[생명과학] DNA의 전사 과정

 

 

1. 유전자

유전자는 DNA의 서열 중 유전 정보가 담겨있는 부분이다. 전사를 조절하는 조절 부위와 RNA로 전사되는 암호화 부위로 이루어져 있다.

 

(1) 원핵생물

1) 프로모터

프로모터는 조절 부위 중에서 RNA 합성효소가 처음으로 붙는 자리다. 프로모터 서열은 -35, -10 부위의 짧은 염기서열들로 구성되어 있다. RNA 합성효소와 시그마 인자가 이 서열들을 인식해 결합한다.

 

2) RNA 합성효소

핵심 효소인 α2ββ′ω와 시그마 인자가 복합체를 이루면 완전 효소가 된다. 그중에서도 시그마 인자는 RNA 합성효소와 프로모터 서열이 특이적으로 결합하는 것을 돕는 역할을 한다. 전사가 시작되면 RNA 합성효소에서 떨어져 나온다.

 

(2) 진핵생물

1) RNA 합성효소

-RNA 합성효소II

mRNA, miRNA 등을 전사하는 합성효소로 진핵생물 대부분의 유전자를 전사하는 과정에 관여한다. -40, -20 부위의 짧은 서열이나 +1 근처의 개시 서열 등의 프로모터 서열을 인식해 결합한다.

 

-RNA 합성효소I

RNA 합성효소I은 인에서 전구 rRNA를 전사한다. 전구 rRNA는 인에서 가공된 후 리보솜의 구성요소인 28S, 18S, 5.8S rRNA가 된다.

 

-RNA 합성효소III

5S rRNA나 tRNA 등 다양한 짧은 RNA들을 전사한다. RNA 합성효소III의 프로모터 서열 중 일부는 유전자의 암호화 부위 안에 있다.

 

2) 전사인자

전사인자는 특정한 DNA 서열에 결합해 RNA 합성효소의 활성을 조절하는 단백질이다. 전사를 촉진하는 활성자와 전사를 억제하는 억제자로 나눌 수 있다.

전사인자는 특정 서열을 인식하는 DNA 결합 도메인과 전사를 촉진 혹은 억제하는 조절 도메인으로 이루어져 있다. 인산화가 되었느냐 아니냐에 따라 전사인자의 활성이 조절되고 결합 도메인과 조절 도메인이 이량체를 이룬 후 DNA의 특정 서열에 결합해 RNA 합성효소의 활성을 조절하기도 한다.

전사인자가 결합하는 서열 또한 여러 가지로 분류될 수 있다. 프로모터와 가까운 거리에 위치해 있는 염기 서열들을 조절서열이라 한다. 활성자와 억제자가 결합해 유전자가 발현되는 것을 조절한다. 반대로 프로모터에서 거리가 먼 서열에 전사인자가 결합하기도 하는데 이를 증폭자와 침묵자라고 한다. 증폭자는 활성자가 결합해 전사를 촉진하며 침묵자는 억제자가 결합해 전사를 억제한다. 전사인자가 결합하면 DNA가 휘어지면서 프로모터 근처에 위치할 수 있게 되기 때문에 유전자의 어떤 위치에서든 있을 수 있다.

 

 

2. 전사의 과정

(1) 전사 개시

1) 원핵생물

핵심효소와 시그마 인자가 결합해 완전 효소를 형성하면 프로모터에 결합하게 된다. 여기서 시그마 인자가 없이 핵심효소만 프로모터에 결합할 경우 단단하게 결합할 수 없다. 완전 효소가 프로모터에 붙은 후 이중가닥 DNA를 벌려 열린 복합체를 만든다. 5'에서 3' 방향으로 주형 가닥에 상보적인 RNA를 합성하며 전사가 시작된 이후에는 시그마 인자가 떨어져 나간다.

 

2) 진핵생물

조절 부위에 여러 전사인자들이 다양한 조합으로 결합해 RNA 합성효소가 프로모터에 결합하고 전사 개시를 조절한다.

 

(2) 전사 진행

NTP의 인산 안하이드라이드 결합이 끊어지면서 무기인산이 떨어지는데 이때 방출되는 에너지를 이용해 NMP 형태의 염기들이 3'의 OH기에 차례로 연결된다. 첫 번째 NTP에 NMP 염기들이 이어지는데 RNA 합성효소는 3'에서 5' 방향의 핵산말단가수분해효소의 활성이 없기 때문에 DNA가 합성되는 때에 비해 오류가 발생할 가능성이 높다.

 

(3) 전사 종결

1) 원핵생물

- Rho 의존적 종결

헬리케이스 활성이 있는 Rho 인자가 mRNA에 결합한 후 RNA 합성효소를 쫓아간다. 전사가 종결되는 부위에서 mRNA의 3' 말단이 줄기-고리 구조를 형성하면 NusA 단백질이 붙게 되고 RNA 합성효소의 전사를 막는다. Rho 인자가 RNA 합성효소를 따라잡으면 mRNA와 DNA를 벌려 RNA 합성효소를 떼어낸다.

 

- Rho 비의존적 종결

전사가 종결되는 부위에서 mRNA의 3' 말단에 있는 GC 염기들이 줄기-고리 구조를 형성한다. 그러면 NusA 단백질이 붙어 RNA 합성효소가 전사를 하는 것을 막는다. 이후에 줄기-고리 구조 뒤에 6개의 우라실 염기들이 전사되고 이는 DNA의 아데닌 염기들과 약한 상보쌍을 이룬다. 그렇기 때문에 쉽게 벌어지면서 RNA 합성효소로부터 mRNA가 분리된다.

 

2) 진핵생물

전사가 종결되는 부위에서 mRNA의 3' 말단에 AAUAAA 서열이 합성된다. 그러면 핵산내부가수분해효소가 AAUAAA 서열에 결합해 약 20 염기 떨어진 서열을 절단한다. 그러면 RNA 합성효소와 mRNA가 분리된다.