[분자생물학] 전사와 유전자 발현 조절: 원핵·진핵 비교, DNA 결합 motif, 후성유전

전사의 목적: 원핵 대 진핵

원핵생물 — 영양 환경 변화에 적응해 성장과 분열을 최적화

진핵생물 — 발생학적 발달, 조직 분화 같은 발달의 정확한 결정

 

전사 개시: 원핵생물

RNA 중합효소 구성 — α2ββ′ω + σ70

σ70의 특징 — 재사용

개시 순서 — Holoenzyme이 프로모터 −10, −35에 결합 → open complex 형성 → 개시

 

전사 개시: 진핵생물

1단계 — TATA box에 TFIID의 TBP 결합

2단계 — TFIIA, TFIIB 결합. TFIIB는 DNA melting과 pol II를 도움

3단계 — TFIIF가 pol II를 개시 부위에 배치

4단계 — TFIIE → TFIIH 결합 후 개시. TFIIH가 DNA를 풂

 

진핵생물 RNA 중합효소 3종

RNA Pol I — rRNA (5.8S / 18S / 28S)

RNA Pol II — mRNA

RNA Pol III — tRNA와 5S rRNA

암기 축 — 5S rRNA만 Pol III 소관이라는 점

 

개시 조절

원핵생물 — lac 오페론

양성 조절 — cAMP-CAP

음성 조절 — lac repressor

진핵생물 — 프로모터(CpG 섬 여부 등)와 인핸서

 

신장 단계

공통 — 둘 다 5′ → 3′ 방향

원핵생물 시작 — 전사 개시 후 프로모터 clearance가 일어나며 신장 시작

원핵생물 진행 — σ70이 떨어지고 NusA가 결합해 신장 지속

원핵생물 특징 — 전사와 번역이 동시에 일어남

진핵생물 조절 — pTEFb, NELF 같은 신장 인자

진핵생물 특징 — 전사와 번역 장소가 다름

 

전사 종결

rho 의존성 — rho가 헬리케이스로 작용. CG-rich 영역에서 ATP를 써서 전사체 절단

rho 비의존성 — 회문 구조가 머리핀을 형성하고, 뒤에 결합이 약한 다중 A-U 서열이 나와 끊어짐

진핵생물 — 절단 신호 AAUAAA 등장 → RNA 중합효소의 CTD가 endonuclease를 보내 절단

 

DNA 결합 motif

Helix-turn-helix — 박테리아 조절 단백질(repressor 등). 알파나선 2개(약 20 aa), major groove 결합

Homeodomain — 진핵생물 전사인자. 알파나선 3개

C2H2 zinc-finger — 진핵생물 조절 단백질. 아연이 있는 아미노산 고리

C4 zinc-finger — Cys 잔기 4개가 둘러싼 아연 + 수직 알파나선 2개. major groove와 DNA backbone 결합

bZIP — 진핵생물 전사인자. Leu 잔기 2개가 맞물림. 인접한 major groove 2곳과 DNA backbone 결합

bHLH — 진핵생물 조절 단백질. 아미노산 고리로 갈라진 알파나선 2개. 인접한 major groove 2곳 결합

 

RNA 간섭

RNAi의 일반형 — PTGS (전사 후 유전자 침묵)

RNAi가 전사 자체를 저해하는 경우 — TGS

관련 분자 — siRNA, miRNA

 

후성유전 조절

정의 — 유전자 변화 없이 환경 요인으로 특정 형질이 발현되거나 억제되는 현상

메틸화(−CH3) — HDAC 활성화 → 유전자 발현 억제

아세틸화 — HAT가 DNA를 탈응축 → 전사인자 접근 쉬워짐 → 발현 활성

SWI/SNF 복합체 — 염색체가 풀리도록 도움

인핸서 — 발현을 활성화하는 원거리 서열. 접혀서 전사인자 결합을 안정화(DBD, AD 등)

사일렌서 — 발현을 억제하는 원거리 서열. 하나만 있어도 발현이 막힘

대체 가공 — 엑손의 선택적 스플라이싱으로 조직 특이적 발현 조절

 

EMSA

원리 — DNA 조각이 단백질과 결합하면 전기영동에서 이동성 감소

용도 — DNA 결합 단백질의 정량 분석