유전자 발현 조절

S l e e p i n g d o g s o f t h e g e n o m e !

4.

유전자 발현 조절

유전자 발현 조절

 유전자 발현 조절 필요성

• 단일세포 수정란이 분열하여 만들어진 각각의 조직과 기관의 세포들의 모두 동일한 유전자 를 지니고 있다. 그러나 발생이 진행되고 개 체가 성립됨에 따라 조직과 기관의 구조와 기 능이 다르다.

• 이것은 각 조직과 기관을 이루는 세포에서 유 전자의 발현을 적절히 조절하기 때문이다. 즉, 세포, 조직, 기관이 특수화 되는 것은 적절한 시기에 특정 유전자가 작동하도록 유전자 발 현이 조절되기 때문이다.

• 최근 환경적 영향으로 유전자 발현에 차이가 나타나고 그 차이를 내는 유전자발현조절 메 카니즘이 다음 세대에 전달되어 질 수 있다는 것이 여러 연구들을 통하여 밝혀지고 있다.

수정란

혈액 조직 근육 조직

신경 조직

1. 원핵생물 발현 조절

1. 원핵생물의 유전자 발현 조절

 오페론(operon)

•

원핵생물에 만 존재하는 유전자 집단(프로모터+ 작동유전자+구조유전자)

•

연관성 있는 유전자들을 오페론으로 묶어 한꺼번에 조절하면 유전자의 발현이 쉽게 통 합∙ 조절 될 수 있다.

[프로모터 promoter]

DNA에서 mRAN 중합효소가 최 초로 결합하는 곳

[작동유전자 operator]

억제물질이 결합하는 곳(on/off) [구조유전자 structure gene]

mRNA로 전사되는 곳

• The lac operon is an example of an inducible operon - it is normally off, but when a molecule called an inducer is present, the operon turns on.

• The trp operon is an example of a repressible operon - it is normally on but when a molecule called a repressor is present the operon turns off.

1-1. 젖당 오페론( lac operon)

1. 젖당 오페론

•

젖당 분해에 관여하는 유전자를 포함한 오페론

• Repressor (lacI) gene

• Repressor gene (lacI) - produces repressor protein w/ two binding sites, one for the operator and one for lactose

• The repressor protein is under allosteric control - when not bound to lactose, the repressor protein can bind to the operator

• When lactose is present, an isomer of lactose, allolactose, will also be present in small amounts. Allolactose binds to the allosteric site and changes the conformation of the repressor protein so that it is no longer capable of binding to the operator

1-1 .(Cont.)

2. 젖당이 없을 경우

• Repressor (lacI) gene

• Repressor gene (lacI) produces repressor, which binds to the operator. This blocks the action of RNA polymerase, thereby preventing transcription.

1-1 .(Cont.)

3. 젖당이 있을 경우

• Repressor (lacI) gene

• Repressor gene (lacI) produces repressor, which has a site for binding with allolactose

• The allolactose/repressor compound is incapable of binding w/ the operator, so the RNA polymerase is uninhibited

• once the concentration of lactose decreases, the repressor-allolactose complex falls apart and transcription is again inhibited

1-1 .(Cont.)

4. 복잡한 젖당 오페론

1-2. 트립토판 오페론( trp operon)

1. 트리토판 오페론

•

트립토판 생성효소 합성 조절

•

repressible operon. normally on

2. 트리토판 없을 경우

•

억제물질은 불활성화 상태로 작동 유전자에 결합을 못하므로 구조유 전자의 전사가 일어난다. 그에 따라 트립토판 생성효소가 만들어지고 트리토판이 생성된다.

3. 트리토판 있을 경우

•

억제물질과 트리토판이 결합하여 복합체를 만들고 이 복합체가 작동 유전자에 결합하여 RNA 중합효소 가 프로모터에 결합하는 것을 방해 한다. 그 결과 구조유전자 전사가 일 어나지 않으며, 트립토판 생성효소 가 만들어지지 않는다.

2. 진핵생물 발현 조절

1. 전사 단계 조절

•

DNA 응축과 유전자 발현 : DNA 응 집의 정도를 조절함으로써 유전자 발현 조절

☞

바소체(barr bady) : 여성 X염색 체 중 하나가 응축되어 기능적 불활성. 남성 X염색체와 비율 맞 춤

☞

퍼프(puff ) : 유전자가 활성화 되 어 부풀러 올라 다량의 RNA를 합성하는 부위 (곤충 유충시기)

•

전사 개시 단계 조절: 자신의 프로 모터와 자체 발현을 조절하는 염기 부위 존재

2. 진핵생물 유전자 발현 조절

2. (Cont.)

2. RNA splicing 과정을 통한 세포질로 이동 단계의 조절

3. 번역과 그 이후 단계 조절

• mRNA 분해속도 조절 : mRNA 수명이 긴 것이 훨씬 많은 단백질을 번역에 참여

• 단백질 활성화와 분해 조절 :단백질 합성이 끝나고 폴리펩타이드 활성화 과정을

거쳐야 하는데 이 과정을 조절함으로써 세포 내의 단백질 양 조절. 필요에 따라

세포 내 단백질을 선별적으로 분해함으로써 단백질의 양과 종류를 적절히 조절

시킨다.

진핵생물 유전자 발현 조절 요약