[생물 임용 노트]전사 - 3) 진핵세포에서의 전사 : 신장과 RNA processing, 전사 종결

RNA processing(RNA 가공)은 진핵세포에서 RNA가 핵을 나가기 전에 일어나는 변형을 말하며, 전사와 동시에 일어난다.

이런 변형에는 capping, splicing, polyadenylation을 포함한다.

 

RNA polⅡ의 CTD와 가공 단백질 결합

RNA polⅡ의 CTD(C-말단)에는 7개의 아미노산이 52번 반복되는 서열이 있고 각 반복마다 2개의 세린(ser-2, ser-5)이 존재한다. 첫 번째 반복 서열의 ser-5가 인산화 시 capping 단백질이 RNA polⅡ의 CTD에 결합한다.

전사가 진행되는 중에 CTD의 ser-2도 인산화되고 mRNA splicing 단백질이 결합한다. 이후 CTD ser-5의 탈 인산화로 3' 말단에 가공 단백질이 결합한다.

mRNA 5' - capping

약 25NT 전사 후 5'-말단에 삼인산과 GTP 분자의 결합이 형성되고 구아닌은 이어서 N-7에 메틸기가 결합한다. 추가적인 메틸기가 캡에 인전합 첫 번째 그리고 두 번째 뉴클레오타이드의 2'-OH에 첨가된다.

mRNA splicing

진핵세포의 유전자는 'intron' 이라고 불리는 비암호화 서열과 'exon'이라고 불리는 암호화 서열이 있다. splicing은 intron을 제거하고 exon을 잇는 과정이다.

splicing 서열

splicing이 일어나는 특이적 서열부위가 세 군데 존재하며, 이를 snRNP가 인식한다.

1. 5'-splice site(donor site) : intron의 5'-end
2. 3'-splice site(acceptor site) : intron 3'-end
3. branch point A : 고리가 형성되는 곳

스플라이싱 서열(노란 음영은 보존 서열)

splicing 기구

snRNA 분자와 특정 단백질이 결합되어 snRNP(U1~U6)를 형성하고, RNA 접합자와 상호작용하여 spliceosome을 형성한다. snRNA는 intron과 exon의 경계를 인식하는 역할을 한다.

기작

• mRNA splicing
  1. branchpoint A에 BBP와 보조 단백질 U2AF가 결합한다.
  2. U2 snRNP가 3'-splice site에 결합하고 U1 snRNP는 5'-splice site에 결합하며, BBP와 U2AF는 떨어진다.
  3. U4~U6 삼중 snRNP가 첨가되어 spliceosome을 형성한다.
  4. ATP가 소비되며 U1과 U4가 분리되고 복합체가 활성화된다.
  5. 5'-splice site가 절단되고 올가미 구조를 형성한다.
  6. 3'-splice site가 절단되고, 두 exon이 연결된다.
  7. 올가미가 나머지 snRNP들과 방출된다.
  8. 이후 intron은 핵 내에서 분해되고 snRNP는 재사용된다.

mRNA 스플라이싱 과정

• self splicing
  • Ⅰ형 - rRNA, 일부 핵, 미토콘드리아, 엽록체에서 이용되는 방식이며, 구아노신(GMP, GDP, GTP)이 필요하다. 구아노신의 3'-OH가 친핵체로 작용하여 5'-splice site를 절단하고 여기서 생기는 exon의 3'-OH가 3'-splice site를 공격하여 잘리고 exon은 연결된다.
  • Ⅱ형 - 곰팡이, 조류, 식물, 일부 미토콘드리아, 일부 엽록체 내부의 아데노신의 2'-OH가 친핵체로 작용하여 Ⅰ형과 같은 방식으로 일어난다.

self 스플라이싱 과정

전사 종결과 polyadenylation

3'-말단의 AATAAA 서열이 RNA polⅡ CTD의 CstF, CPSF와 결합하면 CstF에 의해 RNA 가수분해 효소들이 유도되어 mRNA 전구체가 절단된다. 이때 만일 mRNA 전구체에 5'-cap이 없으면 빠르게 분해된다.

AATAAA 서열은 PAP(poly-A-polymerase)를 유도하여 3'-말단에 80~250개의 poly-A-tail을 만들고, 신장되는 poly-A 꼬리에 poly-A 결합 단백질(PAB)이 첨가되어 결합한다.

세포질로 수송

캡 결합 단백질(CBC), RNA 방출인자, hnRNP, SR protein, poly-A 결합 단백질이 성숙한 mRNA와 정상 결합되어야 핵공 복합체에 인식되어 세포질로 이동할 수 있다.