보고유전자

보고유전자(reporter gene)는 플라스미드 같은 특정한 유전 요소나 벡터 내에 삽입된 DNA의 존재 유무를 알려주거나, 다른 유전자의 프로모터(promoter)에 연결되어서 발현을 확인하기 위해서 이용하는 유전자이다. 발현 위치나 발현 수준을 확인하기 위해 조절 서열 또는 관심 유전자에 융합될 수 있다. 보고 유전자는 기질을 발광 또는 착색된 형태로 만드는 형광 단백질 및 효소를 암호화하는 유전자를 포함하기도 한다.

목차

보고 유전자는 코딩 영역 (coding region)과 프로모터 영역 (promoter region)이라는 두 가지 기능적 부분을 가지고 있다. 코딩 영역은 전사 및 번역을 통해 만들어질 단백질에 대한 정보가 포함되어 있는 염기 서열이다. 프로모터 영역은 유전자의 전사를 조절하고 유전자의 발현을 활성화시키거나 억제시킬수 있는 염기 서열이다. 일반적으로 알려지지 않은 염기 서열의 조절 능력을 측정하는데 사용하는데, 알려지지 않은 프로모터 서열을 쉽게 검출 가능한 보고유전자와 연결하여 그 생성물을 검출하고 정량할 수 있다.

보고유전자의 특징은 쉽게 검색되고 분석되는 단백질을 암호화하는 것이다.

이 유전자로 널리 사용된 최초의 유전자는 효소 β-galactosidase를 암호화하는 lacZ 였다. β-galactosidase를 발현하는 세포는 인공 기질 Xgal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-bgalactopyranoside)을 포함하는 지시 평판상의 색에 의해 쉽게 검출이 가능한데, Xgal이 β-galactosidase에 의해 절단되어 푸른색을 띄게 된다.

널리 사용되는 또 다른 보고유전자는 루시페라제(luciferase)를 암호화하는 유전자이다. 이 효소는 그것을 발현하는 세포가 빛을 내도록 만든다. 이러한 보고 체계를 갖는 집락은 한천배지 상에서 발광을 통해 바탕이 되는 다른 집락(colony) 중에서 검출될 수 있다. 그러나 루시페라제의 발현에는 하나 이상의 유전자가 요구되는데, 여러 개의 보조인자(accessory factor)가 필요하기 때문이다.

전사인자 (TF)에 의한 보고유전자 발현 모식도. (A) 억제인자, (B) 아포억제인자, (C) 유도인자 존재하의 보고유전자 발현. 보고유전자의 프로모터 지역내의 전사인자와 그 오퍼레이터 (TFO)의 결합은 RNA중합효소 (RNApol)를 활성화하고 보고 단백질 신호에 영향을 미친다. ()

이에 반해 녹색 형광 단백질(green fluorescence protein: GFP)은 보조 인자가 필요 없어 보고 유전자로 널리 사용되고 있다. GFP 유전자는 원래 해파리인 Aequorea victoria에서 클로닝되었지만, GFP 단백질은 대부분의 세포에서 발현될 수 있다. GFP는 안정하여 숙주세포의 대사 작용에 거의 문제를 일으키지 않는다. 만일 클로닝된 유전자의 발현이 GFP와 연결이 되었다면, GFP의 발현은 클로닝된 유전자도 발현되었다는 신호가 된다.

녹색형광단백질. 출처: 정우현, 덕성여자대학교

보고 유전자는 세포에서 관심 유전자를 타겟으로 하지 않고 특정 프로모터의 활성을 분석하는데 사용할 수도 있다. 이 경우 보고 유전자는 특정 프로모터의 제어하에 위치하여, 보고 유전자의 발현 산물을 측정하여 수치화한 후에, 항시 유전자 발현을 유도하는 일반 프로모터의 제어하에서의 발현 정도와 비교하여 활성을 분석한다.

김봉수/한림대학교

이정신/강원대학교

1. Fernandez-Lopez R, Ruiz R, de la Cruz F, Moncalian G. 2015. Transcription factor-based biosensors enlightened by the analyte. Front. Microbiol. 6: 648.

2. Schenborn E, Groskreutz D. 1999. Reporter gene vecters and assays. Mol. Biotechnol. 13(1): 29-44.