[분자생물학] 23.3 : retrotransposon

 

 

이번 포스트에서는 retrotransposon에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에는 retrovirus replication의 과정이 나타나 있음. 일단 retrovirus의 유전체를 보면 양쪽에 LTR이 존재하며 가운데에 gag(coat protein gene), pol(reverse transcriptase gene), env(envelope protein gene)이 있음. 이 녀석의 replication 과정은 매우 독특한데, 처음에 PBS(primer binding site)로부터 5' LTR 부분이 역전사로 합성되고 난 뒤, 이렇게 해서 생긴 짧은 DNA 가닥이 다시금 반대편 LTR로 hopping되고, 그 상태로 다시금 replication이 지속됨.

 

 

 

 

위 그림에는 LTR-containing retrotransposon의 예인 Ty transposition 과정이 나타나 있음. 보면 Ty element로부터 만들어진 RNA가 번역되어 reverse transcriptase를 만들고, 이 RT에 의해서 RNA가 다시금 DNA로 역전사 된 뒤에, 이렇게 해서 만들어진 DNA가 다른 target DNA로 hopping되게 됨.

 

 

 

 

위 그림은 진핵생물의 transposon들을 나타내주고 있음. 이 중 LINE(long interspersed element), SINE(short interspersed element)의 경우 non-LTR retrotransposon에 해당하며, 최근 이 녀석들의 과활성화에 의해 genome의 항상성이 떨어져 노화 표현형이 나타날 수 있다는 연구결과가 보고되어있기도 함.

 

 

 

 

앞서 말한 것처럼 non-LTR retrotransposon의 경우 3' 말단에 poly A tail이 달려있으며, 일반적으로 크게 두 개의 gene 성분을 가짐. 위 그림 맨 위에는 L(LINE)1 element의 구성이 나타나 있는데, 보면 ORF1과 ORF2가 존재함. 이 중 특히 ORF2에 reverse transcriptase gene, endonuclease gene이 있어서, 이 RNA가 번역되면 reverse transcriptase, endonuclease가 만들어짐.

 

이후 L1 element가 target DNA 근처로 가게 되면 먼저 합성되어 있던 endonuclease에 의해서 target DNA의 일부가 끊어지게 됨. 이렇게 끊어져서 3' 말단이 노출되게 되면 결국 reverse transcriptase에 의해 L1 element를 template로 해서 3' 말단부터 역전사가 일어나게 됨. 이렇게 해서 새로 만들어진 dsDNA는 target DNA 안에 삽입되어버리게 됨.

 

 

 

 

 

위에는 이 과정을 나타낸 또 다른 그림이 첨부되어 있으므로 참고할 것.

 

 

 

한편 SINE의 일종인 Alu element의 경우 L1과는 조금 다르게 작동함.

 

 

 

 

위 그림에 Alu element의 작동 방식이 나타나 있음. 일단 이 녀석은 ribosomal RNA의 일종인 7SL과 너무나 비슷한 형태의 RNA element여서 ribosome이 만들어질 때 Alu element가 끼어들어갈 수 있음. 한편 Alu element는 내부에 reverse transcriptase gene등이 없어서 독자적으로는 자신의 유전체를 복제할 수 없음. 이 때문에 이 녀석은 ribosome 내부에서 때를 기다리다가, 마침 L1 mRNA, 그 중에서도 ORF2 부분의 번역에 의해서 reverse transcriptase가 만들어지게 되면 이 RT activity를 hijacking해서 자신의 유전체를 복제하게 됨. (즉, ORF2로부터 RT가 만들어지기만을 기다리고 있기 위해서 ribosome 내에 포함되어 기다리고 있을 수 있게끔 진화된 것) 이 때문에 이 녀석을 hyperparasite라고 하는데, 그 이유는 L1도 parasite인데 이 L1의 activity를 다시금 hijacking하기 때문임.

 

 

 

 

이제 마지막으로 group II intron의 retrohoming 과정에 대해 알아보자. retrohoming의 대략적인 과정이 위 그림에 나타나 있음. 보면 group II intron의 self-splicing에 의해서 만들어진 lariat intron이 somehow 다시 reverse splicing에 의해 다른 target DNA로 돌아갈 수도 있음. 이렇게 되면 reverse transcriptase에 의해서 다시 삽입된 lariat intron 부분에 대한 dsDNA 서열이 형성되게 됨.