작은 간섭 RNA

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작은 간섭 RNA

[ small interfering RNA ]

약어 siRNA

작은 간섭 RNA(small interfering RNA, siRNA)는 이중 가닥 RNA의 한 종류로, 전사(transcripion)과정 이후에 mRNA의 활성을 저하시켜 특정 유전자의 발현을 방해하는 역할을 한다. 학계에서는 small interfering RNA의 줄임말인 siRNA를 쓰며 침묵 RNA(silencing RNA)라고도 부르기도 한다.

그림 1. siRNA의 모식도. 구조는 짧은 이중가닥 DNA 서열로서 생체 내 유전자의 발현을 조절한다. (출처: 한국분자·세포생물학회)

작은 간섭 RNA는 양 사슬 3′ 말단이 2염기 돌출한 19 ~ 23 염기 쌍의 2중 나선 RNA로 이루어져 있다. 유전자 발현 조절을 하는 마이크로RNA(miRNA, microRNA)와 비슷하게 RNAi 경로에서 상보적인 배열을 한 RNA를 특이적으로 절단하는 것을 유도한다. DNA에서 mRNA(messenger RNA)로 전환되는 전사과정이 이루어진 후 mRNA의 활성을 저하시켜 결국 mRNA에서 아미노산으로 전환되는 번역(translation) 과정에 이르지 못하게 하여 유전자의 발현이 이루어지지 못하게 한다. 또한 항바이러스 기작으로 RNA 간섭(RNAi, RNA interference)과 관련된 경로에서 작용하거나 염색질(chromatin)의 구조를 형성하는 데에도 관여한다.

목차

  1. 1.발견
  2. 2.기전
  3. 3.활용
  4. 4.관련용어
  5. 5.참고문헌

발견

영국의 데이비드 볼콤(David Baulcombe) 연구그룹이 1999년 전사 이후의 과정에서 유전자 발현에 간섭한다는 사실을 처음 발견하였고, 이후 토마스 투슬(Thomas Tuschl) 및 그의 동료는 합성한 짧은 간섭 RNA가 동물세포에서 RNA 간섭을 유도한다는 사실을 알아냈다. 이러한 발견은 생물 의학 연구와 약물 개발을 위한 RNA 간섭 활용에 대한 관심을 불러 일으켰다. 두뇌로 약물을 전달하는 등의 짧은 간섭 RNA를 이용한 유기 및 무기 치료법이 중요해지면서, 인간을 대상으로 한 약물전달 방법이 확립되어 가고 있다.

기전

그림 2. siRNA 생성 및 작용과정 (출처: 한국분자·세포생물학회)

  1. 먼저 길이가 긴 이중 가닥 RNA(dsRNA, double-stranded RNA)가 다이서(dicer)라 고 불리는 엔도리보뉴클리아제(endo-ribonuclease)에 의해 절단되어, 짧은 간섭 RNA가 된다.
  2. 짧은 간섭 RNA가 세포 안으로 들어가면 유전자 발현억제가 일어나는 장소인 RNA 유도형 사일런싱 복합체(RISC, RNA-induced silencing complex)를 형성하기 위해 다른 단백질과 결합하게 된다.
  3. 짧은 간섭 RNA가 RNA 유도형 사일런싱 복합체의 일부가 되면, 이중 가닥의 형태를 풀고 2개의 단일 가닥으로 변형된다.
  4. 하나의 단일 가닥 짧은 간섭 RNA는 RNA 유도형 사일런싱 복합체에 결합한 상태로 상보적인 mRNA를 찾아 다니고, 목표 mRNA와 결합하게 되면 mRNA를 절단시킨다.
  5. 절단된 mRNA는 세포 내에서 비정상적인 형태로 인식되어서 제거되게 된다. 따라서 이후의 번역과정이 더 이상 이루어지지 않아 아미노산과 단백질 합성으로 이어지지 않고 자연스럽게 퇴화하게 된다.

활용

화학적으로 합성한 siRNA 또는 siRNA를 발현하는 플라스미드 또는 바이러스 매개체를 세포에 도입하여 인위적으로 특정한 mRNA 또는 마이크로 RNA(miRNA) 전구체를 절단, 분해하는 것으로서 특정한 유전자의 발현 또는 miRNA의 기능 발휘를 저해할 수 있다. 세포내 동원체 등에 포함하는 반복 배열에서 생긴 siRNA가 헤테로크로마틴화(heterochromatinization)에 관여하기 때문에 헤테로크로마틴 형성을 인위적으로 유도하는 기전으로도 사용할 수 있다.

관련용어

전사과정(transcripion), 번역(translation), 침묵RNA(silencing RNA), 마이크로RNA(miRNA, micro RNA), mRNA(messenger RNA), RNA간섭(RNAi, RNA interference), 염색질(chromatin), 엔도리보뉴클리아제(endo-ribonuclease), 다이서(dicer), RNA 유도형 사일런싱 복합체(RISC, RNA-induced silencing complex), 헤테로크로마틴화(heterochromatinization)

참고문헌

Paul CP, Good PD, Winer I and Engelke DR (2002) 'Effective expression of small interfering RNA in human cells' Nat. Biotech 20: 505–508.

Waterhouse PM, Wang MB, and Lough T (2001) 'Gene silencing as an adaptive defence against viruses' 411(6839):834-842.

C. David Allis, Marie-Laure Caparros, Thomas Jenuwein, Danny Reinberg, Monica Lachner, Epigenetics 2nd, CSH press.

Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter, Molecular Biology of The Cell 5th, Garland Science.