레트로트랜스포존

레트로트랜스포존(retrotransposons)은 DNA로 시작하여 RNA의 중간 단계를 거쳐 DNA로 다시 역전사(reverse transcription)되는 과정을 필수적으로 사용하는, 게놈 상에서 복제되어 다른 곳으로 삽입이 가능한 트랜스포존이다. 이 역전사 과정을 강조하고 DNA 트랜스포존(DNA transposon)과 구별하기 위하여 역(거꾸로)의 의미를 지니는 레트로(retro)라는 접두사가 포함되어 명명되었다. 많은 진핵생물들의 게놈에 레트로트랜스포존이 존재한다. 레트로트랜스포존은 특히 식물계에 널리 존재하며 핵 DNA의 중요한 구성 요소여서 옥수수 게놈의 경우엔 레트로트랜스포존이 약 50% 이상을 차지한다. 사람의 경우도 게놈의 약 42 %가 레트로트랜스포존으로 구성되어 있다.

그림 1. 레트로트랜스포존 (retrotransposon)의 작동 싸이클 (출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/wiki/Retrotransposon#/media/File:Retrotransposons.png ), RNA단백질 복합체 형성(Formation of Ribonucleoprotein complexes) 역전사(Reverse Transcription), 삽입(Integration), 새로운 삽입체(new inserts), 전사 및 번역(Transcription & Translation)

목차

레트로트랜스포존은 먼저 전사(transcription)를 통한 RNA 중간체를 거치는데 이 전사가 많이 일어나는 경우 많은 RNA를 생성할 수 있다. 따라서 다시 역전사가 일어나서 게놈에 삽입되는 경우 처음 주형(template)보다 훨씬 많은 숫자의 레트로트렌스포존이 게놈에 삽입되어 게놈의 크기를 증가시킬 수있다. 레트로트랜스포존이 삽입될 때 유전자 내부 혹은 유전자 발현에 중요한 부분에 삽입되는 경우는 유전자의 돌연변이를 일으킬 수 있다. 레트로트랜스포존에서 첫번째로 만들어지는 RNA 중간체는 세포의 전사관련 인자들을 사용하여 전사된다. 이후 RNA에서 DNA로 역전사가 되는 두번째 단계는 역전사효소(reverse transcriptase)에 의해 수행되는데 이는 레트로트랜스포존에서 전사를 거쳐 번역된 단백질이다.

레트로트랜스포존은 긴 말단 반복(long terminal repeat, LTR)을 가지는 LTR 레트로트랜스포존(LTR retrotransposon)과 그렇지 않은 비LTR 레트로트랜스포존(non-LTR retrotransposon) 두 종류가 있다.

LTR 레트로트랜스포존은 크기가 ~ 100 bp에서 5 kb 이상이며 이름이 의미하듯 양쪽 끝에 긴 말단 반복을 가지고 있다. LTR 레트로트랜스포존은 바이러스의 일종인 레트로바이러스(retrovirus)와 유사한 점이 많으며 따라서 레트로바이러스 유사 레트로트랜스포존(retrovirus-like retrotransposon)이라 불리기도 한다. 물론 차이점도 존재하며 가장 큰 차이점은 레트로바이러스는 세포로부터 나와서 다른 세포를 감염할 수 있는 외피(envelope)를 만들 수 있는 반면 LTR 레트로트랜스포존은 그렇지 못하다는 것이다. 따라서 레트로바이러스가 바이러스로서의 특성을 잃어버리면 진화 상에서 LTR 레트로트랜스포존으로 바뀔 수 있다고 여겨진다. LTR 레트로트랜스포존은 식물 게놈의 주요한 구성요소이다.

비LTR 레트로트랜스포존은 진핵 세포 게놈에 널리 존재하는데 긴 산재 요소(long interspersed element, LINE)와 짧은 산재 요소(short interspersed element, SINE) 두 가지 하위 유형이 있다. LINE은 ORF1과 ORF2 두 개의 오픈 리딩 프래임(open reading frame, ORF)을 가지고 있다. ORF1과 ORF2는 LINE의 게놈 상의 이동에 필요한 모든 단백질 인자를 인코딩하는데, RNA 중간체에 결합하는 핵산결합 도메인, RNA 중간체를 역전사하는 역전사 효소, 타겟 게놈 부위를 자르는 엔도뉴클리에이즈(endonuclease) 효소 기능을 포함한다. 따라서 LINE의 경우엔 자신에게 존재하는 DNA 서열 자체로 독립적으로 이동이 가능하므로 자율적인(autonomous) 레트로트랜스포존이라고 할 수 있다.반면 SINE은 ORF가 존재하지 않고, LINE에서 발현되는 단백질의 도움을 받았을 때만 복사되어 다른 곳으로 이동이 가능하며 SINE의 경우엔 비자율적인(non-autonomous) 레트로트랜스포존이라고 할 수 있다. 역사적으로 LINE과 SINE은 "쓰레기 DNA(junk DNA)"라고 불렸었지만 최근 연구에 의하면 이들 LINE과 SINE이 유전자 기능을 돕는 중요한 역할을 할 수 있음이 보고되고 있다.

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Genetics 5/E: From Genes to Genomes (Hartwell et al., McGraw-Hill)

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