역전사

요약 RNA를 주형(template)으로 하여 DNA가 합성되는 과정.

역전사(reverse transcription)란 RNA를 주형으로 하여 DNA가 합성되는 일련의 과정을 뜻한다. 역전사를 이해하기 위해서는 먼저 '중심 원리(central dogma)'를 이해해야 한다.

유전 정보의 중심 원리

1952년 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭에 의해서 DNA 이중 나선의 구조가 밝혀진 이후 DNA에 포함된 정보가 어떻게 이용되는지에 대한 연구가 시작되었다. 1958년에 프랜시스 크릭은 DNA에 담겨 있는 정보는 DNA에서 RNA로, 그리고 RNA에서 단백질로 전달된다고 주장하였고, 이 과정을 유전 정보의 '중심 원리(central dogma)'라고 명명하였다. 중심 원리에서 DNA를 주형(template, 틀)으로 하여 상보적인 RNA 가닥을 만드는 과정을 '전사(transcription)'라고 하며, mRNA로부터 폴리펩타이드 가닥을 합성하는 과정을 '번역(translation)'이라고 한다. 중심 원리에 따른 일반적인 정보의 전달은 DNA에서 RNA를 거쳐서 단백질로 이동하지만, 이와 반대되는 흐름이 있다는 것이 최근 연구에 의해 밝혀지게 되었다. 

역전사 효소의 발견

역전사(reverse transcription)는 RNA를 주형으로 하여 상보적인 DNA 가닥을 만드는 과정으로, 중심 원리의 전사와는 정보의 흐름이 반대 방향이기 때문에 '역'전사라고 부른다. 역전사는 1970년 하워드 테민(Howard Temin)과 데이비드 볼티모어(David Baltimore)가 바이러스를 연구하는 과정에서 최초로 역전사 효소(reverse transcritase)를 발견하면서 알려지게 되었다. 역전사 효소는 RNA를 주형으로 하여 이중 가닥의 상보적 DNA(complementary DNA, cDNA)를 합성하는 효소이다. 

역전사의 예시

대표적으로 역전사를 일으키는 것에는 HIV와 B형 간염(hepatitis B) 바이러스가 있다. 이들 바이러스는 유전 정보로 RNA를 지닌다. 바이러스가 숙주 세포에 침입한 후에 자신의 역전사 효소를 이용하여 자신의 RNA를 주형으로 하여 상보적인 이중 가닥 DNA를 만드는데, 이렇게 만들어진 DNA를 프로바이러스(provirus)라고 한다. 이후에 프로바이러스는 숙주 세포의 유전체에 끼어 들어가게 되고, 프로바이러스로부터 전사된 RNA가 피막 단백질에 둘러싸이면서 새로운 바이러스가 만들어지게 된다. 이와 같이 감염과 증식 과정에서 역전사 효소를 사용하는 바이러스를 레트로바이러스(retrovirus)라고 한다. 

역전사 효소는 바이러스뿐만 아니라 여러 진핵 세포에서도 사용된다. 진핵 세포의 유전체는 선형의 DNA로 되어 있으며 말단 부위에는 텔로미어(telomere)라고 하는 반복적인 서열이 나타난다. 이 텔로미어를 반복적으로 합성하여 말단 부위의 길이를 연장하는 데 사용되는 효소인 텔로머레이스(telomerase)가 역전사 효소의 일종이다. 텔로머레이스는 자체적으로 주형 RNA 서열을 가지고 있으면서 RNA 서열에 상보적인 DNA를 선형 DNA의 말단 부위에 만들어 텔로미어를 연장해 주는 역할을 한다.