 알 수 있음. 즉, (a)의 경우 metal B가 실제로 안정적으로 metal B site에 결합해 있는 반면 (b)의 경우 그렇지 않다는 것을 알 수 있음.

 

 

이는 metal B가 substrate의 phosphate 부분과 결합한 채로 같이 들어오기 때문에 생기는 현상인데, 일단 E site를 통과한 후 template DNA와 상보적 결합이 가능해서 A site로 진입할 경우 (a)와 같이 metal B도 안정적으로 metal B site에 안착하게 되지만 그렇지 못할 경우 (b)에서와 같이 metal B가 metal B site에 제대로 결합하지 못하게 됨.

 

 

 

지금까지 nucleotide 자체의 구조적 변형이 nucleotide selection을 유발하는 과정을 살펴봤었음. 사실 이 과정에는 단백질, 그 중에서도 trigger loop이라는 부분이 매우 깊게 관여함.

 

 

 

 

 

위 그림의 아랫부분에 색깔별로 trigger loop의 다양한 모양이 나타나 있음. 이 중 template DNA와 상보적인 nucleotide(이 경우에는 GTP)가 들어왔을 때에 비로소 trigger loop이 가장 안정적인 형태로 전환되게 됨. (위 그림상의 보라색 구조와 같이 마치 품어주는듯한 구조를 형성하게 됨)

 

 

즉, nucleotide의 배치 상태와 trigger loop 둘 다 nucleotide selection에 관여함.

 

 

 

지금까지의 이야기는 모두 Rpb4, Rpb7를 뺀 불완전한 RNA polymerase II를 바탕으로 서술된 것이었음. 그러나 현재는 기술의 발전으로 이 둘을 첨가한, 완전한 형태의 RNA polymerase II 구조를 관찰할 수 있게 되었음.

 

 

 

 

 

 

위 그림에 그 구조가 나타나 있음. 이 때 (a)는 Delta 4/7 mutant의 RNA polymerase II에 별도로 e. coli에서 합성한 Rpb4, 7을 과량 넣어주어서 전체 RNA polymerase II를 만들어준 후 구조를 관측한 것임. 한편 (b)는 정상 RNA polymerase II 중 epitope-tagged-Rpb4와 함께 면역침강되는 녀석만을 골라내서 구조를 관측한 것임. (즉, 아예 Rpb4가 첨가되어있지 않은 RNA polymerase II를 배제하고 Rpb4가 첨가된 녀석들만 모아 결정화를 시켜준 것임)

 

 

이렇게 해서 얻어진 전체 RNA polymerase II의 구조를 보면, 앞서 보던 구조에서 Rpb4/7에 의해 형성된 돌기 부분이 첨가되었음을 알 수 있음. (이 때 이 돌기 부분은 pocket에 쏙 들어가 있음) 보면 이 돌기(혹은 쐐기) 부분에 의해 clamp가 닫혀서 안정화된다는 것을 알 수 있음. 즉, Rpb4/7은 열려있는 clamp는 닫히게 만들어주고, 닫혀있는 clamp는 (일종의 경첩 역할을 해) 더 안정화시켜주는 역할을 함. (왜 경첩 역할을 한다고 말하는지는 위 그림 중간부분에 나타나 있는 모식도를 보면 알 수 있음) 이와 더불어 Rpb4/7은 binding site로도 작용해서 다양한 transcription factor와 상호작용할 수 있음.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 진핵생물의 promoter에 대해 알아보도록 하자.