[TRE 시스템] 1편 : TRE promoter 시스템 - Tet-on, Tet-off
유전자 발현을 조절하는 도구는 분자생물학에서 정말 중요한 기술이에요.
그중에서도 TRE(Tetracycline Response Element) promoter 시스템은 유도성 유전자 발현(inducible expression)을 정밀하게 조절할 수 있다는 점에서 널리 사용되고 있죠. 특히 Tet 시스템은 원하는 시점에, 원하는 세포에서만 유전자를 켜거나 끌 수 있어서 기능 분석이나 질병 모델 연구에서 큰 도움이 돼요.
TRE 시스템은 원래 테트라사이클린 항생제에 반응하는 조절 시스템에서 유래됐어요. 즉, 테트라사이클린이나 그 유사체인 독시사이클린(Doxycycline)을 이용해 유전자 발현을 조절하는 구조인데요, 이 구조의 핵심은 두 가지 요소예요. 하나는 TRE가 포함된 promoter, 또 하나는 테트라사이클린에 반응하는 전사인자(tTA 혹은 rtTA)랍니다.
Tet-Off 시스템이란?
먼저 Tet-Off 시스템부터 살펴볼게요. Tet-Off 시스템에서는 ‘tTA’라는 전사인자가 TRE 서열에 결합해서 유전자의 발현을 유도해요.
그런데 이 전사인자는 테트라사이클린(혹은 독시사이클린)이 있을 때는 TRE에서 떨어져 버려요. 즉, 약물이 없는 상태에서 유전자가 발현되고, 약물을 넣으면 발현이 꺼지는 시스템인 거죠. 그래서 이걸 'off'라고 부르는 거예요. 간단히 말하면 "약물이 있으면 발현이 꺼진다"라고 기억하시면 쉬워요.
Tet-On 시스템은 반대로 작동해요
Tet-On 시스템은 이름처럼 약물이 있어야 유전자가 발현돼요. 여기서는 rtTA(reverse tTA)라는 전사인자가 쓰이는데, 이 전사인자는 약물이 있어야 TRE에 잘 붙어서 유전자를 켤 수 있어요. 그래서 독시사이클린을 처리하면 발현이 시작되고, 약물을 빼면 유전자가 꺼지죠. 이 시스템은 특히 시점 조절이 중요할 때 유용해요. 예를 들어 어떤 유전자가 세포에 독성을 줄 수 있다면, 실험자가 원하는 시점에만 유전자가 발현되도록 하는 거죠.
TRE 시스템이 인기 있는 이유
TRE 시스템은 다양한 장점 때문에 연구자들 사이에서 사랑받고 있어요. 그중 하나는 ‘시간적 제어’가 가능하다는 점이에요. 일반적인 constitutive promoter는 유전자를 계속 발현시키지만, TRE는 약물로 on/off를 조절할 수 있으니까 훨씬 유연하죠. 또 하나는 ‘공간적 제어’예요. 조직 특이적 promoter를 사용해서 rtTA나 tTA를 제한된 조직에서만 발현시키면, 특정 조직에서만 유전자가 켜지거나 꺼지는 방식으로 응용할 수 있어요.
게다가 TRE promoter는 여러 형광단백질, 효소, 질병 관련 유전자 등과 함께 클로닝되어 매우 다양한 실험 설계에 활용돼요. 이 시스템은 AAV, 렌티바이러스 벡터, 또는 안정한 세포주 제작에도 잘 적용되고 있어서 유전자 발현을 원하는 시점과 위치에서 조절하는 데 매우 유용한 도구예요.
다음 편에서는 TRE 시스템의 세대별 진화, 즉 1세대 Tet-Off, 2세대 Tet-On, 그리고 3세대의 고성능 Tet-On 시스템까지 각각 어떤 차이점이 있는지를 자세히 설명해드릴게요.