선택적 스플라이싱

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선택적 스플라이싱

[ alternative splicing ]

선택적 스플라이싱(alternative splicing)은 유전자의 전사 후 엑손(exon)이 선택적으로 사용되어 하나의 유전자에 의해 여러 가지의 기능을 하는 단백질이 만들어질 수 있는 중요한 방법 중 하나이다 (그림1). 선택적 스플라이싱은 인간과 같이 상대적으로 복잡한 생물과 선충과 같이 상대적으로 훨씬 간단한 생명체가 약 2만개라는 비슷한 유전자 개수를 가지는 이유를 설명해주는 이유가 된다. 즉, 인간의 경우 두 개 이상의 엑손을 가진 유전자의 약 95 %나 선택적으로 스플라이싱이 된다. 선택적 스플라이싱의 가장 흔한 형태는 엑손 건너뛰기(exon skipping)인데, 특정 조건에서 어떤 엑손이 최종 mRNA에 포함되거나 생략됨으로써 mRNA의 종류가 달라지게 된다. 선택적 스플라이싱은 미성숙mRNA (pre-mRNA)에 결합하는 많은 단백질의 작용에 의하여 조절된다. 이러한 단백질에는 특정 스플라이싱을 촉진시키는 활성인자(splicing activator) 및 줄이는 억제인자(splicing repressor) 등이 포함된다. 선택적 스플라이싱이 제대로 일어나지 않을 경우 유전 질환을 일으키기도 하는데 약 30%의 유전질환이 스플라이싱의 문제로 인해 생긴다고 추정된다. 또한 암과 같은 질환의 발생에 비정상적 스플라이싱 및 스플라이싱 조절 인자의 돌연변이가 크게 기여하기 때문에 선택적 스플라이싱은 인간의 건강에 여러모로 중요한 생물학적 현상이다.

그림 1. 선택적 스플라이싱(Alternative Splicing)의 예(출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/wiki/Alternative_splicing#/media/File:DNA_alternative_splicing.gif) 엑손(Exon), 번역(Translation), 메신저 RNA(mRNA), 단백질(Protein)

목차

  1. 1.선택적 스플라이싱의 발견
  2. 2.선택적 스플라이싱의 종류
    1. 2.1.엑손 건너 뛰기(exon skipping)
    2. 2.2.상호배타적인 엑손(mutually exclusive exons)
    3. 2.3.선택적 5’ 스플라이스 공여(alternative donor site)
    4. 2.4.선택적 3’ 스플라이스 수용(alternative acceptor site)
    5. 2.5.인트론 보유 (intron retention)
    6. 2.6.기타
  3. 3.관련용어
  4. 4.참고문헌

선택적 스플라이싱의 발견

선택적 스플라이싱은 1977년에 아데노바이러스에서 미성숙한 mRNA 하나가 여러가지 스플라이싱 과정을 통하여 여러가지 성숙된 mRNA 및 단백질을 만든다는 것을 발견함으로써 최초로 발견되었다. 이후 1981년에 갑상선 호르몬인 칼시토닌(calcitonin)을 코딩하는 유전자가 포유동물세포에서 선택적으로 스플라이싱되는 것을 발견함으로써 바이러스 뿐 아니라 정상 동물세포에서 일어남이 증명되었고, 진핵생물에서 벌어지는 일반적 현상임이 지속적으로 보고되었다.

선택적 스플라이싱의 종류

선택적 스플라이싱은 기본적으로 다섯 가지로 분류할 수 있다 (그림 2).

그림 2. 전통적인 선택적 스플라이싱의 종류 (출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/wiki/Alternative_splicing#/media/File:Alt_splicing_bestiary2.jpg), 엑손 건너 뛰기(exon skipping), 상호배타적인 엑손(mutually exclusive exons), 선택적 5’ 스플라이스 공여(alternative donor site), 선택적 3’ 스플라이스 수용(alternative acceptor site), 인트론 보유 (intron retention)

엑손 건너 뛰기(exon skipping)

엑손이 미성숙한 mRNA에서 유지되거나 배제된다. 포유류의 가장 흔한 선택적 스플라이싱 기전이다.

상호배타적인 엑손(mutually exclusive exons)

두 개의 엑손 중에 하나만 스플라이싱 후에 mRNA에 최종적으로 유지되고 다른 하나는 배제된다.

선택적 5’ 스플라이스 공여(alternative donor site)

5 ' 스플라이스 공여 부위를 선택적으로 사용함으로써 선택적 스플라이싱을 이룬다.

선택적 3’ 스플라이스 수용(alternative acceptor site)

3 ' 스플라이스 수용 부위를 선택적으로 사용함으로써 선택적 스플라이싱을 이룬다.

인트론 보유 (intron retention)

성숙된 mRNA를 만들 때 인트론이 제거되거나 제거되지 않고 아미노산으로 번역됨으로써 선택적 스플라이싱을 이룬다. 인트론이 보유되었을 때는 코돈 배열이 효율적이지 못함으로써 mRNA 품질 검증 (Nonsense-mediated mRNA decay, NMD)에 의하여 mRNA 자체가 제거될 가능성이 많다. 인트론 보유는 포유동물에서 가장 드문 선택적 스플라이싱의 종류이다.

기타

위의 다섯 가지 기본적인 선택적 스플라이싱 외에 다른 두 가지 부가적인 방법으로 여러가지 프로모터(promoter)의 사용 및 여러가지 폴리아데닐화 부위를 사용하는 기전이 있다.

관련용어

선택적 스플라이싱(alternative splicing), 엑손(exon), 엑손 건너뛰기(exon skipping), mRN, 미성숙mRNA (pre-mRNA), 스플라이싱 활성인자 (splicing activator), 스플라이싱 억제인자(splicing repressor), 칼시토닌(calcitnin), 상호배타적인 엑손(mutually exclusive exons), 선택적 5’ 스플라이스 공여(alternative donor site), 선택적 3’ 스플라이스 수용(alternative acceptor site), 인트론 보유(intron retention), mRNA 품질 검증(Nonsense-mediated mRNA decay, NMD), 프로모터(promoter)

참고문헌

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