[유전학] 8.4 : post-transcriptional control

 

 

이번 포스트에서는 전사 이후(post-transcriptional)에 일어나는 조절 과정들에 대해 알아보자.

 

 

 

alternative splicing (대체 스플라이싱)

 

 

 

위 그림은 alternative splicing의 과정을 보여주고 있음. 보면 splicing이 되는 과정에서 위와 같이 intron으로 인식되어 잘려나가는 부위가 다양할 수 있고, 그 결과 만들어지는 mature mRNA도 달라질 수 있음. 이런 기작에 의해 한 gene으로부터 여러 protein들이 만들어질 수 있음. (실제로 exon 수가 많으면 많을수록 더 다양한 protein을 생성해내는 것이 가능할 것임)

 

 

 

 

 

 

alternative splicing과 관련한 대표적인 예 중 하나가 바로 위 그림에 묘사되어 있는 fly의 Dscam gene임. 이 경우 하나의 gene으로부터 38,016개의 다른 protein이 생성되는 것이 가능함. 이들 protein들은 아마도 fly의 신경세포들 각각에 대한 일종의 address를 나타내주는 역할을 하지 않을까 생각되고 있음.

 

 

 

 

RNAi (RNA interference, RNA 간섭)

 

다음으로 RNA interference(RNAi)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

RNA interference는 C. elegans에서 처음 관찰되었으며, 그 중에서도 배아세포가 처음 이배체로 분열할 때 매우 중요하게 작용하는 par-1 gene과 관련된 RNAi가 처음 관찰됨.

 

 

par-1 gene에 의한 배아세포의 첫 분열을 block하기 위해서는 다양한 방법이 시도될 수 있음. 하나의 방법은 gene 자체를 제거하는 것이고, 또 다른 방법은 protein을 제거하는 것임. 그리고 3번째 방법이 mRNA를 제거하는 것임. 그러나 mRNA를 직접 찾아내서 깨부수는 것은 거의 불가능할 것임.

 

 

 

이에 당시 사람들은 par-1 mRNA에 상보적으로 결합 가능한 mRNA(antisense par-1)를 넣음. 그랬더니 실제로 분열이 진행되지 않음. 그런데 이상한것은 antisense 서열 뿐 아니라 sense 서열을 넣어준 경우에도 분열이 진행되지 않았고, 심지어 antisense-sense의 ds(double strand, 이중가닥)로 이루어진 dsRNA를 넣을 시 가장 강력하게 분열이 억제됨.

 

 

 

 

 

실제로 이러한 현상은 위와 같이 GFP reporter assay를 사용해 확인할 수 있음. 보면 근세포 핵을 GFP를 이용해 labeling하고, 이후 GFP RNA와 상보적인 서열, 혹은 동일한 서열, 혹은 이 둘이 합쳐진 dsRNA를 넣었을 때 색이 어떻게 변하는지를 확인해봄.

 

그랬더니 dsRNA를 넣어줬을 경우 위 그림 e에서 나타난 바와 같이 가장 silencing이 많이 이루어졌음을 확인할 수 있음.

 

 

 

실제로는 한 가닥만을 넣어줘도 두 가닥의 형태로 붙은 후, dsRNA가 상보적으로 결합 가능한 mRNA를 깨부수는 식으로 RNAi가 일어남. 이러한 RNAi 현상을 통해 RNA도 gene expression에 직접적으로 관여할 수 있음을 알게 됨.

 

 

 

 

miRNA (microRNA)

 

다음으로 microRNA(miRNA)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

miRNA는 C. elegans의 몸길이 mutant에서 처음 발견됨.

 

 

 

위 그림에 나타나 있는 것 중 lin-14는 실제로 단백질을 encoding하며 lin-4는 단백질을 encoding하지 않음. 대신 lin-4는 small non-coding RNA를 encoding하고 있음. (이를 microRNA라 명명함)

 

 

 

 

 

실제로는 위 그림에서도 표현되어 있는 것처럼 lin-14 mRNA의 특정 부분에 lin-4 RNA가 가서 붙으면 lin-14 mRNA의 안정성이 떨어지게 되고 결국 lin-14 mRNA가 분해되는 식으로 작동함.

 

 

 

 

 

위 그림은 miRNA가 만들어지는 과정이 나타나 있으므로 참고할 것. 이 때 miRNA, siRNA의 형성에 DICER가 모두 관여하게 됨.

 

 

 

실제로 사람의 경우 700개 이상의 miRNA가 있으며 1/3 가량의 human gene expression regulation에 miRNA가 관여하는 것으로 알려져 있음. 다만 DICER mutant mice의 경우 생각보다 잘 살아남는 것을 봐서 miRNA에 의한 조절이 critical한 것은 아닐지도 모른다고 보는 학자들도 있음.

 

 

 

RNAi, miRNA 등에 의한 조절은 transcription level에서의 regulation을 override할 정도는 아니지만 꽤 중요한 regulation mechanism 중 하나임.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 행동유전학 (behavioral genetics)에 대해 알아보자.