I. Overview of Transcription
- 모든 유전자가 전사되지는 않는다
- RNA의 합성방향은 5' to 3'이다.
- 전사의 방향은 Promotor에서 Terminator 방향으로 일어남
■ Promotor
- RNA 중합효소가 붙어 전사를 시작하는 곳
- Promotor 영역자체는 전사되지 않는다
- 진핵생물의 경우 CAAT box, TATA box
- 원핵생물의 경우 TATA box
■ RNA의 종류
- mRNA
- rRNA : RNA 중에 가장 많음.
- tRNA
- snRNA(small nuclear)
II. Prokaryotic Transcription | 원핵생물전사과정과 그 특징
■ 원핵생물의 전사과정
- TATA box로 이루어진 프로모터영역에 RNA 중합효소(α2ββ)가 붙어 전사과정이 일어난다.
- UTG(untranslated region) 영역은 전사는 이루어지나, 번역은 이루어지지 않는 영역
- 이후 mRNA의 5' UTG에 존재하는 Shine-Dalgarno sequence는 원핵생물의 16S RNA(30S subunit)와 결합하여 번역을 개시하는 염기서열
- 3' UTG 영역에 3' stem loop 구조는 전사종료시점을 알려주는 영역이다. (transcription termination)
■ 원핵생물 전사의 주요 특징
1) Polycistronic
아래 하단 그림을 보면 각각 유전자마다 Shine-Dalgarno sequence가 존재함을 알 수 있다. 원핵세포에서는 하나의 mRNA에서 여러 유전자가 coding 되어 있을 수 있다. 각각 유전자가 독립적으로 번역될 수 있다.
2) Intron 없음
원핵생물에서는 coding 영역 사이 단백질로 번역되지 않는 영역인 Intron(인트론)이 존재하지 않는다. 진핵생물은 Intron을 갖고 있다.
3) Trancription & Translation are coupled
세포핵이 없는 원핵생물의 특성으로, 전사와 번역과정이 거의 동시에 일어난다.
III. Eukaryotic Transcription | 진핵생물 전사과정과 그 특징
■ 진핵생물 전사과정
- 프로모터에 RNA polymerase II가 붙어 RNA 전사과정이 일어난다.
- DNA 주형가닥으로 막 전사가 끝난 RNA를 hnRNA라 한다.
- hnRNA가 완전한 mRNA가 되기 위해서는 RNA processing 과정이 필요하다.
▶ RNA processing in Eukaryotic cell
1) Capping of 5' end
- 5' 끝단에 7-methylguanosine cap이 일어난다.
- mRNA를 보호하고 구분하기 위해 모자를 씌우는 과정이다.
- Cotranscriptonal (전사와 동시에 진행)
2) Splicing out of introns
- Exon과 Exon사이 번역되지 않는 영역인 intron을 제거하는 과정이다.
- Splicesome이 이용된다. (splicesome = snRNP + snRNA)
- Intron은 주로 GU로 시작하고 AG로 끝나는 염기서열
- 주로 Post-transcriptional (전사 후 과정)
※ Floppy baby syndrome
- 양측성 근위약, 저 긴장증
- snRNP 관련 유전자 결함으로 인해 비정상적인 splicing으로 인해 비정상적 mRNA 생산으로 인해 발생함.
3) Polyadneylation of 3'
- 3' 끝단에 많은 수의 아데닌 꼬리를 달아주는 과정이다.
- mRNA를 보호하고, 번역과정을 위해 mRNA가 세포질로 잘 이동할 수 있도록 한다.
- Post-transcriptional (전사 후 과정)
■ 진핵생물 전사의 특징
1) 각 유전자마다 하나의 프로모터가 존재한다.
- No polycistronic (원핵생물과 반대되는 특성)
2) RNA의 성숙과정이 필요하다. (Capping, Splicing, Polyadenylation)
3) 전사과정과 번역과정이 별개이다 (no coupling)
- 원핵생물과 달리 핵에서 전사과정이 일어나고, mRNA가 세포질로 이동한 후 번역과정이 일어나기 때문이다.
■ Altenative splicing
- 진핵생물에서 하나의 hnRNA에서 다양한 종류의 단백질을 생산할 수 있게 하는 과정
- Ex.1 transmembrande vs secreted Ig (소수성인지 친수성인지에 따라 다름)
- Ex.2 Tropomyosin variants in muscle
- Ex.3 Dopamine receptors in the brain
IV. 진핵생물과 원핵생물의 전사과정 비교 및 총정리
| 원핵생물 | 진핵생물 | |
| mRNA 합성 | 주형 가닥은 3' to 5' 방향으로 읽음 RNA 합성은 5' to 3' 방향으로 일어남 전사는 Promotor +1 염기부터 시작됨 |
|
| (hn)RNA 의 가공과정 | 없음 | 1) 5' cap 2) 3' poly A tail 3) removal of introns form hnRNA (alternative splicing) |
| 리보솜 | 30S + 50S = 70S | 40S + 60S = 80S |
| tRNA | 클로버 형태의 구조 CCA arm : Aminoacid 접함 anticodon arm : mRNA와 상보적 |
|
| Gene region | - Polycistronic - Gene are continuous region - Gene 사이 very little spacer |
- Monocistronic - Gene은 액손과 인트론구성(discon't) - Gene 사이 large spacer(non-coding) |
| RNA 중합효소 | α2ββ tetramer | RNA pol I - rRNA RNA pol II - mRNA snRNA RNA pol III - tRNA 5S rRNA |
| 전사 시작 | - promotor(-10) and TATA box - sigma factor initation |
- promotor(-10) TATA&CAAT - Transcription factors(TFIID)와 promotor가 결합함 |
| 전사 종결 | 3' stem loop + Rho factor | 모름 |
V. 전사과정과 관련된 임상상황 | Clinical application
■ Rifampin
- 원핵생물 RNA 중합효소를 경쟁적으로 저해하는 항생제
- tuberculosis 치료 (피라진아마이드, 이소니아지드, 에탐부톨 그리고 리팜핀)
■ alpha-amantin
- Amantia phalloides라는 버섯에서 발견되는 독소
- 사람의 Transcription factor 얀 TFIID에 결합하여 RNA 전사를 억제한다.
■ alternative splicing
- Dopamine receptor, 면역글로불린등 다양한 형태가 필요한 단백질을 alternative splicing 과정을 통해 하나의 hnRNA에서 얻을 수 있음.