RNA 스플라이싱

RNA 스플라이싱 (RNA splicing)은 DNA가 RNA로 전사 (transcription)되면서 미성숙한 mRNA (pre-mRNA)가 성숙한 mRNA (mature mRNA)로 변화되는 과정에서 인트론 (intron)이라고 불리는 번역 (translation)에 참여하지 않는 부분이 편집되는 과정이다. 이를 통하여 인트론이 없어지고 번역에 참여하는 엑손 (exon)만이 성숙한 mRNA에 남게 된다. 핵에 존재하는 유전자의 경우는 전사 직후 혹은 전사 과정에서 스플라이싱이 일어난다. 진핵생물 (eukaryote)의 대부분의 인트론은 스플라이시오좀 (spliceosome)이라고 불리는 단백질과 snRNA (small nuclear RNA)의 복합체(snRNP)에 의해 스플라이싱으로 제거된다. 또한 인트론 RNA 자체가 스플라이싱을 촉매(catalyst)하는 역할을 수행하기도 하는데, 이 경우가 RNA 촉매효소 (ribozyme)의 대표적인 예이기도 하다.

그림 1. RNA 스플라이싱(RNA splicing)에 의해서 제거되는 인트론(intron)의 전형적인 형태 (출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/wiki/RNA_splicing#/media/File:Intron_miguelferig.jpg ), 엑손(exon)

목차

RNA 스플라이싱은 스플라이싱으로 잘려나간 인트론의 구조와 스플라이싱을 일으키는 촉매의 종류에 따라 몇 가지 유형으로 구분된다.

대부분의 진핵생물의 단백질을 만드는 mRNA에 존재하는 인트론은 스플라이시오좀에 의해 제거된다. 이러한 인트론 내에는 5’말단에 공여 부위 (donor site), 3’말단에 수용 부위 (acceptor site), 그 둘 사이의 3’말단에 좀더 가까운 분지 부위 (branch site)가 스플라이싱에 핵심적인 역할을 수행한다. 이들 세 가지 부위는 어느 정도 보존된 서열을 가지고 있는데 공여 부위는 5 '말단에 거의 GU를 포함하며, 수용 부위의 3 '말단에는 AG를 지니고 있고, 분지 부위는 올가미(lariat) 구조의 제거된 인트론 형성에 필수적인 A를 가진다. 또한 수용부위의 상류에는 피리미딘(pyrimidine) (C 혹은 U)이 여러 개 있는 폴리피리미딘 부위 (polypyrimidine tract)가 존재한다. 스플라이시오좀은 5개의 snRNP (snRNA와 단백질의 복합체)로 구성되는데 이 중에서 snRNA들은 인트론의 염기들과 상호작용하며 단백질 부위는 이들 RNA들끼리의 상호작용을 돕고 복합체들이 순서대로 스플라이싱을 일으키도록 조절하는 역할을 한다. 다수(major)와 소수(minor)의 두 가지 종류의 스플라이시오좀이 존재한다.

자가 스플라이싱은 인트론 RNA 자체로 스플라이싱 과정이 일어나는 드문 경우이다. 3 가지 종류의 자가 스플라이싱 인트론이 존재하며 각각 그룹 I, II, III으로 나뉘어진다. 이 중 그룹 I 및 II 인트론은 단백질을 필요료 하지 않고 스플라이시오좀과 유사한 생화학적 반응으로 스플라이싱을 수행한다. 이를 통해 그룹 I, II와 스플라이시오좀에 의한 스플라이싱이 진화적으로 관련있다는 추론을 할 수 있다. 또한 RNA에 의한 촉매 과정이기 때문에 진화 상에서 RNA가 아마도 단백질보다 먼저 효소처럼 작용했을 것임을 시사하는 흥미로운 현상이기도 하다.

tRNA 스플라이싱은 tRNA에 있는 인트론을 제거하는 과정이다. tRNA 스플라이싱은 스플라이시오좀과 자가 스플라이싱에 의한 스플라이싱과는 다른 생화학적 과정을 거친다. 이를 위해 tRNA 스플라이싱에 특화된 RNA를 자르는 엔도뉴클리에이즈(endonuclease), 인산화효소(kinase), 연결효소(ligase) 등의 효소들이 작용한다.

스플라이시오좀에 의한 스플라이싱과 자가 스플라이싱은 두 단계의 에스테르기 전달 반응 (transesterification)을 거쳐 수행된다 (위에서 언급한대로 tRNA 스플라이싱은 이와는 다르다). 여기서는 가장 대표적인 스플라이시오좀에 의한 스플라이싱의 생화학적 과정을 간략하게 언급하도록 하자 (그림 2). 먼저 인트론의 분기부위에 존재하는 A 뉴클리오티드의 2'OH가 인트론의 5’말단의 공여 부위의 GU의 G를 친핵성 공격 (nucleophilic attack)한다. 다음으로 이로 인해 생성된 5 ' 엑손의 3'OH는 인트론의 3'말단의 수용 부위의 AG의 G를 친핵성 공격한다. 이를 통해 엑손끼리는 접합하게 되고, 올가미 구조의 인트론이 분리된다.

그림 2. 두 단계의 에스테르기 전달 반응에 의한 스플라이시오좀(spliceosome)에 의한 RNA 스플라이싱(RNA splicing) ( https://en.wikipedia.org/wiki/RNA_splicing#/media/File:RNA_splicing_reaction.svg ), 엑손(exon), 인트론(interon), 미성숙 메신저 RNA(pre-mRNA), 스플라이싱된 메신저 RNA(spliced mRNA)

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Molecular Biology of the Gene, Seventh Edition (Watson et al., Pearson)