다이서

다이서(Dicer)는 이중 나선 RNA를 20-25 뉴클레오타이드의 작은 이중 나선 RNA를 만드는 RNA 절단 효소로서, RNA 간섭(RNAi)에서 시그널인 이중 나선 RNA나 miRNA 전구체를 siRNA나 miRNA로 재단하는 효소이다.

목차

RNAi(RNA 간섭현상)는 유전자의 발현을 조절하는 기작으로, 세포 안에 생성되거나 외부에서 유입된 이중 나선 RNA (dsRNA)나, miRNA 전구체가 siRNA나 miRNA로 만들어지고, 이렇게 만들어진 siRNA, miRNA 가 유전자의 전사를 조절하거나, mRNA를 분해 또는 단백질의 전사를 제어하여 유전자의 발현을 조절하는 기작이다.

그림 1. 다이서는 dsRNA나 pre-miRNA를 잘라서 siRNA 혹은 miRNA로 다이싱한다(Dicing).

다이서는 콜드 스프링 하버 연구소(Cold Spring Habor Laboratory)의 그레고리 하논(Greg Hannon)의 학생이던 에밀리 번스테인(Emily Bernstein)에 의해 명명되었는데, 위에서 언급한 dsRNA 혹은 miRNA 전구체에 존재하는 stem-loop 부분의 dsRNA를 잘라서, siRNA 혹은 miRNA를 만들어내는 작용을 하는 효소로 Dicing (잘게 자른다)는 의미가 있는 효소이다 (그림 1). 다이서는 Helicase, PAZ (Piwi/Argonaute/Zwille) 도메인 그리고 2개의 RNase III 도메인과 2개의 dsRNA 결합 도메인을 가지고 있다 (그림 2). Dicer가 잘라낸 siRNA나 miRNA는 약 20-25 뉴클레오타이드 크기로 3' 말단 쪽에 2개의 뉴클레오타이드 overhang을 가진다. 이렇게 만들어진 siRNA나 miRNA는 알고너트(Argonaute)와 결합하여 RNA 간섭현상을 수행하는 가이드 역할을 한다.

그림 2. 다이서의 도메인 구조 Helicase, DUF283, PAZ, RIIIa, RIIIb (RNase 도메인), dsrm (double strand recognition motif, dsRNA 결합도메인)

그림 3. 다이서의 X-선 결정구조. RNase III 도메인 (녹색), PAZ 도메인 (노란색) (그림 출처: 위키피디아)

PAZ 도메인은 Piwi, Argonaute, Zwille 단백질들이 공통으로 이 도메인을 가지고 있어 PAZ로 명명되었다. PAZ 도메인의 역할은 알고너트의 PAZ 도메인의 기능이 밝혀짐에 따라 알려지게 되었다. PAZ 도메인은 핵산에 결합하는 것으로 대표적으로 알려진 OB fold(Oligonucleotide/Oligosaccaride Binding)의 구조를 가지고 있어, 알고너트의 PAZ 도메인은 다이서가 생산해낸 결과물인 siRNA나 miRNA의 3' 끝 쪽에 2개 뉴클레오타이드 overhang에 결합하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 상황에서 PAZ 도메인이 다이서의 결과물인 siRNA, miRNA와 결합하는 것이어서 다이서에 존재하는 PAZ 도메인의 역할에 대해서 논란이 있었다. 다이서는 dsRNA의 중간에 자르는 endonuclease로 알려졌으나, 다이서가 한번 자른 dsRNA의 3' 2개 뉴클레오타이드 overhang에 결합하여 PAZ 도메인 결합 부위로부터 20-23 뉴클레오타이드 길이로 자르는 것으로 알려져있다. 다이서의 기질인 pre-miRNA는 pre-miRNA가 또 다른 RNase III 효소인 드로샤(Drosha)에 의해 잘려 생성되어 3' 2개 뉴클레오타이드를 가지고 있어 이 부분이 다이서의 PAZ 부분에 결합하는 것으로 알려져 있다. 그림 3의 다이서의 3차원 구조에서 보여주는 것과 같이 PAZ 도메인이 (그림 3, 노란색) 다이서의 한쪽 끝에 존재하고, RNase III 도메인(초록색)이 다른 한쪽 끝에 존재하여, PAZ 도메인으로 부터 자(ruler)와 같이 20-23 길이를 정확히 측정하여 자르는 구조를 가지고 있다.

다이서의 Helicase 도메인은 ATP를 이용하는 Helicase로 알려져 있지만, 다이서의 기능에 Helicase 도메인이 하는 역할에 대해서는 잘 알려지지 않았다. In-vitro 상에서는 다이서의 활성에 Helicase 도메인이 필요하지는 않지만, in-vivo에서는 Helicase 도메인 기능이 siRNA의 생산에 역할을 하고, miRNA의 생산에는 필요 없는 것으로 알려져있다. 특히 Helicase 도메인은 다이서가 overhang이 없는 dsRNA를 자를 때 필요한 것으로 알려져 있고, 3' 2 뉴클레오타이드 overhang이 있을때는 Helicase 도메인의 기능이 필요하지 않은 것으로 알려졌다.

다이서는 2개의 RNase III 도메인을 가지고 있는데 이들 도메인이 dsRNA 혹은 pri-miRNA를 자르게 되어 3' 2 nt overhang을 가지면서 20-25 뉴클레오타이드 크기가 되도록 자른다. 이때, PAZ 도메인으로부터 RNase III의 활성사이트까지의 거리를 이용하여 정확한 뉴클레오 타이드의 크기를 측정하여 자르는 것으로 알려져 있다.