[분자생물학] 16.4 : RNAi (RNA interference, RNA 간섭)

 

 

이번 포스트에서는 RNAi(RNA interference) 기작에 대해 알아보자.

 

 

 

RNAi와 관련된 흥미로운 예시가 있는데 바로 페투니아임. 페투니아의 색을 더 예쁘게 만들기 위해 사람들은 색깔을 내는 gene을 transgene의 형로 더 넣어줌. 그랬더니 오히려 아래와 같이 색깔이 없어져버림.

 

 

 

 

 

이 현상이 RNAi와 관련되어 있음.

 

 

 

 

위 실험 결과가 RNAi의 효과를 아주 잘 보여주고 있음.

 

 

 

위 실험에서는 C. elegans ovary에서 특정한 mRNA의 전사량을 in-situ hybridization을 통해 시각화함. 이 때 처음에는 mRNA에 상보적인 antisense RNA를 넣어주면 ds가 생성되고, ds가 생성된 mRNA의 활성이 떨어질 거라 예상함. 실제로 (c)에서와 같이 mRNA의 활성도가 떨어진 것이 확인됨.

 

그러나 놀랍게도 그냥 mRNA와 상보적인 dsRNA를 통째로 넣어봤더니 이번에는 아예 관련 mRNA의 활성이 0에 가깝게 억제됨. 이 때 dsRNA에 의해 발생하는 mRNA 활성 억제 기작을 RNA interference라고 부름.

 

 

dsRNA가 들어왔을 때 RNA interference라는 기작이 필요한 이유는, virus dsRNA, 혹은 transposon, transgene 등을 억제, 혹은 조절해야 하기 때문임.

 

 

 

RNAi의 기본적인 mechanism은 아래 그림과 같음.

 

 

 

보면 우선 dsRNA를 인식하고 Dicer가 와서 붙음. 결합한 Dicer는 dsRNA의 일부를 잘라줘서 siRNA(short interfering RNA)를 만들게 되고, 이와 함께 Dicer는 helicase activity도 있어서 잘린 조각을 single strand로 분리시켜버림. (이렇게 만들어진 single strand들이 ss-siRNA임)

 

 

 

ss-siRNA는 RISC라는 complex에 전달됨. RISC는 ss-siRNA와 상보적으로 결합 가능한 mRNA에 binding되고, 결과적으로 이 mRNA를 잘라주게 됨. (잘라주는 역할 때문에 RISC가 slicer의 activity를 가진다고 말함)

 

 

 

 

 

RNAi에 관여하는 단백질 중 중요한 것이 Argonaute임. 이 녀석 중에서도 특히 PIWI라는 domain이 있는데, PIWI는 RNase H activity를 가지고 있음. (즉, dsRNA를 인식해 RNA를 잘라주는 활성을 가짐) 이 때 PIWI가 주로 active site로 역할을 해서 siRNA와 상보적으로 결합하고 있는 mRNA를 잘라주게 됨. (위 그림에서 붉은색 실이 바로 siRNA)

 

 

 

 

 

 

위 그림에 ss-siRNA가 RISC로 전달되는 과정에 대한 묘사가 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

 

한편 이러한 현상만으로는 완전히 expression이 억제되는 현상을 설명할 수 없음. (극미량의 dsRNA만 넣어줘도 전체가 다 suppression) 실제로는 극소량의 siRNA들이 amplification되는 과정이 존재함.

 

 

 

 

이 과정에 중요하게 작용하는 효소가 RdRP(RNA-directed RNA polymerase)임.

 

 

 

과정을 간단히 살펴보자. 보면 처음에 만들어진 파란색의 siRNA가 mRNA에 붙은 후 이 녀석들이 마치 primer처럼 작용해 RdRP에 의해 다시금 dsRNA가 만들어짐. 이렇게 만들어진 dsRNA는 Dicer에 의해 인식되어서 다시 siRNA로 잘리게 되고 이 과정이 계속 반복되면서 siRNA들이 amplification됨.

 

 

 

참고로 RNAi는 histone methylation을 유발해 heterochromatization을 시키고 결과적으로 silencing을 시킬 수도 있음.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 piRNA, miRNA 등에 의해 일어날 수 있는 조절 과정에 대해 알아보자.