놀면서 공부하기

이전 포스트까지는 원핵생물이 operon이라는 system을 이용해서 제한적인 숫자의 gene transcription을 조절하는 것을 보았음. 이번 포스트부터는 원핵생물에서 일어나는 보다 큰 규모의 유전자 발현 조절 기작들에 대해 알아보자. 크게 아래와 같은 3가지 메커니즘이 대표적임. 1) sigma factor switching 2) RNA polymerase switching 3) antitermination 이 중에서 이번 포스트에서는 특별히 sigma factor switching에 대해 알아보자. sigma factor switching은 일반적으로 bacteria에 phage가 infection되는 경우 일어나며, 이 때 침입한 phage의 gene이 temporal하게 발현하므로 이 과정..

이번 포스트에서는 trp operon(트립토판 오페론)에 대해 알아보자. E. coli가 가지는 trp operon에는 tryptophan이라는 amino acid를 만들어내는 효소들이 encoding되어있는 gene들이 포함되어 있음. 이 때 앞서와는 달리 trp operon 내의 gene들이 encoding하는 protein들은 anabolic enzyme들임. 그렇기에 이 operon은 tryptophan이 부족할 때 turn-on됨. (앞서 lac operon의 경우 lactose가 많을 때 turn-on되는 것과 대조적) trp operon에는 총 trpE, D, C, B, A로 불리는 다섯 종류의 gene들이 포함되어 있으며 이들에 의해 발현되는 단백질들 모두 tryptophan synthes..

이번 포스트에서는 ara operon(arabinose operon)에 대해 알아보도록 하자. E. coli의 ara operon은 sugar arabinose를 metabolize하는 enzyme들을 encode하고 있음. (따라서 arabinose를 써야 할 때 이 operon이 turn-on됨) 이 operon도 lac operon과 마찬가지로 catabolite-repressible operon에 해당함. 이 경우 앞서보다 조금 더 복잡한데, 차근차근 알아보자. 일단 ara operon에 존재하는 operator는 araO1, araO2의 두 종류임. 뒤이어 더 자세히 살펴보겠지만 araO1은 araC라는 gene의 전사 조절에 관여하며 araO2는 PBAD라는 promoter로부터 꽤나 먼 up..

이번 포스트에서는 glucose 유무에 따른 lac operon 조절 기작에 대해 알아보자. glucose가 있을 때는 glucose로부터 유래되는 byproduct(breakdown product)에 의해 lac operon에 대한 catabolite repression이 일어날 수도 있음. lac operon의 positive control에는 아래 그림에서 나타나 있는 것과 같은 cyclic-AMP가 매우 중요하게 작용함. 이 cAMP는 glucose의 농도가 감소할 시 농도가 증가하게 됨. (따라서 glucose의 농도가 높을 때는 cAMP의 농도가 적어서 positive control이 제대로 일어나지 않을 것이고 그 결과 operon의 전사가 제대로 일어나지 않을 것임) cAMP와 함께 pos..

이번 포스트에서는 lac operon과 관련된 분자생물학적인 실험결과들에 대해 조금 더 알아보자. 우리가 지금까지 계속 당연하게 생각해왔던 사실 중 하나가 repressor와 operator가 결합한다는 것임. 그러나 처음에 과학자들은 이 사실을 몰랐었을 것임. 그렇다면 어떤 실험을 통해 repressor-operator의 interaction에 대해 알게 되었을까. 위 그림에 나타난 graph는 nitrocellulose filter binding assay의 결과임. 우선 왼쪽 graph부터 살펴보자. (참고로 이 때 IPTG는 인공적으로 합성한 화합물이며 lac operon에서 inducer로 작용할 수 있음) IPTG가 없는 조건에서는 repressor의 농도를 높여줄수록 repressor와 op..

이번 포스트에서는 lac operon의 발견 과정에서 활발히 이루어진 mutant 연구들에 대해 조금 더 알아보도록 하자. constitutive mutant(inducer가 없이도 늘 gene이 turn-on)나 각종 merodiploid(or partial diploid) mutant(한 가닥은 정상, 나머지 한 가닥은 mutant)의 표현형을 관찰하는 것이 operon 발견까지의 주요 실험기법이라 할 수 있음. (더불어 merodiploid를 사용할 경우 특정 mutation이 dominant(우성)한지 recessive(열성)한지를 알 수 있음) 한편 여기서 중요한 개념이 등장하는데, 바로 trans-acting gene과 cis-acting gene임. trans-acting gene의 경우 만..

이번 포스트부터는 lac operon(젖당 오페론)에 대해 알아보자. lac operon은 operon 중 처음으로 발견된 종류에 해당함. 일반적으로 operon이라는 개념은 원핵생물에게서만 존재하는 개념으로, 하나의 promoter에 의해 여러 gene들이 하나의 mRNA로 전사된 후, 각각의 gene으로부터 유래한 mRNA의 서열들이 서로 독립적으로 ribosome과 결합해 발현하게 되는 방식임. (이러한 원핵생물의 특성을 polycistronic하다고 표현함) E.coli가 가지고 있는 lac operon에는 3가지 gene이 포함되어 있는데, lacY, lacZ, lacA가 그것임. lacY는 galactoside permease를 encoding하고 있으며 lactose를 cell 내부로 tra..

이번 포스트에서는 원핵생물에서의 transcription termination(전사 종결) 과정에 대해 알아보자. 전사의 종결은 terminator(종결자)에 의해 일어남. terminator에는 크게 두 가지 종류가 있는데, 하나는 intrinsic terminator이며, 다른 하나는 rho-dependent terminator임. 하나하나 살펴보자. 1. rho-independent termination rho-independent termination은 intrinsic termination이라고도 부르며, 이 termination에는 특별히 다른 factor가 필요하지는 않지만 inverted repeat과 T-rich region(in nontemplate strand)이 있어야 함. 우선 i..

이번 포스트에서는 원핵 생물에서 일어나는 transcription elongation 과정에 대해 알아보자. elongation이 일어날 때는 core polymerase가 중요한 역할을 하는데, 그 중에서도 beta, beta' subunit이 phosphodiester bond를 형성하는 데 있어 매우 중요한 역할을 함. 진핵생물이 가지고 있는 RNA polymerase에 비해 원핵생물이 가지고 있는 RNA polymerase는 종류도 많지 않고, subunit 하나하나를 purify한 다음 이들을 다시 in vitro 하에서 reconstitute하는 것도 가능함. 실제 예시를 하나 살펴보자. 위 그림은 이전 포스트에서 살펴본 Rifampicin에 대해 저항성을 가지는 종이 사용하는 RNA poly..

이번 포스트에서는 core enzyme의 일부인 alpha subunit이 하는 역할을 알아보자. 이 subunit은 결론적으로 앞서 살펴봤던 UP element를 인식하게 됨. 그렇다면 이는 어떻게 밝혀진 것일까. 이 때 rrnB P1 line에 transcript가 정렬되게끔 setting되어 있는 것이므로 그 line에서의 band 굵기를 살펴보는 것을 통해 transcription이 잘 일어났는지의 여부를 확인 가능함. 한편 이 때 첫 번째 set의 전기영동 결과는 wild-type RNA polymerase를 사용한 것이고 두 번째 set의 전기영동 결과는 alpha-235 polymerase(alpha subunit C terminal에 94개 amino acid가 결실된 상태)를 사용한 것임..