전사체

전사체(Transcriptome)는 전사를 의미하는 transcription과 전체를 의미하는 접미어 –ome이 결합하여 만들어진 합성어이다. 전사체란 전사 산물 전체를 포괄하거나 특정 발생 단계 또는 생리적 환경에서의 세포 내 전사 산물의 총합을 의미한다. 보통은 모든 RNA들의 합을 의미하지만, 실험에 따라서 messenger RNA(mRNA)만의 총합을 의미하기도 한다.

정해진 세포주 내에서 어느 정도 고정된 유전체(genome)와는 다르게, 전사체는 외부 환경상태에 따라 변하기 쉽다. 세포 내의 모든 mRNA 전사 산물을 포함하기 때문에, 정해진 시간대에 활발히 발현 중인 유전자들을 나타낸다.

유전체학, 전사체학, 단백질체학, 대사체학의 대상 및 분석 방법 (출처: GettyimagesKorea)

목차

전사체를 이해하는 것은 유전체의 기능적 요소를 해석하는 데 있어 필수적이며 세포들과 조직들의 분자적 구성성분 규명, 발생 과정과 질병 메카니즘을 이해에 커다란 기여를 한다.

전사체를 연구하고 분석하는 학문인 전사체학의 주 목적은 크게 3가지로 나눌 수 있다. 첫째, mRNAs, non-coding RNAs(ncRNAs) 와 small RNA(sRNAs)들을 포함하여 모든 종류의 전사 산물을 카탈로그화 한다. 둘째, 유전자들의 전사 시작 위치, 5’ 과 3’ 말단, 스플라이싱(splicing) 패턴 및 전사 후 번역 과정과 같은 유전자들의 전사적 구조를 규명 한다. 셋째, 발생과정 또는 특정 환경 하에서 각 전사 산물의 발현 정도의 변화를 정량화 한다.

전사체를 해석하고 정량화하기 위해서 다양한 방법들이 개발되고 있으며, 여기에는 혼성화반응(hybridization) 또는 염기서열 분석에 기반한 접근방법을 포함한다. 대표적으로 DNA 마이크로어레이와 흔히 RNA-Seq이라 불리는 차세대 염기분석법(next generation sequencing, NGS)을 활용한 기술들이 있다. 각각의 세포들에 대한 전사 정도를 연구하는 single-cell transcriptomics도 존재한다.

형광으로 표지된 전사산물과 고체 표면에 부착된 탐침(probe)들의 혼성화를 이용한 DNA 마이크로어레이 분석 기법은 빠른 시간 내에 대규모의 전사체 분석을 가능하게 한다. 그러나, 마이크로어레이 탐침 제작의 한계와 cross-hybridization, background signal과 같은 문제 때문에 몇몇 유전자들에 대해 낮은 선택성과 반응성을 보인다. 

DNA 마이크로어레이 분석 (출처: GettyimagesKorea)

2000년대에 개발된 RNA-Seq은 mRNA를 cDNA로 만든 후 NGS를 이용하여 시료에 존재하는 모든 염기서열을 분석하는 방법으로 DNA 마이크로어레이 기법과 비교하여 background signal이 적으며, 매우 다양한 범위의 RNA 탐지를 제공한다. 특히 RNA-Seq은 직접적으로 발현된 RNA의 서열 정보를 제공하므로 알려지지 않은 유전자들이나 새로운 전사산물 이종 분석에 있어서 필수적이다.

전사체 분석은 미생물에서 동물, 식물에 이르기 까지 모든 종류의 생물체를 대상으로 유전자의 발현 조절 분석에 활용된다.

예를 들어 줄기세포와 암세포의 전사체 연구는 세포 내 분화 또는 암 발생 과정에 대한 이해에 기여하고 있으며 인간 난모세포들과 배아들에 대한 전사체 분석은 초기 배아 발생과정을 조절하는 분자 메커니즘과 신호전달체계를 이해하기 위해 사용된다. 또한 전사체 분석은 약물의 안정성을 판단하거나 화학적 위험 평가에 사용될 바이오마커 발견, 개개인 사이에서의 계통학적 연관성을 추론하는 데에도 사용될 수 있다.

전사체는 유전체로부터 발현되는 단백질의 총합을 나타내는 단백질체의 전구물질로서 볼 수 있다. mRNA 발현 정도는 어느 정도 단백질의 양과 연관관계가 있지만 mRNA에 따라 단백질 번역 효율이 다르기 때문에 전사체 분석을 통해 얻어진 mRNA들에 대한 상대적인 양이 그들이 암호화하고 있는 단백질의 발현 정도와 직접적으로 비례한다고는 말할 수 없다.

한지숙/서울대학교

최형태/강원대학교