[분자생물학] 11.7 : class III factors

 

 

이번 포스트에서는 class III factor에 대해 알아보자.

 

 

 

class III factor 중 가장 먼저 발견된 것은 TFIIIA임. (사실 이 녀석은 진핵생물에서 가장 먼저 발견된 transcription factor임) 이 녀석은 처음에 5S rRNA gene의 internal promoter에 붙는 녀석으로 발견됨.

 

 

 

 

이 때 TFIIIA의 활성을 없애주기 위해 anti-TFIIIA antibody를 첨가해줌. 모든 단백질이 다 그런 것은 아니나 일부 단백질은 antibody를 첨가해서 antibody binding이 일어날 시 활성이 저해됨.

 

 

 

보면 1, 2 lane에 비해 3번 lane에서 5S rRNA의 전사 활성이 유독 떨어진 것을 확인 가능함. 이를 통해 5S rRNA 전사에 TFIIIA가 꼭 필요하다는 것을 알 수 있음. (다만 tRNA의 전사에는 TFIIIA가 큰 영향을 미치지 않는다는 것 또한 알 수 있음)

 

 

 

 

이후 또 다른 transcription factor인 TFIIIB와 TFIIIC도 발견되었는데, 이 녀석들은 classical class III gene(type 1, type 2 gene)의 발현에 있어서 필수적으로 사용됨. (참고로 앞서 살펴봤던 5S rRNA gene을 전사하기 위해서는 TFIIIA, B, C가 모두 필요함)

 

 

 

TFIIIA

 

앞서 말했듯 TFIIIA는 가장 먼저 발견된 eukaryotic transcription factor임.

 

 

TFIIIA는 당연히 DNA-binding protein의 일종으로, zinc finger domain을 9개 가지고 있음. 이 때 zinc finger domain은 손가락 모양이고 zinc가 함유되어 있어서 결국 DNA와의 binding을 유발시키는 domain임. 더 자세한 내용은 이후 chapter에서 다룰 것임.

 

참고로 TFIIIA는 5S rRNA의 전사에는 필수적이지만 나머지에서는 필수적이지 않은 경우도 많다는 것을 기억하고 넘어가자.

 

 

 

 

TFIIIB, TFIIIC

 

TFIIIB와 TFIIIC는 앞서 말했듯 classical polymerase III gene의 전사에 있어 꼭 필요함. 그리고 TFIIIB와 TFIIIC는 서로서로의 activity에 영향을 미침.

 

 

이와 관련된 실험 결과를 살펴보자.

 

 

 

 

위 그림에는 RNA polymerase III, TFIIIB, TFIIIC를 다 넣어준 상태에서 DNA footprinting 실험을 진행한 결과임. 이 때 a에는 nucleotide를 넣어주지 않아서 DNA에 여러 factor들이 붙기는 하나 전사는 일어나지 않는 상황임. b에는 GTP를 제외한 nucleotide를 넣어줘서 G가 필요한 상황이 오기 전까지는 전사가 개시되고 진행되는 상황임. c는 protein을 아예 넣어주지 않은 상황임.

 

 

 

결과를 살펴보자. 우선 c의 경우 protein을 넣어주지 않았으므로 footprint가 관찰되지 않음. 한편 a에는 footprint가 관찰되는데, 이 때 tRNA gene이 type 2 gene이므로 promoter가 전사개시부위의 downstream에 있음. 보면 위 그림에서 A, B라고 표현된 부분이 promoter임. (한편 U라고 나타낸 부분은 upstream을 의미함)

 

이 때 footprinting 결과 U에서 B에 걸쳐 전반적으로 신호가 약해지거나 아예 나타나지 않음. 이는 전체적으로 단백질들이 DNA와 결합해있음을 의미함. 한편 b에서는 a에서 footprint가 나타났던 부분에 band가 나타나기도 하고, 그 반대의 경우도 관찰됨. 이를 통해 전사가 개시되고 elongation이 이루어지면서, 특정 단백질들이 전사에 따라 평행이동해왔다는 것을 알 수 있음. (이 때 평행이동한 단백질로 가장 쉽게 생각해볼 수 있는 것은 RNA polymerase III임)

 

 

 

 

 

이제 또 다른 DNA footprinting 실험 결과를 살펴보자. 우선 a의 경우 아무런 factor도 넣어주지 않았음. b의 경우 TFIIIC만을 넣어줌. c의 경우 TFIIIC, B를 같이 넣어줌. d의 경우 TFIIIC, B와 함께 heparin을 넣어줌.

 

이 때 넣어준 heparin은 DNA와 느슨하게 결합하고 있는 단백질들을 다 때내버리기 위해 사용하게 됨. (heparin이 polyanion이므로 DNA, RNA와 결합하는 단백질의 + charge 부위에 붙어 단백질을 DNA로부터 때놓을 수 있음)

 

 

결과를 살펴보자. a의 경우 아무런 factor도 넣어주지 않았으므로 촘촘한 band가 관찰됨. b의 경우 TFIIIC에 의해 형성되는 footprint의 위치를 보여주는데, 이를 통해 box A와 box B 부분에 TFIIIC가 붙는다는 것을 알 수 있음. c의 경우 TFIIIC에 의해 형성된 footprint에 더해 TFIIIB가 붙어서 생긴 footprint를 나타내주고 있는데, 이를 통해 TFIIIB가 upstream 부분에 붙는다는 것을 알 수 있음.

 

d의 경우 heparin을 넣어서 느슨히 결합한 단백질을 제거해주었고, 그 결과 TFIIIC는 box A와 box B에서 떨어져 나옴. 그런데 이 경우 여전히 TFIIIB는 upstream 부위에 붙어있음. 이를 통해 일단 한 번 TFIIIB가 붙고 나면 TFIIIC가 떨어져나가도 TFIIIB는 DNA에 계속 붙어있을 수 있다는 것을 알 수 있음. (물론 처음에는 TFIIIB가 DNA에 붙는 것을 TFIIIC가 도와주게 됨. 즉, TFIIIC도 일종의 assembly factor임)

 

 

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이를 바탕으로 class III에서의 전사 개시 과정을 간략히 나타낸 그림이 아래와 같음.

 

 

 

 

 

하나하나 살펴보자. 우선 처음에 box A와 box B에 TFIIIC가 붙음. 그 다음 TFIIIC에 의해 TFIIIB가 assembly됨. 이 때 TFIIIB는 내부에 TBP를 가지고 있기 때문에 TATA box에 붙어서 단단히 고정될 수 있음. 한편 이후 RNA polymerase III가 recruit되고 결과적으로 전사가 개시됨.

 

이 때 전사가 진행됨에 따라 RNA polymerase III가 앞으로 나아가면 아마도 TFIIIC는 떨어져 나가는 것처럼 보임. (그러나 이는 아직 명확하지 않음) 한편 위 그림 맨 아래에도 나타나 있듯 TFIIIB는 일단 한 번 붙고 나면 계속 붙어있게 되고, 이후 다음 class III preinitiation complex가 형성되기를 기다리고 있게 됨.

 

 

 

 

 

 

지금까지 배운 내용들을 정리해보자. 위 그림에는 전형적인 class 1, 2, 3 promoter 부분에 생성되는 complex들을 보여주고 있음. (물론 class II의 경우 TATA box가 없고 GC box만 있는 독특한 상황만을 나타내주고 있음)

 

 

이 때 공통적으로 녹색으로 표시된 녀석들이 각각의 class에서 assembly factor로 역할을 하며, 가장 먼저 promoter에 binding함. 이후 이 assembly factor에 의해 TBP를 포함하고 있는 다른 factor가 와서 assembly됨. 결국 assembly factor와 TBP를 함유한 다른 factor들이 다 조립되어 complex를 이루게 되면 이 complex가 RNA polymerase를 recruit시키게 되고, 결과적으로 전사가 일어나게 됨.

 

 

(즉, 대부분의 promoter에 이와 같은 공통적인 feature들이 관측된다는 것을 기억해두면 됨)

 

 

 

참고로 TATA box가 있는 promoter의 경우 TBP가 제일 먼저 TATA box를 인식하게 되고, 그 결과 TBP가 포함된 factor가 일종의 assembly factor로 작용해 나머지 factor들을 불러모을 수도 있음. (물론 이 때 TBP가 어떤 gene에 붙을지에 대한 specificity는 TBP 주변에 붙는 TAF가 부여하게 됨)

 

 

 

 

다음 포스트부터는 진핵생물의 activator(활성인자)에 대해 알아보도록 하자.