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mRNA
mRNA는 messenger RNA의 약어로 단백질을 합성하기 위한 정보를 DNA로부터 리보솜에 전달하는 역할을 하기 때문에 전령RNA라고도 한다. mRNA는 RNA 분자가 화학적으로 암호화된 단백질을 생산하는데 있어서 '설계도'와 같은 역할을 한다.[1]
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[숨기기]개요[편집]
mRNA는 DNA 원형으로부터 전사되고, 유전정보에 암호(코돈)를 부여하여 단백질 합성이 일어나는 장소인 리보솜으로 운반해준다. 이 핵산 중합체는 단백질 중합체 내부의 아미노산을 번역한다. DNA와 같이 mRNA에서, 유전정보가 뉴클레오타이드의 배열을 결정하는데 있어 코돈의 정렬이 각각 세가지의 염기(화학)로 구성되어 있다. 종결 코돈을 제외(종결 코돈은 염기서열이 UAA, UAG, UGA로 다른 코돈들과 달리, 특정한 아미노산을 암호화하지 않아 단백질 합성이 종결될 수 있다.)한 각각의 코돈이 특정한 아미노산을 암호화하고, 단백질 합성을 끝마친다. 이러한 과정은 두 종류의 RNA가 필요하다. 운반 RNA(tRNA)와 리보솜 RNA(rRNA)가 있는데 운반 RNA는 mRNA의 염기로 구성된 코돈을 정확하게 인식하고 특이적인 아미노산을 운반해야하는 tRNA의 구조 중에서 각 tRNA의 안티코돈은 mRNA에 존재하는 코돈과 상보적인 염기로 결합하여 인식한 후 아미노산 결합부위 말단에 특이적으로 결합된 아미노산을 리보솜에게 공급된다. 리보솜 RNA(rRNA)는 리보솜을 구성하는 단백질과 rRNA의 성분이며, 리보솜은 진핵 세포인 경우 인(Nucleolus)에서 전사된 rRNA와 즉각적으로 리보솜 구성 단백질과 조립되어 rRNA를 안정화시킬 수 있어 효율적이다. mRNA는 그 주형이 된 DNA와 상보적인 서열을 가지고 있으며, 다만 T염기 대신 U염기가 들어가 있다. mRNA의 3개 염기서열이 한 개의 코돈(codon)을 이루며, 이 한 개의 코돈이 한 개의 아미노산 분자를 지정함으로써 단백질 합성이 이루어진다. 원핵세포와 진핵세포는 단백질 합성 기작이 조금 다르기 때문에 그 주형인 mRNA의 형태 역시 약간 다르나 그 기본적인 역할은 같다.[2]
전사 과정[편집]
생물의 유전정보는 바이러스 등의 예외를 제외하면 DNA에 저장된다. 한편 생물의 성육과 생명 유지에 있어 중심적인 역할을 하고 있는 것은 단백질이지만 DNA에서 단백질으로의 유전정보의 변환은 소위 중앙원리(central dogma):DNARNA단백질로 표시되는 바와 같이 RNA를 매개로해서 일어난다. 이 유전정보를 단백질에 변환하는 기능을 맡고 있는 것이 mRNA라는 RNA이며 그 밖의 기능을 가진 rRNA, tRNA, snRNA와 구별된다. mRNA는 원핵세포에서는 DNA 상의 프로모터를 식별해서 결합하는 RNA 중합효소에 의해 오페론 단위로 전사한다.
원핵생물의 mRNA는 종류에 따라서는 폴리시스트로닉(다낭성) mRNA(하나의 mRNA 내에 복수개의 단백질을 코드하는)로서 전사한다. 한편 진핵세포의 세포에서도 프로모터 영역의 DNA 염기배양을 RNA 중합효소Ⅱ가 식별하는 것은 같으나 프로모터를 구성하는 요소의 종류는 많고 복잡하다. TATA Box 이외에도 CCAAT motif, GC motif 등의 조합으로 구성되는 프로모터에서의 전사는 또한 유전자의 근처에 배치되는 인헨서나 사이렌서라는 DNA배열에 의한 제어를 받아, 세포분화나 세포의 기능에 관계한 유전자의 특이적 발현이 일어난다.
전사된 mRNA는 원핵세포에서는 그대로 전사의 종료를 기다리지 않고 리보소옴이 Shine-Dalgarno 염기배열(SD배열)을 인식하여 결합하고 tRNA의 작용 등을 통하여 단백질으로의 번역을 하게 된다. 진핵세포에서는 mRNA의 5′측에는 모자구조가 부가되고 mRNA 전구체에서 개재배열부분이 스플리싱에 의해 제거되어 구조배열 부분만이 연결된 형태가 되며 더욱이 3’말단에 폴리(A)n 가 부가된 후에는 성숙 mRNA으로서 핵 내에서 세포질로 이행한다. 여기서 비로소 리보소옴이 결합하여 단백질합성이 개시하게 된다.
원핵세포에서의 mRNA의 수명은 짧아 수분내지 수십 분으로 보고 있다. 또, 세포의 분열에 소요되는 시간도 짧으므로 단백질량의 조절은 주로 mRNA의 전사수준에서 일어난다. 그러나 진핵세포의 분열시간은 길며 또 mRNA도 비교적 안정하여 수시간 내지 수 일간의 수명을 갖는다. 이 때문에 진핵세포의 단백질량의 조절은 주로 전사억제인자에 의한 전사수준에서의 조절에 의해 이루어지지만 그 밖에도 mRNA의 안정성의 변화나 mRNA에서 단백질합성개시인자의 수식에 의한 합성개시 속도의 저하 등 복잡한 장치에 의거하고 있다.
진핵생물의 mRNA는 분자생물학이 발전함에 따라 특정한 기능을 가진 단백질의 유전자를 클로닝하는데 매우 적합한 재료가 되었다. 즉 다른 RNA에 비하면 폴리(A)n(→ 폴리아데닐산)이라는 특수한 구조를 가지고 있기 때문에 oligo(dT)cellulose 칼럼 등으로 특이적인 농축이 가능하다. 이 방법에 의하면 세포내에 수% 밖에 포함되지 않았던 mRNA를 쉽게 농축할 수 있다.
그리고 H. M Temin 등에 의해 발견된 역전사효소의 사용으로 mRNA로부터 용이하게 cDNA의 합성이 가능하게 되었는데, 이 cDNA 클로닝법의 확립은 분자 생물학의 발전을 일으킨 하나의 원동력이라고 해도 과언이 아니다. mRNA를 취급하는 실험에서는 RNase에 의한 분해를 피하기 위한 세심한 주의가 필요하다. RNase는 분자량이 작은 안정된 효소이기 때문에 기구나 손끝으로 부터의 RNase의 혼입을 막는 것이 중요하다.
현재 원핵세포나 또는 진핵세포에서도 in vitro에서 DNA부터 mRNA으로의 전사는 쉽게 진행시킬 수 있다. 그리고 특히 진핵세포의 mRNA 전사의 억제를 찾기 위해 HeLa cell에서의 추출액을 기본으로 여기에 각종의 핵 단백질분획을 첨가한 재구성계에서 프로모터나 인헨서의 기능을 조사하는 연구가 급속히 진행되고 있다. 한편 in vitro에서 mRNA에서의 단백질합성도 소맥배아 추출액이나 토끼망상적혈구 추출액을 사용하는 계에서도 간단히 시행할 수 있다.[3]
전사, 중합, 그리고 종결[편집]
짧은시간 존재하는 전령 RNA(mRNA) 분자의 시작은 전사 그리고 최종적으로 감성(degradation)단계이다. mRNA가 살아있는 동안, mRNA 분자는 편집, 그리고 수송보다 중요한 번역과정을 한다. 진핵생물 mRNA 분자는 빈번하게 광범위한 처리과정, 그리고 수송과정이 필요하지만, 원핵생물 분자는 이러한 과정이 필요하지 않다.
전사(유전학)[편집]
전사과정이 진행되는 동안, RNA 중합효소는 mRNA가 필요한 DNA유전자를 복사하여 생성시킨다. 이러한 과정은 진핵세포나 원핵세포의 처리과정이 비슷하다. 하지만, 한가지 감지하는 것이 다른데, 이는 원핵 세포의 RNA 중합효소(ααββ' = 핵심중합효소)는 mRNA-처리 효소를 전사과정중에 처리를 하게 되는데 그 결과 전사과정이 시작한 후의 처리과정이 빠르게 진척된다. 생명이 짧은 경우, 처리되지 않거나 부분적으로 처리가 되는데, 처리되지 않은 생성물을 용어로 명칭하면 '전구체-전령RNA = precursor-mRNA'라 하고, 일부분이 처리되어 나온 생성물을 용어로 명칭하면 '성숙-전령RNA = mature-mRNA'이다.
진핵세포 성숙-전령 RNA(mature-mRNA)의 처리[편집]
전령 RNA(mRNA)의 처리는 진핵세포, 세균, 그리고 고균 사이에 큰 차이가 있다.
진핵생물 전구체-mRNA의 가공[편집]
mRNA의 가공은 진핵생물, 박테리아, 그리고 고균 사이에서 크게 다르다. 비 진핵세포 mRNA는 본질에서 전사시 성숙하며(진핵생물 전구체-mRNA = Eukaryotic pre-mRNA와 같은 경우)이러한 드문 경우를 제외하고, 아무런 가공이 필요하지 않다. 그러나 진핵세포에서는 전사후 인트론 부분을 제거하고 실질적으로 필요한 엑손부분만 이어붙이는 가공을 한다.
RNA 중합효소[편집]
원핵세포의 RNA 중합효소(RNA polymerase)와 진핵세포의 RNA 중합효소는 같은 효소가 아니다. 원핵세포의 RNA 중합효소는 ααββ' 핵심중합효소를 사용하고, 진핵세포의 RNA 중합효소는 다양한 유전자의 조직특이적인 발현(expression)을 유발시키기 위해 전사인자(TF : transcription factor)를 이용하여 발현을 촉진시킨다. 즉 진핵세포는 RNA pol I, II, III의 RNA 중합효소를 가진다.
원핵세포의 RNA 중합효소[편집]
원핵세포는 α 소단위가 2개, β 소단위와 β' 소단위가 핵심중합효소를 구성하는 성분이 된다. 원핵세포의 RNA 중합효소는 σ 인자(Sigma factor)가 제거된 핵심중합효소는 중합(polymerization)속도는 빠르지만(RNA 중합효소를 구성하는 여러 인자 중에 σ 인자가 제거된 핵심중합효소는 빠른속도로 주형 DNA를 따라 RNA를 중합시킬 수 있다.) 프로모터(promoter)에 대한 특이성(specificity)이 없고 결합력(bonding strength)이 약화된다. 따라서 RNA pol(RNA polymerase)내부에서 대략 7n.t의 안정적인 RNA가 중합된 후에 σ 인자가 방출된다.
진핵세포의 RNA 중합효소[편집]
진핵세포는 대다수의 유전자를 포함하며 대부분의 진핵세포는 다세포 생물체를 구성하므로 다양한 유전자의 조직특이적 유전자발현(tissue-specific gene expression)을 유발시키기 위해 전사인자(transcription factor)를 이용하여 유전자의 발현을 촉진시킨다. 즉, RNA pol는 3가지를 포함하여 그 기능이 특성화되어 있다. RNA pol I은 리보솜 RNA(rRNA)<18-5.8-28S rRNA>가 전사, RNA pol II는 전령 RNA(mRNA)의 전사, RNA pol III은 운반 RNA(tRNA)와 5S 리보솜 RNA(rRNA)의 전사이다. 각 프로모터(promoter)에 특이적인 전사인자가 활성화되면 프로모터에 결합하여 RNA pol의 결합을 촉진(acceleration)하게 되므로 다양한 호르몬(hormone)에 의한 신호전달계가 전사인자의 활성을 조절하게 된다.[4]
동영상[편집]
각주[편집]
- 이동 ↑ 〈전령 RNA〉, 《위키백과》
- 이동 ↑ 〈mRNA(시사상식사전)〉, 《네이버 지식백과》
- 이동 ↑ 〈mRNA(생명과학대사전)〉, 《네이버 지식백과》
- 이동 ↑ "Messenger RNA", Wikipedia
참고자료[편집]
- 〈전령 RNA〉, 《위키백과》
- "Messenger RNA", Wikipedia
- 〈mRNA(시사상식사전)〉, 《네이버 지식백과》
- 〈mRNA(생명과학대사전)〉, 《네이버 지식백과》
같이 보기[편집]
