[분자생물학] 20.2 : DNA 복제 종결

 

 

이번 포스트에서는 DNA 복제 종결 과정에 대해 알아보도록 하자.

 

 

bacteria에서의 DNA 복제 종결

 

 

 

bacteria의 경우 위 그림과 같이 oriC 반대편에 Ter라고 하는 termination sequence가 위치하고 있음. (cis element의 일종) 그리고 Ter과 결합 가능한 Tus라는 녀석이 존재해 결과적으로 이들이 roadblock 역할을 수행함. (즉, 더이상 replication이 일어나지 못하도록 물리적으로 막아줌)

 

 

한편 원핵생물의 경우 위 그림과 같이 DNA가 원형으로 이루어져 있으므로 replication이 완료되면 두 circular DNA가 꼬여있는 모양새일것임. 따라서 이들을 다시 분리해줘야 하는데, 이 때 type 4 topoisomerase가 사용됨.

 

 

eukaryote에서의 DNA 복제 종결

 

 

 

 

 

eukaryote의 경우에는 위 그림과 같이 linear한 DNA 구조를 가지고 있으므로 필연적으로 5' 부분의 primer 일부가 exonuclease 활성에 의해 분해되고 나면 그 부분을 다시 메꾸기가 힘듦. 그래서 형성되는 구조가 바로 telomere임. telomere는 길이가 한정되어 있으므로 결국 세포분열을 거듭하다 보면 너무 짧아져 버릴 수 있음. 이 때 telomere를 신장시켜주는 역할을 하는 녀석이 바로 telomerase임.

 

 

 

한편 telomere는 위 그림 오른쪽 아래와 같이 t-loop 구조를 이루고 있음. 일단 ssDNA로 이루어진 3' overhang 부분이 중간부의 DNA에 삽입되게 되고, 그 결과 삽입된 overhang 부분에 의해 D-loop가, 그리고 전체적인 telomere 구조를 봤을 때는 t-loop가 형성됨. 이 때 t-loop 구조를 안정화하기 위해서는 Shelterin이라는 단백질이 필요함.

 

 

 

 

처음에는 위 그림 왼쪽 아래와 같이 polymerase 그 자체의 부피 때문에 결국 시작부위, 끝 부위가 합성마다 조금씩 짧아진다는 생각을 바탕으로 telomere의 존재를 예견함. (지금와서 보면 결과는 맞지만 원인은 틀린 이야기임)

 

 

 

 

이후 tetrahymena에서 rRNA를 encoding하는 DNA의 말단부에 CCCCAA 단위로 계속 반복되는 repeat이 있다는 것이 발견되었고, 이후 yeast에서 telomere가 확실히 발견되기도 함. 이러한 업적을 바탕으로 위 그림 오른쪽 아래에 나와 있는 세 분의 과학자들이 2009년에 노벨생리의학상을 받음. (telomere sequence, 구조 발견에 대한 업적)

 

 

 

 

한편 이후 telomerase에 대한 발견도 이루어짐.

 

 

 

 

 

위와 같은 순차적인 발견에 의해 결국 telomerase를 이루는 RNA 성분인 TERC, protein 성분인 TERT에 대해 많은 것을 알게 됨. 특히 TERC의 경우 telomerase에 의한 telomere 신장에서 template 역할을 수행함. 따라서 TERC를 바꿀 시 합성되는 telomere의 sequence도 달라짐.

 

 

 

 

 

위 실험은 특히 TERC의 sequence가 얼마나 telomere 신장에 중요한지를 보여주고 있음.

 

 

이 때 cold-dNT는 labeling을 수행하지 않은 nucleotide를 말하며, 32P로 labeling한 dNT는 hot-dNT로 생각 가능함.

 

 

 

실험 concept은 간단한데, TTGGGG oligomer와 함께 telomerase를 포함한 extract를 넣어준 후 특정 종류의 labeled nucleotide만 넣어줘서 telomere의 신장이 일어나는지를 확인하는 것임. 그 결과 G를 넣어줬을 때, 혹은 T, G를 넣어줬을 때 매우 유의미하게 신장이 일어나는 것을 암시하는 band가 관찰됨. 이런 결과가 나온 이유는 telomerase의 template 자체가 CCAAAA이므로 결국 이에 상보적인 T, G가 많을 때 telomere 합성이 많이 일어나기 때문임.

 

 

 

 

 

한편 위 실험에서는 위 그림 오른쪽에 나타나 있는 것처럼 다양한 종류의 TERC가 만들어질 수 있도록 조작한 prTER을 사용해서 여러 종류의 telomerase를 만들어줌. 한편 이렇게 만들어진 TERC와 특정 oligo probe간의 결합을 본 것이 위 그림 왼쪽 결과임. 이 때 oligomer로는 TTGGG repeat, GGGGGTT repeat, GGGGTC repeat, GAGGTT repeat이 사용됨. (이 때 5'→3' 순서) 결과를 보면 당연히 TTGGGG repeat에는 원래 TERC인 AACCCC가 잘 붙을 것이고, 그 밖에 AACCCCC와 같이 중간에 C가 하나 더 들어간 경우에도 나름대로 잘 붙어 band가 나옴. 한편 AACCTC의 경우에는 중간의 T에 의해 결국 band가 나오지 않음. 나머지 결과도 직관적으로 이해할 수 있을 것으로 생각됨. 하나만 예를 들어 설명하자면 GGGGGTT oligomer의 경우에는 당연히 AACCCCC와만 잘 결합할 것이므로 그곳에만 band가 생김. 나머지 결과도 거의 동일하게 이해 가능함.

 

 

 

한편 TERC의 서열을 5'-CGACCCCAA-3'로 바꿔준 경우에 합성되는 telomere의 서열을 조사해본 결과 위 그림 오른쪽 중간과 같았음. 이를 통해서 TERC 서열에 따라서 telomere의 합성 서열이 dependent하게 달라진다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

 

 

위 그림에 telomerase를 이루는 TERC, TERT가 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

 

 

 

위 그림의 오른쪽에는 telomerase의 모습이 나타나 있음. 한편 위 그림에서 분홍색으로 표시된 complex는 Shelterin이라는 녀석인데, 이 녀석은 telomere를 보호해주는 역할을 수행함.

 

 

 

다음 포스트부터는 telomere와 telomerase의 작용에 대해 조금 더 상세하게 알아보자.