인트론

인트론은 유전자 염기 서열의 일부분으로 RNA로 전사된 후 최종 RNA로 변형되는 과정에서 제거되는 부분이다. 전령 RNA(mRNA), 리보좀 RNA(rRNA), 전달 RNA(tRNA) 등 여러 RNA에 존재하는 데 각각의 종류에 따라 인트론을 제거하는 기작은 서로 다르다.

인트론(intron)과 스플라이싱(splicing) (제작: 김선영/한국생명공학연구원)

목차

인트론은 1977년 아데노바이러스(Adenovirus)의 유전자 발현을 연구하는 과정에서 미국 콜드 스프링하버 연구소의 리차드 로버츠(Richard Roberts) 교수 연구진과 미국 MIT 대학의 필립 샤프(Philip Sharp) 교수 연구진에 의해 독립적으로 발견되었다. 두 연구진은 아데노바이러스의 DNA와 전령 RNA(mRNA)를 서로 결합시키는 실험을 수행하였는데, 전령 RNA에는 없고 DNA 부분에만 존재하면서 고리(loop)를 형성하는 모습을 관찰하였는데, 이후 DNA와 전령 RNA(mRNA)의 염기서열을 직접 비교하여 전령 RNA에는 존재하지 않고 DNA에만 존재하는 부분을 발견하고 intervening sequences라는 의미로 인트론(intron)이라 명명하였다. 로버트 교수와 샤프 교수는 이 발견의 공로로 1993년 노벨 생리의학상을 공동으로 수상하였다.

인트론은 제거되는 기작에 따라 스플라이스좀 인트론(splicesomal intron), 그룹 1 인트론(Group I intron) 및 그룹 II 인트론(Group II intron)으로 구분된다.

진핵생물에서 관찰되는 스플라이스좀 인트론(splicesomal intron)은 전-전령 RNA(pre-mRNA)가 전령 RNA(mRNA)으로 성숙하는 과정에서 스플라이스좀이라는 단백질과 RNA 복합체에 의해 제거된다. 이 때 인트론과 엑손(exon)의 경계 부분에 존재하는 GU-AG 혹은 AU-AC 염기서열이 인식되어 스플라이스좀 복합체에 인식된다.

그룹 1 인트론과 그룹 2 인트론은 단백질의 도움 없이 RNA 그 자체만으로 스플라이싱이 이루어지기 때문에 자기 스플라이싱(self-splicing)하는 인트론으로 분류된다. 그룹 2 인트론은 원핵생물과 진핵생물 내 미토콘드리아나 엽록체와 같은 소기관에 있는 일부 유전자에서 관찰되고, 그룹 1 인트론은 일부 진핵생물의 핵 내 리보좀 RNA(nuclear rRNA)와 일부 원핵생물에서 관찰된다. 미국 콜로라도 대학의 토마스 체흐(Thomas Cech) 교수와 미국 예일대학의 시드니 알트만(Sidney Altman) 교수는 각각 rRNA 유전자의 자기 스플라이싱과 tRNA의 자기 스플라이싱을 연구하여 리보자임(ribozyme)의 기능을 규명한 공로로 1989년 노벨 화학상을 수상하였다.

인트론은 진핵생물 세포에서 관찰되는데, 그 빈도는 생물체마다 크게 차이가 난다.

인간 세포의 경우 단백질을 만드는 19,670개의 유전자 대부분에서 인트론이 존재하는데 총 182,713개의 인트론이 존재한다. 인간 유전자 중 가장 긴 길이의 유전자 중 하나인 다이스트로핀 유전자(DMD)의 경우 유전자의 길이가 총 2,220,382 bp에 달하는데, 총 길이의 2% 정도를 차지하는 79개의 엑손 사이에 78개의 인트론을 가지고 있다. 또 다른 예로 타이틴(Titin) 유전자의 경우 281,434 bp 길이에 364개의 인트론을 가지고 있다. 반면 빵을 만드는데 널리 사용되는 분열 효모의 경우 총 6,000개의 유전자 중 인트론은 겨우 313개만 존재한다.

인트론의 가장 중요한 기능은 엑손들이 서로 다른 조합으로 결합할 수 있도록 함으로써 동일한 유전자로부터 다양한 기능을 가지는 서로 다른 단백질을 만들어 내는 것이다. 예컨대, 근육세포에서 중요한 역할을 하는 다이스트로핀 유전자(DMD)의 경우 79개 엑손이 서로 다른 조합을 통해서 총 30개의 서로 다른 단백질을 만들어 낼 수 있다. 이러한 선택적인 스플라이싱(alternative splicing)을 통해 동일한 유전자로부터 서로 다른 단백질을 만들어 낼 수 있고, 조직 특이적인 발현에 중요한 역할을 한다.

최근에는 인트론 내에 존재하는 다양한 발현 조절 인자들이 밝혀지고 있는데, 이러한 발현 조절 DNA 염기서열을 통해 인접한 유전자들의 발현을 조절할 수 있다.

유전자(gene), 리보좀(Ribosome), 아데노바이러스(Adenovirus), 진핵생물(eukaryotes), 엑손(Exon), 원핵생물(prokaryote), 엽록체(Chloroplast), 미토콘드리아(mitochondria), 리보자임(ribozyme), 분열효모(Schizosaccharomyces pombe), 효모(Yeast)

김선영/한국생명공학연구원

송홍규/강원대학교