[생물 임용 노트]전사 - 2) 세균에서 RNA 전사 : RNA polymerase, σ factor

RNA polymerase

• 구조 : holo enzyme = Core enzyme(α₂ββ 'ω) + σ 인자(σ factor)
• 기능 및 활성
  • polymerase : ATP, GTP, CTP, UTP를 이용하여 5' → 3'으로 합성한다.
  • proofreading : 활성을 가지지만 매우 낮아 높은 오류를 일으킨다. 오류율이 10^-4 ~ 10^-5 정도이다.
  • helicase : DNA를 따라 이동하며 풀 수 있다.
• 리팜피신 감수성 : 리팜피신은 중합효소의 β 소단위체에 결합하여 전사를 저해한다. 정확히 말하면 중합 효소의 프로모터 탈출 단계를 저해하는 역할을 한다.

σ factor(sigma factor)

σ인자는 RNA pol에 일시적으로 결합하여 RNA pol을 DNA상의 특정 전사 개시 영역으로 향하게 하여 전사를 개시시킨 후 RNA pol로부터 분리된다.

→ RNA pol의 프로모터에 대한 특이적 친화력을 형성한다.

σ factor 기능 증명 실험 1

1. σ인자를 포함하는 holo enzyme을 T7 DNA에 결합

2. σ인자가 없는  core enzyme을 T7 DNA에 결합

→ 반응 시간이 지남에 따라 core enzyme이 더 빠르게 T7 DNA에서 분리됨

 

" σ인자는 DNA와 RNA pol 사이의 친화력을 증가시킨다."

 

σ factor 기능 증명 실험 2

1. core enzyme - DNA 두 가닥을 모두 주형으로 이용하여 전사를 개시

2. holo enzyme - DNA 두 가닥 중 한 가닥만 주형으로 전사를 개시

 

시험관에서 T₄ DNA를 holo enzyme과 core enzyme으로 각각 전사 후 방사성 동위원소로 표지 → 표지 된 RNA를 변성 T₄ DNA와 혼성화 → 혼성화 저해를 위해 방서성 동위원소로 표지 되지 않은 RNA를 첨가하여 혼성화율을 측정

 

초기 유전자 RNA(1분), 중기 유전자 RNA(5분), 후기 유전자(17분)로 나누어 혼성화를 시켰을 때,

core enzyme은 3가지 RNA에 의해 모두 저해됨

holo enzyme은 초기 유전자 RNA에 의해 가장 크게 저해됨

→ core enzyme은 DNA에 무작위로 결합하여 전사가 진행되지만, holo enzyme은 초기 유전자의 특이적 지역에 결합한다.

 

" σ인자는 RNA pol의 전사 특이성을 결정한다."

 

σ factor 기능 증명 실험 3

[γ-³²P] ATP와 [γ-³²P] GTP와 같이 core enzyme이 함께 포함된 전사 체계에서 σ인자의 농도가 증가할수록 방사능 세기가 증가한다.

→ [γ-³²P] ATP가 [γ-³²P] GTP 보다 더 강하다( 전사 부위에 아데닌을 많이 포함하고 있다.

 

" σ인자에 의해 전사 개시가 증가되었다."

 

σ factor 기능 증명 실험 4

낮은 이온 농도에서 T4 DNA를 주형으로 holo enzyme을 통해 전사 수행 시, 신장 종료 후에도 RNA pol은 주형 DNA에서 분리되지 않는다. 여기에 리팜피신 내성 core enzyme 처리 시 전사 개시가 크게 증가한다. 

 

" σ인자는 재사용되며, 리팜피신에 대한 감수성이 없다."