II군 인트론

인트론(Intron)이란 전구체 RNA(Precursor RNA)에서 단백질을 암호화하지 않는 염기서열로 RNA 스플라이싱에 의해 제거되어야 하는 비암호(noncoding) 염기서열을 말한다. 전령RNA의 스플라이싱에는 일반적으로 많은 단백질과 RNA로 구성된 스플라이세오솜(Spliceosome)이 관여하지만, 일부 전구체 RNA의 경우 포함된 인트론이 자체적으로 자기 자신을 제거할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 인트론을 자가스플라이싱 인트론(Self-splicing intron)이라하며 작용기작 및 그 구조에 따라 I군 인트론(Group I intron)과 II군 인트론(Group II intron)으로 나눌 수 있다. 자가스플라이싱 인트론은 일반적으로 약 400 ~ 1000 뉴클레오티드로 구성되어 있고 포함된 대부분의 염기서열은 인트론이 적절한 2차 구조를 형성하여 스플라이싱을 촉진하도록 하는데 중요한 역할을 한다.

특히 II군 인트론은 mRNA 스플라이싱과 거의 유사한 기작을 통해 자기 자신을 제거하기 때문에 진화적으로 가장 초기형태의 스플라이싱 기작으로 생각되며, 주로 식물과 곰팡이 등의 mRNA, rRNA, 혹은 tRNA에서 발견되는 것으로 알려졌다.

목차

일반적으로 인트론 내에는 스플라이싱에 중요한 세 가지의 중요한 염기서열이 존재한다. 첫 번째로 엑손(Exon)의 3‘ 말단과 인트론의 5’ 말단이 인접해 있는 부위에 존재하는 5‘ 스플라이스 부위(5’ splice site), 두 번째로 인트론의 3‘ 말단쪽에 가깝게 위치하는 가지분기점(Branch point), 그리고 인트론의 3’ 말단과 그 다음 엑손의 5‘ 말단이 연결된 부위에 존재하는 3’ 스플라이스 부위(3’ splice site)이다 (그림 1). 각각의 사이트에는 잘 보존된 염기서열을 포함하고 있는데, 5‘ 스플라이스 사이트는 "GU", 그리고 3’ 스플라이스 사이트에는 "AG" 염기서열이 존재하며 이들은 스플라이싱에 직접 관여한다. 특히 가지분기점에는 잘 보존되어 있는 "A" 서열이 존재하는데 이는 스플라이싱 반응을 개시하는데 매우 중요한 역할을 한다. "A" 염기서열의 하이드록실기(-OH)가 5‘ 스플라이스 사이트에 있는 "GU" 염기서열을 공격하여 첫 번째 에스테르교환반응(transesterification)을 촉진하면 스플라이싱 반응이 시작된다.

그림 1. 인트론의 구조 및 특징 (출처: 한국분자·세포생물학회)

II군 인트론은 대부분의 전령RNA내에 포함된 인트론과 매우 유사한 구조 및 염기서열을 가지고 있으며, 스플라이싱 과정이나 생성되는 RNA 형태도 비슷한 것으로 알려졌다. I군 인트론과 달리 II군 인트론에는 가지분기점에 "A" 서열이 포함되어 있으며 이 염기서열에 의해 스플라이싱 과정이 시작된다.

II군 인트론은 매우 복잡한 구조를 가지고 있으며, 특히 2차 구조는 주로 6개의 줄기-고리(Stem-loop)로 구성되어 있는 것으로 알려져 있다(D1부터 D6까지). D5는 상대적으로 긴 염기서열을 포함하고 있고 이와 달리 D1은 몇 개의 염기서열만을 포함하고 있다. 특히 가장 중요한 D6은 3‘ 스플라이스 사이트에 가깝게 위치해 있으며 스플라이싱 과정에서 가장 중요한 "A"서열이 포함되어 있다 (그림 2).

그림 2. II 군 인트론의 구조(출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/w/index.php?curid=7916238)

➀ 가장 먼저 일어나는 반응은 D6에 존재하는 "A"의 2‘-하이드록실기(2’-OH)가 5‘ 스플라이스 부위에 있는 "G"를 공격하는 것이다. 이 과정을 통해 엑손과 인트론이 연결된 부위의 인산이에스테르(phosphodiester bond)가 끊어지고, 이렇게 생성된 5’ 말단이 D6의 A에 직접 연결이 되는 것이다. 이 과정을 첫 번째 에스테르교환반응(transesterification I)이라 한다.

➁ 잘려진 엑손의 3‘ 말단에 있는 3’-하이드록실기(3’-OH)가 인트론과 다음 엑손이 만나는 지점을 공격하여 자르게 되고, 이 과정을 두 번째 에스테르교환반응(transesterification II)이라 한다. 두 번째 에스테르교환반응에 의해 두 개의 엑손은 서로 연결되고 인트론이 RNA로부터 분리되면 스플라이싱 과정이 마무리 된다 (그림 3).

그림 3. II 인트론에 의한 스플라이싱 (출처: 한국분자·세포생물학회)

엑손(Exon), RNA 스플라이싱(RNA 스플라이싱), 라이보자임(Ribozyme), I군 인트론(Group I intron)

Molecular Biology of the Gene (7판),

A single active-site region for a group II intron. Nat. Struct. Mol. Biol. (2006)