유전정보의 전달 및 단백질의 합성

유전정보의 전달 및 단백질의 합성

생명과학의 기초 생화학

Chapter 5

5장의 개요

5.1 전사와 RNA의 가공처리 5.2 유전자코드와 단백질합성 5.3 유전자발현의 조절

5.1 전사와 RNA의 가공처리

RNA중합효소

- β’-소단위체: DNA주형의 부착

- β–소단위체: 촉매활성부위를 갖고 있음

- σ-소단위체: DNA의 특수부위에서 합성의 개시 - (α₂

ββ

- (α₂

ββ

- 비대칭전사: DNA 중 한 가닥만 전사 - σ 인자와 같이 개시되는 RNA사슬

 특수한 증진자 위치에서 완전효소가 비대칭적 전사

원핵세포와 진핵세포의 전사

- RNA중합효소: 전사버블(bubble)의 형성 - RNA합성시 프라이머 없이 이중가닥의

DNA주형

- DNA의 특정한 증진자(promoter)지역에서 전사개시

- 증진자 지역

 6~10개 염기쌍의 이중가닥이 풀림

1. 개시와 연장과정

- 증진자지역: 시그마인자의 부착

 지역 및 근처의 DNA를 푸는 데 관여

 시그마인자 때문에 읽어야 할 한 가닥을 인식 - -10 ~ -35의 중간 여섯 개의 염기쌍

- 증진자의 염기순서

- 전사조절의 능력: 증진자의 염기순서 효율과 강도에 따라 좌우, -10과 -35는 강력한 증진자

- 증진자 사이의 거리: 대부분 17개의 염기쌍 - RNA 5’말단: pppA와 pppG를 갖게 됨으로써

RNA중합효소 α₂

ββ

- RNA의 합성속도 ∝ 개시속도

- 중합효소가 떨어져 나가게 되면 다음 번째의

중합효소분자는 같은 증진자지역에 부착될 수 있고, 효소는 시작되는 지역으로 이동

2. 전사의 종결

- 로(ρ)인자(200,000D, 올리고머단백질) 중합효소와 DNA주형에서  합성된 RNA를 배출시키는 기능 - 단일가닥 RNA가 존재할 때 로(ρ) 단백질은 ATP를

가수분해  헬리케이스의 활성 - RNA-DNA혼성 나선의 파괴

3. 진핵생물에서 전사

- RNA중합효소 I :

핵소체에 있음. Mn²⁺,Mg²⁺ 모두 필요로 함.

500,000~700,000D  라이보솜의 RNA합성

- RNA중합효소 II : 핵 원형질. Mn²⁺이 필수적. 700,000D.

α-아미니틴에 의해 민감하게 방해  mRNA합성에 관여 - RNA중합효소 III : 핵 원형질, tRNA, 5SRNA의 합성에 관여 - RNA중합효소 IV :

내부 마이토콘드리아막에 위치, DNA의 비대칭전사에 관여 - 전사종결부위가 없음  효소의 RNA절단, 효소작업중지

전사의 조절

- RNA의 합성조절, 전사 후 가공처리가 진핵세포와 원핵세포가 다름

- 대장균 증진자  -10지점의 여섯 개 서열

 프립노우상자(pribnow box),

TATAAT(앞의 TA와 마지막 T가 보존성) - 대장균에서 전사의 효율

 증진자가 완전효소에 얼마나 안정한 개시복합체를 만드는가에 좌우,

σ인자에 의해서 전사될 유전자 결정

진핵세포의 전사의 조절 - σ인자 없음

- 구조유전자 전사개시지역 위쪽에

GGGCGG서열을 갖거나 GC상자의 서열 한 개 또는 그 이상을 가짐, 원핵세포의 증진자와

유사한 기능을 가짐

- AT가 풍부한 개시지역  25 또는 30bp 떨어진 TATA상자  전사개시지역에서 -27, -10bp에 위치(원핵세포의 TATAAT와 비슷)

- 많은 진핵세포 -70과 -90 사이에

CCAAT(CAT상자)의 보존된 서열을 가짐

 서열이 바뀌면 효율이 크게 감소

증강인자(enhancer)

- 위치와 방향을 바꿀 수 있는 전사조절인자

- 전사개시지역으로부터 상부나 하부 쪽으로 수천 염기쌍 떨어져 있어도 효과는 동일

- 증진자와 다른 점:

(1) 부위특이적

(2) 증진자와 연계

(3) 특정조직에서 선택적으로 발현되는 유전자

전사활성인자(transcription factor) - 진핵세포에서 특정유전자 선택적으로 발현 - 같은 세포의 서로 다른 개체에서 특수한

단백질의 합성은 10⁹배 차이 - 전사활성인자와 관련 단백질

 DNA증진자 지역에서 선택적으로 결합

 전사활성인자 복합체  σ인자의 기능 - 증진자에 처음 결합하는 전사인자

 TATA-결합단백질(TBP)

 TATA상자에 결합

 전사개시지역 탐색, TFIIA, TFIIB, TAF, TBP, RNA중합효소II와 개시복합체 형성

중개인자의 발견  콘버그(R. Kornberg) - 20여 개의 단백질 집합체

- 모든 진핵세포에 존재

- DNA에 부착  유전자 특수전사활성인자의

신호를 RNA중합효소와 일반적 전사활성인자에 보내는 역할

- 전사개시 집합체구성:

1. DNA 2. 전사활성인자, TBP, TFIIB, E, F, H 3. 중개인자 4. RNA중합효소II

5. 증강인자

전사조절의 중요성 - 전사의 정지: 세포의 생존과 밀접함

 독버섯의 독소, α-아미니틴은 RNA중합효소 II의 강력한 방해제

- DNA  단백질: 전사과정에서만 조절 가능 - 암세포의 성장: 전사과정이 왕성

- 심장병: 전사조절이 문제 - 줄기세포:

각각 다른 기관에서 다른 특수세포로 발전되는 능력  전사조절이 관여

전사 후 RNA 가공처리

- 진핵세포 핵에서 mRNA의 가공처리, 실제 번역은 세포질에서 일어남

- 5’-5’-삼인산 다리  첫 5’-뉴클레오타이드에

7-메틸구아노신  진핵세포에서 개시지역의 신호로 기능  외부핵산가수분해효소로부터 보호

- 켑의 생성: (1) RNA삼인산가수분해효소에서 5’말단의 첫 번째 인산기의 제거

(2) mRNA 구아닐화로 5’-5’다리 형성

(3) 구아닌 7-메틸전달효소  SAM으로부터 구아닌의 메틸화

(4) 전사체 처음과 두 번째 뉴클레오타이드의 O²-메틸화 - 진핵세포의 mRNA는 3’-말단에 250nt의 폴리A꼬리

진핵세포의 유전자 - 발현서열(exon)

- 개재서열(intron, intervening sequence) - 1977년 샤프와 로버츠:

전사초기에는 개재서열을 포함한 전체 유전자의 mRNA가 얻어짐, 그 후에 번역에 필요한

발현서열만으로 mRNA 만듦

이어맞추기(splicing) - 성숙된 mRNA

- 발현서열의 이어맞추기

- 발현서열-개재서열 접합부

 5’쪽 경계지점에 GU, 3’쪽에 AG의 구조 - 이 서열은 이어맞추기접합부 인식에 필요

개재서열이 제거되는 메커니즘 - 개재서열의 아데노신잔기는 구아노신의

결합으로 절단, 5’ 발현구역의 가닥이 배출 - 발현구역의 3’-OH기는 발현구역의 5’말단

인산기와 인산다이에스터결합 형성 - 개재서열은 올가미형태로 제거

스플라이스오솜(spliceosome) - 소핵질 라이보뉴클레오타이드(snRNA)

 유리딘이 많은 U1-snRNA의 5’끝은

5’-이어맞추기접합부의 공통서열과 상보적 - U1-snRNP의 이어맞추기접합부 인식

- mRNA의 이어맞추기에 쓰이는 네 개의 snRNPs는 snRNA중심단백질과 같은 단백질

- 중심단백질은 sn단백질 B,D₁,D₂,D₃,E,F,G로 구성 - snRNA요소  잘 보존된 AAUUUGUGG서열에 결합 - 이 서열은 snRNA 중 U₁-, U₂-, U₄-, U₅-에 존재

구조유전자의 비교 - 원핵세포의 구조유전자

 개재서열이 거의 없음

- 진핵세포에서 개재서열이 없는 유전자

1. 히스톤. 2. 인터페론(항 바이러스 단백질) - 척추동물의 유전자: 발현되지 않은 서열이 80%

유전자 이어맞추기의 생체에서의 역할 - 단백질의 진화를 빠르게 하는 데 기여.

진핵세포의 많은 단백질  모듈로 구성

 신호전달체계의 단백질들이 SH₂, SH₃(Src homology domain)를 가짐,

인접한 개재서열 사이에서 재조합을 통하여 발생 - 하나의 유전자에서 기능이 다른 몇 가지 단백질을

만들기 위하여 변형된 이어맞추기 방법이 사용됨

1. 라이보솜의 RNA 가공처리

- 대장균에서 새로 합성되는 RNA의 40%가 rRNA

- 전사인자 프사이(Ψ)에 의해 rRNA합성 수백배 증가 - 대장균에는 5S, 16S, 23S rRNA

- 가공처리단계에 내부핵산가수분해효소 관여 - 초기에 RNase III, P, E, F

- 성숙된 rRNA  RNaseD, M16, M23, M5

진핵성 rRNA의 가공처리 - 45S 일차전사체 가공처리

 18S, 5.8S, 28S rRNA

- 소수의 진핵성 rRNA의 유전자가 개재서열을 가지며, 자기이어맞추기를 통하여 가공

- 1982년 첵(Tomas Cech):

섬모층의 RNA  라이보핵산의 절단기능 발견

2. 전달RNA의 가공처리

- tRNA의 5’말단생성

 RnaseP(핵단백질)  RNA의 절단

- 진핵세포  일차전사체의 5’말단과 3’-말단 작은 개재서열  가공처리과정에서 제거

- tRNA뉴클레오타이드전달효소

 3’OH말단에 –CCA 한 개씩 첨가

- 여러 변형: SAM tRNA와 mRNA의 염기들에 메틸화 - 일부 황 포함 tRNA  싸이올레이스

- 폴리뉴클레오타이드가인산분해효소

 가역반응으로 촉매 RNA합성

5.2 유전자코드와 단백질합성

유전자코드

- 네 개의 뉴클레오타이드

 20개의 아미노산, 4³ = 64개의 코드 - 1961년 니렌버그(Nirenberg)의 실험 - 대장균의 단백질합성체계 사용

 방사성으로 표지된 아미노산과

폴리유리딜산(poly U)의 혼합물 첨가 - 사용된 아미노산들  페닐알라닌

- 세 개의 뉴클레오타이드  최소단위

- 코라나(Khorana)의 코돈의 합성

 CUC UCU CUC  루신과 세린만 합성 - 61개는 아미노산을 지정

- 3개는 종결코돈: UAA, UAG, UGA  무의미코돈 - 루신: 여섯 개  세 번째 염기의 퇴화

- 페닐알라닌의 코드 UUC, UUU

 세 번째 위치에 들어 맞는 것을 동요(wobble) - 코돈은 XYA 또는 G, XYU 또는 C

- 안티코돈에 I  U, A, C와 모두 수소결합

- AUG코돈:

개시코돈 fMet-tRNA_f^Met 또는 fMet-tRNA_m^Met

 메싸이오닌의 운반체, 개시코돈

 개시인자 IF1, IF2, IF3 또는 mRNA의 이차구조가 정확한 AUG를 선택 사용

- 일반적으로 탄화수소잔기를 갖는 아미노산들은 U나 C를 두 번째 염기로 가짐

 가지사슬의 메틸그룹을 갖는 아미노산은 U를 두 번째 염기로 가짐

 염기성, 산성 아미노산은 A나 G를 두 번째 염기로 가짐

tRNA의 아미노아실화

- 활성화된 아미노산

 해당 아미노아실 tRNA합성효소를 인식 - 특수아미노산에 맞는 자신의 해당하는

안티코돈이 mRNA 염기순서에서 정확한 코돈을 인식

- 성장하는 펩타이드사슬

 번역과정의 라이보솜에 부착

- 아미노산-아데닐산-효소축합체의 형성

 상당한 특이성을 가짐 - 효소의 특이성:

1. 활성화 단계

2. 아미노산 tRNA합성효소단백질

 특수한 아미노산 인식, 특수한 tRNA 인식

라이보솜의 구조

- 라이보솜: 세포에서 가장 큰 분자의 단위체인 라이보핵단백질,

세균에서 ~2.5 x 10⁶D,

진핵세포에서 3.9 ~ 4.5 x 10⁶D

- 16S 라이보솜RNA의 이차 구조 30S 와 비슷 - 삼차구조  전자현미경 관찰  직경 250Å

 X-선회절분석으로 삼차구조를 얻기 위하여, 1980년 요나(Yonath)에 의해 결정 얻어짐

원핵세포의 30S와 50S의 라이보솜구조들의 공통점 -16S와 23S의 rRNA구조:

고리형으로 연결된 나선구조

- 30S, 50S의 경계면에 3’ 말단 작은 영역

 50S 거의 고정, 30S 단백질합성기관에 이동

- 대부분 단백질을 소단위체의 옆이나 뒷면에, 앞면은 두 소단위체의 경계면 형성

- 라이보솜단백질의 대부분 둥근 모양

 소단위체 표면에 위치, 이차구조가 없는 긴 분절된 상태로 존재

라이보솜의 단백질합성시 기능 - 아미노아실부위(A)

 들어오는 tRNA를 받아들이는 곳 - 펩타이드자리(P)

 성장하는 펩타이드사슬에 결합하는 tRNA 펩타이드-tRNA복합체를 받아들이는 부위 - 출구부위(E)

 밖으로 나가는 탈아실화된 tRNA 결합부위 - 50S 소단위체

 터널 직경 15Å(α-나선 통과 크기)

- 큰 소단위체  폴리펩타이드의 연장반응 촉매 - 작은 소단위체  mRNA, tRNA 인식기능

단백질의 합성

단백질 합성기구로 중요한 것 - 1. mRNA 2. 라이보솜: 합성장소

3. 아미노아실화된 tRNA

4. 수많은 효소들과 보조인자

- 세포질에서 운영, 소포체(ER)과 밀접하게 관련 - 마이토콘드리아, 엽록체

 독립적인 단백질합성기구

단백질 합성의 단계 - 아미노산의 활성화

- 폴리펩타이드 사슬의 합성의 개시 - 사슬의 연장

- 합성의 종결

- 합성 후 변형 및 활성화

1. 단백질 합성의 개시

- mRNA가 IF-3 존재하에 30S 소단위체에 결합하여 mRNA-30S-IF3 복합체 형성

- IF-1, IF-2

 fMet-tRNA와 GTP를 30S-mRNA-IF3에 부착

 30s-mRNA-fMet-tRNA-GTP 형성

- 50S 소단위체  복합체 형성  GTP 가수분해

 GDP+Pi, IF1과 IF2로 가수분해, IF3 배출 - 최종생성물

 fMet-tRNA-mRNA를 포함하는 70S 복합체

샤인-달가노 염기순서(Shine Dalgarno sequence) - mRNA에서 개시코돈인 5’-AUG를 정확한 위치로

안내하는 역할

- 5’-개시코돈으로부터 8에서 13번째에 있는 염기

 네 개에서 아홉 개의 퓨린으로 구성된 개시신호

- 모든 단백질의 합성과정에서 시작되는 아미노산이 특별한 tRNA_f^Met와 연결되는 N-포밀메싸이오닌 확인

- 모든 Met-tRNA가 포밀화되지는 않음

- 약간 변형된 염기서열을 갖는 다음 번째의 Met-tRNA^met이 특수개시 tRNA와 작용

- P지역: fMet-tRNA_f가 채워짐

- A지역: AUG근처 코돈에 의해 정해진 아미노아실 tRNA를 수용

2. 연장단계

(1) 코돈의 지시에 따라 새로운 아미노아실-tRNA가 70s 라이보솜에 부착

(2) P지역에 부착된 tRNA의 펩타이드잔기로부터 펩타이드가 A지역에 새로이 들어오는

아미노아실-tRNA에 이동하여 새로운 펩타이드 형성 (3) A지역으로부터 새로이 형성된 펩타이드의 tRNA가

70s 라이보솜의 mRNA의 특수코돈에 붙은 상태로, mRNA가 5’-3’방향으로 움직임에 따라

70S 라이보솜의 P지역에 이동

- 1단계: 새로운 아미노아실-tRNA

 A지역의 mRNA에 의해서 결정된 70S 라이보솜의 A지역에 부착

 GTP, EFTu, EFTs 관여

- 2단계:

· 새로운 펩타이드결합의 형성은 50S 라이보솜 소단위체에 연결된

특수단백질에 의해서 촉매

· P지역의 tRNA와 연결된 펩타이드부분은 A지역의 아미노아실-tRNA의

아미노그룹으로 이동, P지역의 탈아실화된 tRNA는 떠남

 퓨로마이신은 방해

- 3단계:

새로운 펩타이드-tRNA를 라이보솜의 A지역에서 배출되는 탈아실화된 tRNA를 가진 P지역으로 이동  이동효소 EF-G

· 진핵세포의 EF-2

 디프테리아 독소에

의해서 급격히 불활성화

디프테리아 독소의 기능

- NAD⁺ 존재하에 EF-2의 급격한 불활성화 - 디프테리아독소는 세포막에 부착

- 라이보솜체계에서 부착된 EF-2는 세포질 안으로 유입되면 주변에 급격히 확산

3. 종결단계

(1) mRNA에서 종결신호 확인

 RF1, RF2인자 A지역에 부착

(2) 최종의 펩타이드-tRNA의 에스터결합 가수분해 (3) 70S 라이보솜이 30S와 50S 단위체로 분해

IF3는 30S 소단위체  50S 와 30S 재결합 방해 - RF1은 종결코돈 UAA와 UAG인식,

- RF2는 UAA와 UGA 인식,

진핵세포에서는 eRF 한 개의 배출인자 필요 - RF3는 종결코돈의 인식에 도움

번역 후 변형과정과 단백질의 포개짐

(1) 단백질이 실제로 기능을 수행할 수 있는 입체모양으로 포개짐(folding)

(2) 아미노산들의 필요한 변형

(3) 전구상태의 물질이 기능할 수 있는 물질로 변형되기 위한 일부의 제거

(4) 단백질이 기능하는 곳으로 운반되는 일 (5) 단백질이 필요한 곳에 정착되기 위하여

닻(anchor)을 통한 부착

- N-말단의 메싸이오닌이나 f-Met의 제거

단백질의 활성화

- 전구효소로 만들어진 세린단백질가수분해효소들:

트립시노젠, 카이모트립시노젠, 프로카복시펩티데이스

- 신호펩타이드를 포함한 단백질:

전단백질 전구물질(preproprotein)

- 단백질전구체(preprotein)  신호펩타이드 포함

- 유비퀴틴화(ubiquitination):

76개 잔기의 단백질  프로테오솜으로 운반 - 막관통단백질과 분비단백질

 N-말단에 신호펩타이드를 가지고

라이보솜에서 나오면 이 신호펩타이드는 신호인식입자(SRP, signal recognition particle)와 결합

목표찾아가기 및 단백질의 붕괴

- 유비퀴틴: 고등생물의 세포에 존재하는 표지용 단백질

- 잘못 만들어졌거나 수명이 다한 단백질의 폐기장 - 프로테오솜(proteosome)에 이동시킴

- 파괴되어야 할 단백질의 결정은 N-말단 잔기의 구성에 따라 좌우됨  단백질의 반감기 결정 - 기관의 형성:

유전자의 전사, 세포주기의 진행, 부종의 형성, 항체의 기능, 종양억제

단백질 파괴와 생체현상 - 식물의 자생수분억제  E3효소가 관여 - 세포주기에 관여단백질

 E3효소 유사분열 중 염색체분리에 관여 - 염색체간의 연결고리 단백질

 부정확한 염색체의 분리 가능

 유산, 악성종양의 원인

- 암억제유전자 p53  세포주기 억제(수선), 세포사멸의 유도, p53의 양은 E3효소에 좌우

단백질파괴의 응용

- 자궁 경부암 원인균: 파필로마 바이러스 단백질

 유비퀴틴 부착 E3효소의 활성화 - 골수암 치료제 벨케이드(valcade)

 프로테오솜에 작용 기능억제  치료효과 - 알츠하이머병의 원인

 단백질(베타이밀로이드) 제거가능성

DNA칩과 단백질체학

- 세포의 모든 mRNA 전사체의 확인 및 정량화

 어떤 유전자가 활동적인지 확인 가능 - 유리표면에 부착된 DNA조각을 부착시킨

DNA초미세배열(1cm²의 면적에 수십 만 개의 DNA를 배열)

- DNA  mRNA로부터 PCR증폭으로 얻은 cDNA

 기기를 사용하여 합성한 mRNA - mRNA 형광으로 표지  DNA와 혼성화

 혼성화되지 않은 mRNA 씻어냄

 DNA칩상의 형광의 세기

- mRNA가 특정정보의 DNA에 연결하는 정도의 측정 - 종양세포에서 어떤 유전자가 특별히 많이

발현되는지 알 수 있음  정상세포와 비교

 원인물질의 탐색

- 세포가 합성하는 단백질의 완전한 세트

 프로테옴(proteome)

 2차원 전기영동법: 한 방향은 질량의 차이, 수직방향은 등전점

- 단백질체의 연구  단백질체학(proteomics)

5.3 유전자발현의 조절

유전자발현의 원리

- 유전체학: 생명체의 염색체를 구성하는 DNA의 연구 - 원핵생물인 대장균: ~4,300개

- 사람: 26,383개(32억kb 중 29억kb 해독) 그 중 1.4%만이 단백질을 암호화

- 열린해독틀(open reading frame):

다른 유전자와 비교해서 동일한 코돈의 사용의

선호도를 나타내면서 정지코돈에 끊어지지 않는 서열 - 인간의 유전자 예상 50,000~140,000

 예상보다 많은 선택적 이어맞추기

- 기능이 알려지지 않은 유전자  고아유전자 - 인간유전자: 3/4은 다른 종에서 발견됨,

1/4은 다른 척추동물에만,

나머지1/4은 원핵, 진핵생물에도 존재 - 인간의 유전자와 같은 유전자

 효모와 생쥐 등의 모델 생물에서 발견

 기능이 알려진 유전자 10,000개 넘음

- 병의 발생원인: 단일 유전자 때문이 아니고

몇 개의 유전자가 환경적인 요소와 상호작용으로 발생

단일염기다양성(single polymorphism, SNPs) - 인간과 인간 사이의 DNA 서열의 차이에 대한 목록

 평균 1,250bp마다 한 번씩 나타남 - 질병의 감염에 대한 감수성

- 약물에 대한 부작용, 민감성의 차이 - 현재 200만 SNP가 알려짐

 그 중 단백질변이는 1.0% 미만

- 유전자 집단(gene cluster): 유전체에서 특정

단백질을 암호화하는 유전자들과 염색체의 다른

조절부위와 체계적인 구조를 형성하여 유전자 집단을 이룸

- 비전사부위:

대장균 11%, 효모 30%, 인간의 유전체 98%

반복서열

- 비전사 부위 대부분이 반복서열

- 반수체의 유전체의 사본수가 >10⁶인 것

 고반복서열(highly tandem repeats)

 10bp 길이의 서열, 수천 번 반복

- 초원심분리에서 다른 띠의 형성  위성DNA - 고반복 DNA서열

(짧은 연속 반복, STR, short tandem repeats)

 인간유전체의 3% 고반복 DNA서열

두 염기쌍 (CA)n 과(TA)n이 많이 발견 - STR: 가족관계 확인

- STR은 DNA 복제 시에 주형이 미끄러짐으로 나타나는 현상

 반복단위가 짧을수록 더 많은 빈도 - 인간집단의 많은 빈도의 길이 다형성이

나타남

- 몇몇 잘 알려진 STRs(다수 종족의 수많은 인간들에서 반복회수가 알려진 것)의

반복횟수를 조사하여 제공자 알 수 있음 - 계통생물학: 복잡하고 정교한 생명현상을

풀기 위한 새로운 분야, 컴퓨터, 통계 이용

원핵세포의 유전자발현의 조절

- 여러 개의 유전자의 전사가 한번에 일어남 - 쟈콥(Jacob)과 모노(Monod):

대장균의 유전자발현

 락토스의 분해 β-galactosidase 발현 조절

 글루코스 부족시

- 오페론 체계: 한 번에 여러 개의 유전자를 발현

- 갈락토스가수분해효소,

갈락토사이드투과효소(젖당을 세포로 수송), 갈락토사이드아세틸교환효소

 1000배 발현의 증가

- Lac 오페론 속에 연속적으로 배열 - I: lac억제자(lac repressor)

- 억제자(I) +작동유전자(O)  발현 억제 - 유도인자(Inducer)  억제인자  증진자

전사활성화

- 유도인자: 1,6-알로락토스

- 아이소프로필싸이오갈락토사이드(IPTG)

 알로락토스와 유사구조

 갈락토스 가수분해효소로 분해 안 되는 유도인자

- 젖당대사 생체 외 연구에 사용

trp 오페론

- 트립토판이 대량 존재하면 트립토판의 생성을 억제하는 체계가 유전자에 의해서 가동

- trp 오페론: 코리스메이트로부터 트립토판을

합성하는 데 필요한 다섯 개 유전자(두 개는 효소) - trp 억제자

 L-트립토판과 복합체 구성  작동유전자에 결합

 trp 오페론의 발현을 억제  70배 감소

- trp 오페론  최종생성물인 트립토판의 보조인자 - trp 오페론의 작동유전자 하류쪽의 결손된

돌연변이체  trp 오페론의 발현이 여섯 배 증가

- 조절부위는 trpE의 위쪽으로 -30 ~ 60bp위치가 되며, 162bp의 선도서열, trpL에 해당

- 트립토판이 합성되면 trp 억제자에 결합, trp 오페론 전사의 감소

- trp mRNA 중 trpL에 해당하는 140 bp만을 포함하는 것이 점점 많아지고, trp 오페론의 전사가 조기종결

 이런 효과를 조절하는 부위로 감쇠조절자(attenuator)가 존재

진핵세포의 유전자발현의 조절

- 진핵세포의 증진자: -25위치에 TATA상자(원핵 세포의 -10 상자와 유사) - 다른 증진자:

TFIIB인식인자(BRE, recognition element), 개시자(initiator), 아래쪽 증진자인자(DPE, downstream promoter element)

- 증강인자(enhancer):

전사인자가 붙어서 지원  위치의 제약이 없음

- 일반적인 전사인자(GTF):

RNA중합효소와 초기개시복합체 구성 - RNA중합효소 II와 관련 GTF

 TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH - TATA상자 부착단백질(TBP)과

TBF회합인자(TAF)를 포함하고 있는 TFIID가 DNA를 인지하여 부착  TFIIA, TFIIB가 붙은 후 TFIIF가

RNA중합효소와 DNA에 부착

 TFIIE, TFIIH가 붙으면 전사시작

전사활성자 - DNA부착부위:

Zn포함 구성단위, 동종부위, bZIP, bHLH - 전사활성부위:

산성부위, 글루타민 풍부부위, 프롤린 풍부부위 - 어떤 전사인자가 활성화되는가에 따라

유전자-특이하게 발현이 조절

- GAL-4, Sp1, NFk-B, Jun, Fos, Myc, Max

p53 전사인자

- 암억제, 세포주기조절  대표적인 전사인자 - 세포주기에 문제가 생겼을 때 기능

- 세포주기 정지와 세포사멸을 유도

- p53에 문제  세포가 비정상적인 성장

염색질 재모델화(chromatin remodeling) - 염색질구조 변화를 통해 전사 조절

- 진핵세포에서 있는 히스톤 단백질  히스톤코드, 히스톤의 변형, 어떤 효소가 접근하는가에 따라 유전자발현에 차이

- 뉴클레오솜의 재편성  서열특이적 DNA

 표적DNA에 결합하기 전 접근이 용이하여야 함 - 뉴클레오솜 재모델화 가능한 ATP-추진복합체가

염색질에 존재  DNA와 히스톤 상호작용 파괴

 단백질 접근가능

- 염색질 재모델화 복합체 : 1. 염색질에 유동성 부여 2. DNA포장상태 유지

 일시적으로 인자들의 각 서열에 접근 - 히스톤 아세틸화이동효소(HAT):

히스톤의 음하전  DNA와 결합력이 약화

 전사인자, 중합효소 접근 용이 - 히스톤 탈아세틸화효소(HADC):

1. 히스톤의 아세틸그룹 격리

2. DNA와 히스톤 결합 강화  전사 억제 - 히스톤 메틸이동효소:

1. 히스톤 메틸화

2. 다양한 변형  조절에 문제  암 발생

진핵세포의 전사조절 - 활성인자와 억제자에 의해서 수행

 조절장소는 증강인자와 침묵인자가 제공 - 인헨소솜: 전사인자 + 건축단백질이 100bp의

증강인자 위에 협동적으로 작용

- 중개인자: DNA결합 전사활성인자들과 RNA중합효소II 사이의 접촉면 제공

 안정한 초기개시인자

- 핵수용체초가족(nuclear receptor superfamily)

 스테로이드, 홀몬, 비타민 등 150개 - 전사활성은 홀몬반응요소(HRE):

DNA부위를 인식  유전자의 전사의 유도 및 억제

RNA간섭(RNA interference, RNAi)

- 비암호 RNA가 유전자 발현의 조절에 중요한 역할 - 유전자 조절의 간섭  RNA간섭

 저분자 RNA가 mRNA에 결합

 유전자 발현을 억제

- 응용: 1. 유전자 기능의 이해

2. 생쥐에서 간염바이러스의 염증 예방 3. HIV의 복제의 억제

암의 발생, 세포주기와 세포사멸

- 암: 발암물질 또는 다른 원인에 의해 염색체의 이상으로 원발암성유전자가 발암성유전자로 활성화되어 세포성장조절에 이상

- 세포 내부에서 암의 발생 원인

(1) 세포의 성장신호전달체계의 파괴

(2) 암억제 유전자의 돌연변이 및 기능의 상실 (3) 세포사멸 기능의 상실

(4) 세포주기 조절의 파괴  수선기능상실

원발암성유전자 산물의 신호전달체계에서 역할 (1) 성장인자: 상피세포 성장인자(EGF)

(2) 신호의 수용체: 단백질타이로신 인산화효소 (3) 신호의 중간 스위치: G단백질

(4) 인산화효소: 여러 인산화효소들 (5) 전사활성단백질

암억제유전자

- 종양의 감시기능을 통하여 암세포화 억제 - 세포주기의 조절체, 세포사멸 유도

- 유비퀴틴-단백질연결효소 Mdm2  과잉 발현 - p53발현의 조절물질인 ARF가 손실되어

종양감시기능이 상실된 상태가 됨

세포사멸 - 불필요한 세포, 잘못된 세포 - 마이토콘드리아

 세포사멸 조절단백질 Bcl-2, Bcl-X1

 케스페이스8 활성화  세포사멸 - 사이토크롬

c

- DAP 인산화효소 활성  세포사멸 유발 - 사람의 암세포  DAPK 발현이 상실

세포주기 - 세포주기진입

 사이클린과 사이클린 의존성 단백질인산화효소 - 검색점

 세포주기의 변화의 순서와 시기 조절, DNA복제, 염색체분리기능

 확실하게 조절시키는 기능

- DNA 손상시 검색점이 세포주기 진행을 지연 - 암세포  세포주기 검색점 기능 상실