[분자생물학] 10.3 : 진핵생물의 promoter - 1

 

 

이번 포스트부터는 진핵생물의 promoter(프로모터)에 대해 알아보도록 하자.

 

 

 

이전 포스트들에서 진핵생물의 RNA polymerase에 대해 배움. 이 때 3종류의 RNA polymerase는 각기 다른 구조를 가지고 있고, 서로 다른 class의 gene을 전사한다고 했었음. 그렇다면 이들이 결합하는 promoter도 당연히 각기 다를 것임. 따라서 결과적으로 promoter도 결합하는 RNA polymerase에 따라 3종류로 나뉘어짐.

 

 

그 중 가장 대표적으로 잘 알려져 있는 class II promoter에 대해 알아보자.

 

 

class II promoter는 RNA polymerase II에 의해 인식되며, 아래 그림과 같은 구조를 띄고 있음.

 

 

 

 

 

 

한편 진핵생물의 promoter는 크게 core promoter와 proximal promoter로 나눌 수 있음. 이들의 구분 기준은 단순히 위치인데, core promoter는 transcription start site로부터 37bp 안에 위치하고 있는 promoter이며, proximal promoter는 transcription start site로부터 37~250bp정도 upstream에 위치하고 있는 promoter임. core promoter는 일반적으로 general transcription factor를 끌어당기는 역할을 하고 proximal promoter는 general transcription factor를 끌어당기는 걸 돕는 역할을 함.

 

 

(물론 사실 core promoter와 proximal promoter의 경계에 있는 녀석들도 많으므로 여러모로 애매한 정의임)

 

 

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지금부터 core promoter element의 일부인 TATA box에 대해 알아보자.

 

 

TATA box는 transcription start site로부터 25~30bp upstream에 존재함. 이 위치는 특히 고등 진핵생물에게서 고정되어 있음. (yeast의 경우 이보다 좀 더 먼 upstream에서 TATA box가 관찰됨) (TATA box의 consensus sequence는 TATA(A/T)AA(G/A)이므로 참고할 것) 한편 TATA box는 원핵생물의 promoter에 포함되는 -10 box와 매우 유사함.

 

 

 

 

TATA box는 전사의 시작 부위를 결정하는 데 있어 매우 결정적인 역할을 함. 이와 관련한 실험 결과가 아래에 나타나 있음.

 

 

 

 

이 때 가로방향 화살표로 나타나 있는 것은 실험마다 특이적으로 잘라준 부분을 의미함. 즉, 어떨 때는 전체 부위를 다 놔둔 채로 전사를 시켜보기도 하고, 어떨 때는 가로 화살표만큼을 제거한 채 전사를 시켜보기도 하면서 transcript의 길이를 비교함. 이 때 구체적으로 transcript의 비교(그리고 이를 통한 전사 개시 site의 위치 파악)를 위해 앞서 배웠던 S1-mapping이 사용됨. (아래 포스트 참조)

 

 

2023.06.27 - [전공자를 위한 생물학/분자생물학] - [분자생물학] 5.5 : nothern blot(노던 블랏), S1 mapping, primer extension, run-off transcription

[분자생물학] 5.5 : nothern blot(노던 블랏), S1 mapping, primer extension, run-off transcription

 

 

 

gel 전기영동 결과를 살펴보면 아무것도 자르지 않았을 때(맨 왼쪽)에 비해 점점 더 많은 부위를 잘라나갈수록 서열이 짧아짐. 이 때 자르는 부위는 HS2를 제외하고는 모두 TATA box 다음 부위였음. 즉, 이는 TATA box 뒤쪽 서열이 짧아지면 짧아질수록 전체 transcript의 길이가 짧아졌음을 의미하고, 이는 곧 TATA box가 아마도 특정 길이 이후에 전사가 개시되도록 지정해주는 역할을 하는 것이 아닐까 하는 추측을 하게 해줌. (위 그림에 G로 표시된 부분이 TATA box 뒤쪽의 서열 제거에 따라 달라질 수 있는 다양한 전사 시작 부위를 나타내주고 있음)

 

 

한편 아예 TATA box를 없애버린 HS2의 결과를 보면 갑자기 엄청나게 다양한 band가 나타남. 즉, 전사가 규칙성 없이 이상한 곳에서 마구잡이로 시작된다는 말임. (즉, initiation site를 제대로 못 찾음) 그러나 이 경우에도 전사가 일단 일어나기는 하므로 (적어도 이 gene에서는) TATA box가 전사의 initiation site를 결정해주는 역할을 수행하지만, 전사가 시작되기 위해 무조건 있어야 하는 site로 작용하지는 않음.

 

 

 

한편, 다른 종류의 gene에서는 TATA box가 전사 시작부위를 결정해 줄 뿐만 아니라 전사의 시작 자체를 촉진시켜주기도 함. 이와 관련된 실험결과를 살펴보자.

 

 

 

 

위 그림에 나타난 실험 결과는 linker scanning mutagenesis의 결과임. 이 때 linker scanning mutagenesis란, 특정 DNA 부위를 원래와는 전혀 다른 sequence로 치환해버리는 방식으로, 위 그림의 맨 위쪽에 각각 표시되어 있는 부분만큼이 전혀 다른 염기로 치환된 것임.

 

 

이 때 구체적으로 transcription이 일어난 정도를 측정하기 위해 앞서 배운 primer extension analysis를 사용함. (마찬가지로 아래 포스트 참조)

 

 

2023.06.27 - [전공자를 위한 생물학/분자생물학] - [분자생물학] 5.5 : nothern blot(노던 블랏), S1 mapping, primer extension, run-off transcription

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실험 결과를 살펴보면 29 or 21 주변부(TATA box가 존재하는 부분)의 DNA sequence를 바꿨을 때 아예 transcription이 일어나지 않음을 알 수 있음. (linker scanning signal이 이 두 부분에서만 텅 비어있음을 알 수 있음)

 

 

 

즉 어떤 gene의 경우에는 TATA box가 transcription 그 자체에도 영향을 미친다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

 

지금까지 core promoter element에 포함되는 TATA box에 대해 알아봄. 그런데 core promoter element에는 TATA box 뿐만 아니라 TFIIB recognition element(BRE), Initiator(Inr), Downstream promoter element(DPE), Downstream core element(DCE), Motif ten element(MTE)등이 있음.

 

물론 모든 element가 특정 promoter에 다 포함되어 있는 것은 아니고, promoter의 종류에 따라 이들 중 일부가 존재함. (참고로 어떤 class II promoter의 경우 TATA box가 없을 수도 있음. 일반적으로 TATA box가 없는 promoter의 경우 Inr, DPE 등이 있는 경우가 많은데, 이 이유에 대해서는 다음 chapter에서 알아볼 것임) 이 때 Initiator는 transcription이 initiation되는 +1 부위에 존재하고 있으며, DPE는 initiation되는 부위보다 더 downstream에 존재하고 있음.

 

 

주로 특정 부위에서만 highly expressed되는 gene들의 경우 promoter로 TATA box를 가지고 있는 경우가 많음. 한편 항상 많이 발현되는 housekeeping gene의 경우 TATA box가 없는 경우도 종종 관측됨.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 proximal promoter element들, 그리고 다른 class의 promoter들에 대해 알아보자.