[분자생물학] 15.3 : poly A의 기능

 

 

이번 포스트에서는 poly A의 기능에 대해 알아보자.

 

 

 

mRNA의 3' 끝부분에 AMP가 계속 달려서 poly A tail이 만들어지는 과정을 polyadenylation이라 함. (참고로 이 poly A tail이 heterogeneous nuclear RNA(hnRNA)와 mRNA에서 다 발견된다는 사실을 알게 되면서 hnRNA가 mature되어서 mRNA가 만들어질 것임을 예상하게 되기도 했었음)

 

 

대부분의 eukaryotic mRNA와 mRNA의 precursor들은 3' 부분에 대략 250nt 길이의 AMP residue를 가지고 있음.

 

 

 

 

 

위 그림에 이와 관련된 실험 결과가 나타나 있음. 이 실험에서는 hnRNA와 mRNA에 RNase A(C, U 뒷부분을 끊어줌), RNase T1(G 뒷부분을 끊어줌)을 처리해줌. 결국 이 treatment에 의해 poly A가 아닌 부분은 다 끊어져버림.

 

 

실제로 이렇게 얻어진 sample을 가지고 electrophoresis를 수행한 결과를 보면 대략 fraction 10 부근에 엄청나게 높은 peak이 관찰됨을 알 수 있음. 한편 reference로 넣어준 5S rRNA, 4S tRNA와 비교해봤을 때 이 poly A tail이 꽤나 큰 size라는 것을 비교를 통해 알 수 있음. (실제로는 7S정도 됨)

 

 

참고로 poly A tail peak을 보면 nuclear poly A가 cytoplasmic poly A보다 조금 더 size가 크다는 것을 알 수 있는데, 이런 결과가 나타난 이유에 대해서는 뒤에서 다시 살펴볼 것임.

 

 

 

 

한편 처음에는 poly A가 mRNA 서열의 가운데에 있는지, 3' 끝부분에 있는지를 몰랐었음.

 

 

 

 

 

 

이를 판단하기 위해 위 그림에 나타난 것과 같은 실험을 수행함. 이 실험의 경우 RNase A, T1에 이어 OH-를 처리해줌. 그러면 위 그림에 나타난 것처럼 poly A가 분해될텐데, (a)처럼 mRNA 내부에 poly A가 있다면 phosphate가 1개 붙어있는 A밖에 관찰되지 않을 것임.

 

 

한편 만약 (b)처럼 mRNA의 3' 끝에 poly A가 있다면 Ap와 함께 3' 맨 끝에 있는 A로부터 유래한 phosphate가 없는 adenosine도 관찰될 것임. 실험 결과 실제로 adenosine이 관찰됨. 결과적으로 poly A는 mRNA의 3' 끝부분에 붙는다는 것을 알게 됨.

 

 

앞서 splicing은 co-transcriptional한 process라고 말했었음. 그런데 poly A가 첨가되는 과정은 post-transcriptional한 process임. (참고로 뒤에 다시 보겠지만 poly A를 첨가시켜 주는 녀석은 poly A polymerase[PAP]임)

 

 

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다음으로 poly A의 기능에 대해 알아보자.

 

 

poly A tail은 mRNA의 lifetime과 translatability를 증가시켜주는 효과가 있음. 사실 어떤 case에서는 lifetime 증가효과가 더 크고, 어떤 case에서는 translatability 증가효과가 더 큰데, 이에 대한 예시를 바로 이어서 살펴볼 것임.

 

 

 

 

위 실험의 결과는 poly A tail이 주로 mRNA stability를 높여주는 역할을 함을 암시하고 있음.

 

 

 

이 실험은 기본적으로 시간에 따라 protein product가 얼마나 많이 생성되는지를 본 것임. 이 때 red는 poly A tail이 없는 경우, blue는 poly A tail이 있는 경우임. (참고로 이 때 사용한 mRNA는 Xenopus ooctyte에서부터 얻어낸 것임)

 

 

 

결과를 보면 초반에는 생성되는 protein 양이 비슷함. 그러나 시간이 지남에 따라 이 양의 격차가 엄청나게 벌어짐. 초반에 양이 비슷하다는 것은 (이 경우에) poly A tail이 translation 그 자체에는 크게 차이를 발생시키지 않음을 의미하고, 시간이 지날수록 양의 격차가 벌어진다는 것은 poly A tail에 의해 stability가 증가해서 남아있는 mRNA의 양이 계속 어느 정도 수준으로 유지된다는 것을 의미함.

 

 

 

 

반면 위 실험 결과는 오히려 poly A tail이 mRNA stability보다는 translatability 자체를 증가시켜줌을 암시함. 위 graph를 보면 cap과 poly A tail이 있는 경우 번역이 훨씬 더 효과적으로 일어난다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

결국 system에 따라 poly A tail이 lifetime, translatability 중 어떤 것에 더 주요한 영향을 주는지가 다르다는 결론을 낼 수가 있음.

 

 

한편 poly A tail에 의한 translatability 증가 현상과 관련해서 polysome이라는 흥미로운 개념이 등장함. polysome은 mRNA 1개에 여러 개의 ribosome이 달라붙어있는 형태를 의미함. 이와 관련된 실험 결과를 살펴보자.

 

 

 

 

 

위 그림 왼쪽 graph는 ultracentrifugation의 결과임. 이 때 blue는 poly A가 있는 mRNA가 32P로 labeling되어 있는 것이고 red는 poly A가 없는 mRNA가 32P로 labeling되어 있는 것임.

 

 

결과를 보면 red와 blue 모두에서 monosome에 해당하는 peak이 나타남. 한편 red에 비해 blue에서 앞부분에 뭔가 더 양이 많은 둔덕이 나타나고 있음. 이 둔덕 부분이 바로 polysome임. 즉, 다시 말해 poly A tail이 있을 때 polysome 형성이 더 잘되고, 그 결과 번역이 더 잘 일어나게 됨.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 polyadenylation(3'에 poly A가 첨가되는 현상)의 메커니즘에 대해 알아보도록 하자.