매개자

진핵세포에서의 전사과정은 많은 단백질이 관여하는 복잡한 과정이며 일반적으로 하나의 프로모터가 활성화되어 mRNA를 만들기 위해서 약 100개 이상의 단백질이 필요한 것으로 알려졌다. 기본적으로 RNA 중합효소와 이의 기능을 보조해주는 보편전사인자(general transcription factors)가 반드시 필요하다. 시험관내(in vitro) 실험에서는 이 단백질들과 DNA만 있어도 RNA 중합효소에 의한 전사가 쉽게 일어나는 것을 볼 수 있다. 그러나 실제 세포내에서는 DNA가 히스톤 단백질에 감겨 염색질(chromatin) 구조를 형성하기 때문에 이 단백질들 이외에 또 다른 단백질의 추가적인 기능이 필요하다. 이에 관여하는 단백질 복합체로 매개자(mediator), 염색질 구조조정 복합체(chromatin remodeling complex), 히스톤 변형(histone modification)에 관여하는 많은 단백질이 있다. 이 중 매개자는 매우 큰 단백질 복합체로 노벨상 수상자인 로저 콘버그(Roger Kornberg) 연구실에서 1990년에 처음으로 밝혀졌으며, 전사활성인자(transcription activator)와 RNA 중합효소 사이의 결합을 연결시켜주는 역할을 하는 것으로 알려져있다. 

목차

매개자(mediator)는 효모부터 인간에 이르기까지 매우 잘 보존된 단백질 복합체로 효모의 매개자는 약 21개의 단백질로 구성되어 있고, 인간의 매개자는 31개의 단백질로 구성되어 있는 것으로 알려졌다. 비록 포함된 단백질의 개수는 다르지만 효모와 인간의 매개자는 매우 유사한 구조를 가지고 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 전체 매개자복합체의 크기는 RNA 중합효소의 크기보다 더 크다고 알려졌다 (그림 1). 

그림 1. 인간 매개자의 구성()

일반적으로 매개자는 머리(head), 중앙(middle), 꼬리(tail)의 세 가지 부위로 구성되어 있으며 각각의 부위는 서로 분리가 가능한 것으로 알려졌다 (그림 1). 또한 인간의 매개자는 어떻게 분리되었느냐에 따라 그 구성성분이 다른 것으로 알려져 있어 실제 세포내에서 매개자의 형태가 매우 다양할 것으로 생각되고 있다. 이를 통해 다른 형태 혹은 다른 구성성분의 매개자는 서로 다른 유전자의 발현조절에 관여할 것으로 예상되고 있으며 각각은 서로 다른 전사조절인자와 상호작용할 것이라 예상할 수 있다. 

매개자의 가장 기본적인 기능은 RNA 중합효소가 정확한 전사개시부위(transcription start site)에서 전사를 시작할 수 있도록 도와주는 것이다. 이를 위해 매개자의 구성성분 중 일부가 특정유전자의 발현을 조절하기 위해 프로모터의 상위조절부위에 결합하는 전사활성인자(transcription activator)와 직접 결합을 하는 것으로 알려져 있다. 또한 매개자는 진핵세포의 RNA 중합효소 구성성분 중 가장 큰 Rbp1이라는 단백질의 카복시말단 영역(C-terminal domain)과 강하게 결합을 하게 된다 (그림 2). 따라서 매개자는 전사활성인자(transcription activator)와 RNA 중합효소 사이의 결합을 매개해주는 역할을 하기 때문에 매개자(mediator)라 불리게 되었다. 

그림 2. 매개자와 전사관련 단백질 사이의 결합 ()

최근 효모에 존재하는 매개자의 머리 부분의 구조가 밝혀졌다. 총 7개의 단백질(Med17/Srb4, Med11, Med22, Med6, Med8, Med18, Med20)이 포함된 이 부분이 RNA 중합효소의 카복시말단 영역(C-terminal domain, CTD)과 보편전사인자(general transcription factor) 중 하나인 TFIIH(Transcription Factor for PolII)를 연결시킨다는 것이 확인되었다. 

RNA 중합효소에 의해 전사가 개시되면 이는 프로모터로부터 탈출하여(Promoter clearance) 전사신장(transcription elongation) 단계로 넘어가야 하며 이를 위해 RNA 중합효소와 매개자 사이의 결합도 분리가 되어야 한다. 앞서 언급한 바와 같이 매개자에 의해 RNA 중합효소의 카복시말단 영역(C-terminal domain)과 TFIIH가 나란히 배치되고, 이때 TFIIH에 포함된 인산화효소(kinase)가 카복시말단 영역 중 다섯 번째 존재하는 세린(serine 5)을 인산화시키게 된다. 이로 인해 RNA 중합효소와 매개자 사이의 결합이 끊어지고 비로소 RNA 중합효소는 프로모터를 떠나 신장(elongation)단계로 넘어가게 된다. 

RNA 중합효소 (RNA polymerase), 프로모터 탈출(Promoter clearance), 보편전사인자(general transcription factors) 

Molecular Biology of the Gene (7판)