아데닐산중합반응 신호

진핵세포의 성숙한 mRNA(mature messenger RNA)는 RNA 중합효소에 의해 만들어지는 동안(Cotranscriptional processing)이나 전사 이후(Posttranscriptional processing)에 다양한 RNA 처리과정(RNA processing)을 거쳐 생성되게 된다. 이러한 RNA 처리과정에는 전사 초기에 일어나는 RNA 캡화(RNA capping), 인트론을 제거하는 스플라이싱(splicing), 그리고 전사가 완료된 이후 RNA의 3‘ 말단에 일어나는 아데닐산중합반응(Polyadenylation)이 있다. 특히 마지막으로 일어나는 RNA 처리과정인 아데닐산중합반응은 RNA를 보호하고, 세포질로 이동을 촉진하며 또한 리보솜에 의한 번역 효율을 높이는 역할을 한다. 이러한 아데닐산중합반응은 유전자의 3‘ 말단에 존재하는 아데닐산중합반응 신호(Polyadenylation signal)가 RNA로 전사된 이후에 시작되는 것으로 알려져 있다. 

목차

아데닐산중합반응 신호는 진핵세포 유전자의 3‘ 말단에 존재하며 일반적으로 5’-TTATTT-3’의 염기서열로 구성되어있다 (그림 1). 이는 단백질로 번역되지 않는 부위이지만 RNA 중합효소에 의해 전사가 일어나 전령 RNA의 3' 말단에 5’-AAUAAA-3’ 염기서열로 존재하게 되며 RNA 처리과정(RNA processing) 중 하나인 아데닐산중합반응(Polyadenylation)과 전사종결(transcription termination)에 영향을 미치게 된다. 

RNA 중합효소가 아데닐산중합반응 신호(Polyadenylation signal) 부위를 지나 전사를 하게 되면 전령 RNA의 3‘ 말단에는 AAUAAA 염기서열이 포함되고 이 부위를 특이적으로 인식하는 두 개의 단백질, CstF (Cleavage Stimulation Factor)와 CPSF(Cleavage and Polyadenylation Specificity Factor)가 결합하게 된다. 특히 CPSF 단백질은 아데닐산중합반응 신호에서 10 ~30개 정도 뉴클레오티드가 떨어진 위치에서 RNA를 절단하게 된다 (그림 1). 이로 인해 CstF 단백질이 분리되고 이를 대신하여 아데닐산중합효소(Poly A polymerase, PAP)가 RNA의 3’ 말단에 약 250개가량의 아데닌을 지속적으로 추가하게 된다. 그리고 이렇게 생성된 아데닐산에는 아데닐산결합단백질(Poly A binding protein)이 결합하여 전령 RNA의 안정화 및 번역을 촉진하게 된다.  

그림 1. 아데닐산중합반응 신호에 의한 아데닐산중합반응의 촉진 (출처: 한국분자·세포생물학회)

아데닐산중합반응 신호는 진핵세포의 전사종결과도 밀접하게 연관이 되어있다. 이 신호로부터 RNA가 절단이 되면 분리된 전령 RNA에는 아데닐산중합반응이 일어나게 되어 전령 RNA가 리보솜에 의해 번역이 될 수 있도록 세포질로 이동하게 된다. RNA 절단 이후에 RNA 중합효소는 계속해서 전사를 이어나가게 되는데 이때 RNA 중합효소와 결합되어 있는 짧은 RNA의 특성 때문에 전사종결이 유도될 수 있다. 일반적인 전령 RNA의 5’에는 캡(cap)이 추가되어 쉽게 분해되지 않지만, 아데닐산중합반응 신호에 의해 RNA가 절단된 후 RNA 중합효소와 결합되어 있는 RNA는 5‘ 말단에 이런 캡구조를 가지고 있지 않아 5’ ⟶ 3’ 말단으로 RNA를 분해하는 효소에 의해 제거될 수 있다. 이런 RNA를 제거하는 효소는 효모에서 Rat1, 그리고 인간의 경우 Xrn2로 알려졌다 (그림 2). 각 효소에 의해 짧은 RNA들이 모두 제거되면, 이 과정에서 RNA 중합효소는 전사를 종결하고 DNA 주형으로부터 분리되어 새로운 전사를 시작하게 된다. 이를 Torpedo 모델이라고 하고, 현재 전사종결의 주된 기작으로 생각되어지고 있다. 따라서 전사종결이 일어나게 위해서는 RNA 중합효소가 아데닐산중합반응 신호를 지나 전사를 진행해야 하며, 이를 통해 RNA가 절단이 되고 Rat1과 Xrn2에 의해 RNA가 분해됨으로써 최종적으로 전사종결이 일어날 수 있다.

그림 2. 아데닐산중합반응 신호에 의한 전사종결 (출처: 한국분자·세포생물학회)

RNA 처리과정 (RNA processing), 아데닐산중합반응 (Polyadenylation), 전사종결 (Transcription termination) 

Molecular Biology of the gene (7 판)