RNA 스플라이싱

[ RNA splicing ]

진핵생물의 유전자가 일차로 전사되어 생기는 RNA(primary RNA; 일차 전사체)에는 단백질이나 최종 RNA의 정보를 갖고 있는 염기서열인 엑손(exon)외에, 그런 정보가 없는 염기서열인 인트론(intron)이 사이사이에 끼어 있는 경우가 대부분이다. 이런 경우에 단백질을 합성하기 전에 primary RNA로 부터 인트론 부분을 잘라내는 과정을 거치는데, 이 과정을 RNA splicing이라 한다. RNA 스플라이싱은 다양한 기작을 갖고 있는데, 대표적인 예가 [그림 1]에서 보여주는 인트론의 염기서열을 인지하여 잘라내는 것이다.

그림 1. RNA 스플라이싱. 진핵생물의 유전자는 단백질 정보를 갖고 있는 DNA염기서열인 엑손(Exon)과 엑손들 사이의 염기서열인 인트론(intron)으로 구성되어 있다. 유전자로부터 처음 전사(transcription)되었을 때에는 엑손과 인트론의 정보를 모두 지닌 RNA를 만드는데, 이것은 RNA 스플라이싱 과정을 거쳐서 인트론을 제거하고 엑손 부분들끼리 결합한 후에 핵 밖으로 나와서 단백질을 만드는 번역(translation)의 과정을 거치게 된다. (https://en.wikipedia.org/wiki/RNA_splicing#/media/File:RNA_splicing_reaction.svg CC BY-SA 3.0

유전자 발현은 DNA가 갖고 있는 유전정보를 전사(transcription)를 통하여 RNA로 만든 후에, 그 암호문(code)를 번역(translation)하여 단백질을 합성하는 전체 과정을 의미한다. 진핵생물은 DNA를 핵 안에 갖고 있고, 대부분의 단백질은 핵 밖의 세포질에서 합성되기 때문에, 전사를 통하여 만들어진 RNA가 핵 밖으로 나가서 단백질을 합성하게 된다. 이 때 핵 밖으로 나가는 RNA는 스플라이싱을 통해서 인트론이 제거되고 추가 변형과정을 거쳐 최종적으로 완성된 mRNA(mature mRNA)이어야만 정상적인 번역과정을 거쳐 단백질을 만든 수 있다. RNA 스플라이싱은 진핵생물에서 전사가 끝난 후에 일어나는 전사 후 조절(post-transcriptional regulation)이 작용할 수 있는 첫 번째 단계라고 볼 수 있다.

그림 2. RNA 스플라이싱이 여러 조합으로 일어나는 Alternative Splicing. 다양한 mRNA가 하나의 유전자로 부터 만들어져, 여러 종류의 단백질을 만들 수 있다. 이는 세포 내의 정상적인 과정으로서 하나의 유전자로부터 여러 개의 단백질을 만들기 위한 메커니즘일 수도 있고, 잘못된 RNA 스플라이싱으로 원하지 않는 단백질이 만들어질 수도 있다. (출처: http://cnx.org/content/m44539/latest/Figure_15_04_02.jpg OpenStax CNX CC BY 3.0)

RNA의 선택적 스플라이싱(alternative splicing)은 하나의 유전자가 여러 개의 단백질을 만들 수 있는 대표적인 전사 후 조절방식의 하나이다(그림 2). 이러한 선택적 스플라이싱을 통해서 모든 엑손이 결합된 형태가 아닌, 하나 이상의 엑손 부분을 갖고 있지 않은 mRNA가 만들어 지기도 하고, 어떤 경우에는 인트론 부분이 포함된 mRNA가 생성되기도 한다. 선택적 스플라이싱은 하나의 유전자로부터 다양한 단백질을 만들기 위해서 생물체가 갖고 있는 정상적인 메커니즘이기도 하지만, 때로는 의도하지 않은 선택적 스플라이싱은 비정상적인 단백질을 합성하여, 병을 일으키기도 한다.

RNA 스플라이싱은 RNA 스스로 효소활성을 발휘하여 다른 단백질이나 RNA가 필요없이 진행되는 Self-splicing도 가능하지만, 대부분의 경우 진핵생물의 RNA 스플라이싱은 스플라이시오좀(spliceosome)이라는 거대한 복합체가 관여하여 이루어진다. 스플라이시오좀은 그림 3에 있는 것과 같이 여러 분자의 RNA와 단백질로 구성되어 있으며, 인트론 부분을 인지하여 잘라낸 후에, 엑손 부분을 연결하는 효소활성을 갖고 있다. 스플라이시오좀에 있는 snRNA(small nuclear RNA)는 단백질을 암호화하지 않는 작은 RNA로서 엑손과 인트론의 경계를 인식한다.

원핵생물의 RNA 스플라이싱의 특징

원핵생물인 세균(bacteria)과 고균(archaea)은 진핵생물과는 달리 대부분 인트론이 없는 유전자들을 갖고 있는데, 드물게 인트론을 갖고 있는 경우도 있다. 이러한 경우에는 유전자로부터 전사된 RNA가 스플라이싱 과정을 거쳐서 완성된 mRNA가 된다. 원핵생물인 고균의 여러 transfer RNA(tRNA) 유전자나 ribosomal RNA 유전자는 완전한 tRNA와 rRNA를 만들기 위해서 반드시 제거해야 하는 인트론을 갖고 있다. 그러나 고균은 진핵생물의 intron이 제거되는 방법보다는 간단한 방식, 즉 exon-intron junction을 인지하여 자르는 특정한 endonuclease에 의해 인트론을 제거한다. 이러한 방식은 진핵생물의 tRNA에서 인트론을 제거하는 방법과 비슷한 방식이다.

집필

이정신/강원대학교

감수

노정혜/서울대학교

참고문헌

1. Nelson D and Cox M. Lehninger Principles of Biochemistry, Freeman and Company, USA

2. 한국미생물학회, 미생물학, 범문에듀케이션, 대한민국

동의어

RNA 스플라이싱 (RNA splicing), RNA 스플라이싱, RNA splicing

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