[분자생물학] 10.4 : 진핵생물의 enhancer, silencer

 

 

이번 포스트에서는 진핵생물이 가지는 enhancer(인헨서)와 silencer(사일런서)에 대해 알아보도록 하자.

 

 

 

앞서 살펴봤던 core promoter, proximal promoter들과 지금부터 살펴볼 enhancer, silencer들은 다름. 물론 enhancer, silencer도 DNA element를 지칭하기는 하지만 이 녀석들의 경우 position-independent하고 orientation-independent하다는 특징이 있음. 이 때 position-independent란 존재하는 위치에 관계없이 동일한 역할을 수행함을 의미함. (proximal promoter들도 orientation-independent하기는 하지만 position-independent하지는 않으므로 enhancer, silencer와는 다름)

 

 

 

enhancer와 silencer는 tissue-specific하게 존재함. 그렇기에 이들은 tissue-specific하게 존재하는 단백질들과 함께 작용해 전사를 촉진, 혹은 억제하게 됨.

 

 

참고로 몇몇 DNA element들은 동일한 element임에도 어떤 단백질이 붙는지에 따라 enhancer로 작용할수도, silencer로 작용할수도 있음.

 

 

 

 

 

위 그림은 SV40 virus의 early control region을 나타내주고 있음. 보면 오른쪽에서부터 TATA box, GC box가 위치하고, 그보다 더 뒤쪽에 72bp 길이의 repeat들이 존재하고 있음을 확인 가능함.

 

이 때 인공적으로 이 72bp repeat을 없애봤더니 전사가 제대로 일어나지 않음. 한편 인공적으로 72bp repeat을 뒤집어서 넣어보거나, 아예 다른 위치에 재삽입시킨 경우에는 전사가 거의 그대로 잘 일어났음. (그렇기에 이 부분이 position-independent하고 orientation-independent한 enhancer임을 알 수 있음)

 

 

 

enhancer에 붙는 protein은 enhancer-binding protein, 혹은 activator, 혹은 gene specific transcription factor라고 부름. 이 녀석들은 general transcription factor들과 상호작용하여 preinitiation complex의 형성을 촉진함. 다시 말해, 이들은 전사를 촉진함. (preinitiation complex에 대해서는 이후 포스트에서 더 다룰 것임) 참고로 이 때 general transcription factor들은 앞서 살펴봤던 것처럼 core promoter에 붙는 단백질들임.

 

 

enhancer들은 대부분 promoter의 upstream에 존재하고 있음. 그러나 모두가 다 그런 것은 아님. 아래에는 enhancer임에도 gene 가운데에 위치하고 있는 예가 나타나 있음.

 

 

 

 

이 때 (a)는 immunoglobulin gamma 2b gene을 나타내주고 있음. 이 때 파란 부분이 exon으로 전사될 부분, 검은 선 부분이 intron으로 전사될 부분임. 그런데 intron으로 전사될 부분 중 X2에서 X3까지의 부분을 제거할 시 전사가 저해된다는 것을 알게 됨. 이에 조금더 정밀하게 Delta 1, Delta 2 부위의 deletion mutant를 만든 후 gamma 2b protein expression level과 gamma 2b gene transcription level을 wildtype과 비교해봄. 그 결과가 각각 (b), (c)에 나타나 있음.

 

 

결과를 보면 protein expression level과 transcription level 모두에서 비슷한 경향이 나타난다는 것을 알 수 있음. 우선 WT에 비해 Delta 1의 경우 gamma 2b gene의 발현양이 조금 줄어들기는 했음을 확인 가능함. 한편 Delta 2의 경우 WT에 비해 gamma 2b gene의 발현양이 아주 많이 감소했음을 알 수 있음.

 

이를 통해 gene 내부에 있는 X2~X3 사이 부분이 전사에 있어 중요한 역할을 수행한다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

그런데 이 결과만 가지고는 이 부분이 promoter인지 enhancer인지 여부를 판단할 수 없음. 따라서 이에 대한 확인을 위해 아래와 같이 plasmid를 제작함.

 

 

 

 

 

이 때 앞서 실험에서 중요하다고 판단되었던 X2~X3 부분을 A와 같이 원래대로도 넣어줘보고 B와 같이 같은 위치에 거꾸로도 넣어줘보고, 전혀 다른 X1 위치에 C와 같이 정방향으로도 넣어줘보고, D와 같이 역방향으로 넣어줘 봤음.

 

 

위 그림 오른쪽에 나타난 결과를 보면 2(positive control)와 비교했을 때 A, B, C, D의 상황에서 전사 정도가 거의 비슷하다는 것을 알 수 있음. (참고로 3, 4는 아예 X2~X3 부분을 deletion시켜준 것임)

 

 

따라서 앞서 관찰한 X2~X3 부분이 position-independent하고 orientation-independent한 enhancer임을 알 수 있음.

 

 

 

 

silencer도 enhancer와 마찬가지로 DNA element의 한 종류임. 그러나 silencer의 경우 특정 단백질과 붙어 전사를 억제하는 역할을 함.

 

 

 

이들이 전사를 억제하는 방식에는 여러 가지가 있는데, 대표적으로 chromatin의 구조를 변화시켜 DNA 전체를 compaction시키는 등의 방법을 이용함. 이에 대해서는 차후 포스트에서 더 자세히 다루어질 것임.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 진핵생물에서 관찰되는 general transcription factor(보편전사인자)에 대해 알아보도록 하자.