[분자생물학] 11.4 : TFIIH의 구조와 기능 - 1

 

 

이번 포스트에서는 TFIIH의 구조와 기능에 대해 알아보자.

 

 

 

앞서 살펴본 것처럼 TFIIH는 preinitiation complex를 형성하기 위해 가장 마지막으로 첨가되는 general transcription factor임. 이 녀석도 앞서와 마찬가지로 하나의 단백질 덩어리가 아니라 9개의 subunit들로 이루어져 있음.

 

 

 

TFIIH는 기능별로 크게 2개의 complex로 분리할 수 있음. 하나는 4개의 subunit으로 구성되어 있으며 protein kinase 활성을 띄는 complex임. 나머지 하나는 5개의 subunit으로 이루어져 있으며 DNA helicase/ATPase 활성을 띄는 complex임. (5개로 이루어진 complex를 core TFIIH complex라 부름)

 

 

이렇게 가지고 있는 활성에 따라 두 개의 complex로 나뉘다 보니 이들이 transcription initiation 과정에서 수행하는 역할도 두 가지임. 첫 번째 역할은 RNA polymerase II의 CTD domain을 phosphorylate시켜주는 것이고 두 번째 역할은 helicase 활성으로 DNA를 unwind시켜서 transcription bubble을 만들어주는 것임. 지금부터 이에 대해 하나하나 살펴보자.

 

 

 

먼저 RNA polymerase II의 CTD domain에 phosphorylation시켜주는 활성에 대해 살펴보자. preinitiation complex가 형성되는 과정, 그 중에서도 초기에는 RNA polymerase II가 IIA form으로 존재함. (이전 chapter 참고)

 

이 때 IIA form은 hypophosphorylated form, 즉 적게 인산화된 form에 해당함. 그런데 이후 TFIIH가 오게 되면 RNA polymerase II의 Rpb1이 가지고 있는 carboxyl-terminal domain(CTD) 중 heptad repeat의 2번째, 5번째 serine에 인산기를 달아줌. 그 결과 RNA polymerase II가 IIO form으로 전환됨. 이 phosphorylation은 전사 개시에 있어 핵심적임.

 

 

이제 이와 관련된 실험 결과를 살펴보자.

 

 

 

 

위 실험은 D, A, B, F, RNA polymerase IIA, H를 여러 조합으로 넣어준 후, 어느 조합에서 ATP 유무에 따른 결과 차이가 발생하는지를 보기 위해 수행함. 기본적으로 ATP는 인산기를 제공해주는 역할을 하므로, 결국 이 실험은 어느 general transcription factor가 들어갔을 때 RNA polymerase IIA에 인산화가 일어나는지를 확인하고자 하는 목적을 가지고 있음.

 

 

 

위 결과를 보면 1-2, 3-4, 5-6에서는 별 차이가 나타나지 않는 반면 7-8에서는 꽤나 큰 차이가 나타남. 이를 통해 TFIIH가 RNA polymerase IIA를 인산화시켜준다는 것을 알 수 있음. (보면 7번이 8번보다 더 위로 올라가 있는데, 이는 인산기가 첨가되어 complex가 더 무거워졌기 때문임)

 

 

 

 

그 다음으로 수행한 실혐결과를 살펴보자. 이 실험은 다양한 general transcription factor를 넣어주고, 이와 함께 RNA polymerase IIA와 TFIIH를 같이 넣어줘보기도 하고, 하나만 넣어줘보기도 하는 등의 조작을 가해줌. 이런 상황에서 '인산화' 자체를 labeling하기 위해 [gamma32P]ATP를 넣어줌.

 

 

 

결과를 보면 RNA polymerase IIA나 TFIIH 중 하나만을 넣어준 경우 다른 general transcription factor 조합에 관계없이 인산기 signal이 관찰되지 않음. 그런데 다른 factor 없이 RNA polymerase IIA, TFIIH를 같이 넣어주기만 해도 5번에서처럼 인산기 signal이 관찰되기 시작함. 이를 통해 다른 factor들 없이도 TFIIH가 RNA polymerase IIA를 인산화시켜준다는 것을 확실히 알 수 있음.

 

 

한편 RNA polymerase IIA, TFIIH와 함께 다른 factor들을 넣어줄 시 인산화가 더 잘 일어남. 그리고 특히 TFIIE를 같이 넣어줬을 때 인산화가 상당히 더 촉진됨. 이는 (b) 결과를 보면 더 잘 알 수 있는데, DBFHPolIIA만 넣어줬을 때보다 TFIIE를 같이 넣어줬을 때 인산화가 훨씬 더 많이 일어남. (이에 대해 위 그림 오른쪽에 graph로도 표현되어 있음) 이를 통해 TFIIE가 TFIIH의 인산화 작용을 보조적으로 도와준다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

 

한편 위 그림에 또 다른 실험결과가 나타나 있음.

 

 

우선 (a)부터 살펴보자. a에서는 RNA polymerase IIA, B, O를 각각 준비해 둔 뒤 DBEFH factor를 넣어준 후 labeled P를 투입시켜서 이들 각각 pol에 인산화가 어느 정도 일어나는지를 파악한 것임. 보면 RNA polymerase IIA에서는 강한 인산화 signal이 나타남. 한편 RNA polymerase IIO에서는 약한 인산화 signal이 나타나고 RNA polymerase IIB에서는 아예 인산화 signal이 나타나지 않음.

 

이는 기존의 지식과 부합하는데, RNA polymerase IIA는 인산화될 site가 많으므로 인산화가 많이 일어나는 반면 RNA polymerase IIO는 인산화될 site가 별로 없어 인산화가 적게 일어나고, RNA polymerase IIB의 경우 CTD domain이 아예 잘려나갔으므로 인산화 자체가 일어날 수 없는 것임.

 

 

다음으로 (b)를 살펴보자. 이 실험의 경우 Chym(chymotrypsin)이라는 peptidase를 사용했는데, chymotrypsin에 특히 CTD가 민감해서 chymotrypsin 처리 시 CTD가 바로 잘려서 CTD 조각이 생성되게 됨. 그 조각을 대상으로 TFIIH에 의한 인산화가 일어나는지를 확인해봤더니 위 그림 2, 3 lane에 나타난 것처럼 인산화가 일어남. 이를 통해 TFIIH가 RNA polymerase II 중에서도 CTD에 인산화를 일으킨다는 것을 확신할 수 있었음.

 

 

 

TFIIH에 의한 인산화는 앞서 말한 것처럼 주로 CTD의 serine 2와 5에 일어나고, 가끔 serine 7에 일어나기도 함. 그런데 이 때 흥미로운 점은, promoter 근방에 위치한 transcription complex(즉 initiation하는 시점)의 경우 CTD를 살펴봤을 때 serine 5에 인산화가 많이 일어나 있는 반면 elongation하는 시점에서는 CTD를 살펴봤을 때 serine 2에 인산화가 더 많이 일어나 있음. 즉, 모종의 phosphorylation change가 initiation, elongation의 전환에 중요할 것으로 생각됨. 이에 대해서는 후에 더 자세히 살펴볼 것임.

 

 

(참고로 TFIIH는 주로 serine 5를 인산화시키는 경향이 더 강하고, CTDK-1(in yeast)은 주로 serine 2를 인산화시키는 경향이 더 강함)

 

 

 

다음 포스트에서는 이어서 TFIIH의 helicase activity에 대해 알아보자.