[분자생물학] 16.1 : ribosomal, transfer RNA processing, trans-splicing

 

 

 

이전 포스트까지 배웠던 processing event 이외에도 사실 다양한 processing들이 존재함. 예를 들어 trans-splicing과 같은 현상(지금까지 봤던 splicing은 모두 cis-splicing임), rRNA, tRNA에서만 일어나는 독특한 processing 과정 등이 그것임.

 

 

그 밖에 완전히 posttranscriptional하게 일어나는, RNAi와 같은 process들도 존재함. 지금부터 이에 대해 하나하나 알아보자.

 

 

 

ribosomal RNA processing

 

 

 

실제로 양서류의 일종인 Newt의 rRNA 전사 과정을 직접 눈으로 관찰할 수 있는데, 위 그림 왼쪽과 같이 관찰됨. 보면 어떤 부위에서는 매우 extensive하게 전사가 일어나고, 반면 화살표로 NTS(non-transcribed spacer)라고 나타낸 부위에서는 거의 전사가 일어나지 않음.

 

 

한편 rRNA는 신기하게도 처음에 45S rRNA precursor로 통째로 합성된 다음, 이후 processing을 거치면서 각종 rRNA들이 (잘려서) 만들어지게 됨.

 

 

 

transfer RNA processing

 

 

진핵생물의 경우, 우선 하나의 tRNA만을 포함하는 tRNA precursor가 만들어진 후 이 precursor 중 쓸모없는 부분이 제거되어 tRNA 하나가 온전히 만들어지게 됨.

 

 

bacteria의 경우에는 조금 다른데, bacteria에서는 precursor에 rRNA와 tRNA가 함께 포함되어 있음. 그러다가 processing을 통해 잘려서 비로소 여러 tRNA, rRNA가 (하나의 precursor로부터) 생성됨.

 

 

trans-splicing

 

trans-splicing도 사실 진핵생물에서 꽤나 흔히 나타나는 현상 중 하나이고, 특히 C. elegans에서는 거의 모든 전사체에서 trans-splicing이 일어난다고 봐도 과언이 아님.

 

 

 

trans-splicing은 (서로 다른 gene에서 유래한) 두 개의 전혀 다른 exon이 서로 splicing을 통해 하나로 붙는 현상임. 처음에 특정 mRNA를 sequencing한 결과 gene의 sequence와 전혀 match되지 않는 부분이 생겼고(특히 typanosome에서 이것이 관찰됨) 이 때문에 trans-splicing이라는 현상이 제안됨.

 

 

 

 

실제로 trans-splicing의 mechanism은 위 그림과 같음. 사실 branchpoint의 OH가 앞쪽 exon과 intron 사이 phosphodiester bond를 공격하고, 이렇게 생긴 OH가 다시금 뒤쪽 exon과 intron 사이의 phosphodiester bond를 공격해 exon끼리 이어진다는 mechanism은 동일한데, 다만 이것이 서로 물리적으로 분리되어 있는 exon 사이에서 일어난다는 것이 다름.

 

 

 

이 과정에서 생기는 intron-exon intermediate는 lariat 모양이 아니라 Y-shape임. 결과적으로 마지막에 생성되는 남은 intron 조각 또한 Y-shape임을 알 수 있음.

 

 

 

 

실제로 Y-shape intermediate가 생긴다는 것을 위 그림에 나타난 실험을 통해 입증함.

 

 

이 실험에서는 debranching enzyme을 사용함. debranching enzyme은 2'-5' phosphodiester bond를 끊어줌. (이 때 이 bond는 오로지 splicing을 할 때만 나타나는 bond임)

 

 

이 때 만약 cis-splicing이 일어난다면 debranching enzyme에 의해 bond가 잘리면서 위 그림 왼쪽 (a)에 나타난 것과 같은 linear한 구조가 만들어질 것임. 반면 trans-splicing이 일어난다면 (b)와 같이 100nt 길이의 붉은색으로 표시된 부분이 아예 떨어져나가게 되고, 그 결과 100nt 길이의 작은 RNA 조각이 관측될 것임.

 

 

 

실제로 실험을 수행해 본 결과 위 그림 오른쪽과 같이 길이 90에 해당하는 band가 관찰됨. (즉, trans-splicing을 통해 Y-shape가 나타남)

 

 

 

 

한편 trans-splicing은 진핵생물에서 마치 operon과 비슷한 조절을 할 수 있게끔 해줌. trans-splicing시 앞쪽 exon을 spliced leader라고 부르는데, 이 spliced leader가 하나의 mRNA에만 가서 trans-splicing되는 것이 아니라 여러 mRNA에 가서 trans-splicing되고, 그 결과 서로 다른 여러 mRNA들의 번역 과정을 한 종류의 spliced leader가 광범위하게 조절할 수 있게 되는 것임.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 RNA editing에 대해 알아보자.