2-1. Bacterial transcription (1. sigma factor)

• 들어가기 전에
  첫 포스팅에서 말했다 시피, 이 포스팅은 전격 반말 포스팅으로 진행됩니다!
• 생물학적 지식은 아직도 밝혀지고 있는 만큼, 제가 잘못 쓴 용어와 내용이 많을 수 있습니다. 언제든 지적은 겸허히 받아들이겠습니다!

Transcription : Prokaryote (1. $\sigma$factor)

첫 번째 시간이야! 오늘은, RNA polymerase가 어떻게 생겼는지 간단하게 본 다음 그 중에 $\sigma$가 중요하다는 사실을 밝힌 실험을 간단하게 살펴보려고해.

RNA polymerase 의 구조

일단, 우리가 지금 하는 이야기는 prokaryote에 대한 이야기라는 것을 잊으면 안돼! Prokaryote의 경우에는 RNA polymerase가 하나지만, eukaryote의 경우에는 세 개가 있거든. Prokaryote의 RNA polymerase는 어떻게 생겼냐 하면…

그림출처

ㅋㅋㅋㅋ 조금 더 보기 편한 그림으로 볼까?

그림출처

$\alpha, \beta, \beta', \omega, \sigma$의 다섯 가지 subunit으로 이루어져있다고 했던거, 기억나지? 이 것들이 뭉쳐서 전사를 시작하면 요렇게 된단다.

그림출처

각각의 subunit의 분자량은, 아래와 같다고 측정되었어.

$\beta = 150$kDa, $\beta ' =160$ kDa, $\sigma = 70$kDa, $\alpha=40$kDa

$\sigma$ factor의 중요성 (1)

$\sigma$ factor의 역할에 대해서 알게 된 실험은 바로, Core enzyme과 holoenzyme의 전사 activity 를 비교한 실험이야. $\sigma$ factor가 없는 놈을 Core enzyme이라고 부른댔지? $\sigma$ factor가 있으면 activity 가 훨씬 더 높아지더라…라는 것을 확인하긴 했는데, 실제 실험 결과를 가져올게.

그림출처 - R. Weaver, Molecular Biology, 4th Ed., Chapter 6

Intact DNA

자, 첫째줄은 intact DNA, 즉 다른 단백질들이 함부로 공격할 틈을 주지 않도록 완전봉쇄가 되어있는 DNA에 대한 결과야. 이 경우에는 $\sigma$ factor가 없을 때 activity 가 확연히 떨어지는 것을 볼 수 있고, $\sigma$ factor를 넣은 순간 activity가 확 올라가. 즉, $\sigma$ factor가 전사에 중요한 영향을 미치겠구나~ 라고 생각하고 끝낼고 했는데…

nicked DNA

두번째 줄의 결과는 좀 이상했어. nicked DNA, 즉 다른 단백질들이 조금은 공격하기가 쉽도록, DNA의 한 쪽 가닥을 군데군데 끊어놓은 DNA는 $\sigma$ factor가 없어도 어느정도 전사가 일어나는 것을 발견했지. 물론, $\sigma$ factor를 넣은 이후에는 activity가 훨씬 높아지기는 했지만 말이야. 그래서, 이것이 가지는 의미가 뭘까… 가만히 생각을 해보고 이런 가설을 세웠더랬지.

• $\sigma$ factor가 전사를 하는, 특정한 DNA strand가 있는건가?

즉, nicked DNA가 core enzyme과 반응할 때의 activity는 아무데나 공격을 하기 때문에, 말그대로 아무 RNA가 나올 것이고, $\sigma$ factor는 specific 하게 뭔가를 잡아주는 역할을 한다면 특정한 RNA가 대부분 나올 것이다….라는 가설을 세운거야. 이것은 곧 다음 실험에서 증명이 돼.

$\sigma$ factor의 중요성 (2)

어떤 실험을 했느냐, 바로 RNase라는 효소를 사용한 실험이야. RNase의 역할은 아래와 같아.

• single strand로 남아있는 RNA를 분해하고, double strand로 남아있는 RNA는 분해하지 않는다.

그러니까, 이런 생각을 한거야.

1. 일단 in vivo 에서, 특정한 RNA를 만들어 놓고 (편의상, 1번 RNA라고 부르자.)
2. $\sigma$ factor가 있는 holoenzyme을 이용하여 in vitro에서 특정할 것이라고 예상되는 RNA를 만든다. (편의상, 2번 RNA라고 부르자.)
3. $\sigma$ factor가 없는 core enzyme을 이용하여 in vitro에서 아무 RNA를 여러개 만든다. (편의상, 3번 RNA라고 부르자.)
4. 1번과 2번은 똑같이 특정한 RNA니까, 염기서열이 똑같은 두 개의 RNA가 나올 테니 상보적 수소결합을 안하겠지. 전!혀!
5. 3번은 특정한 RNA가 나올 수도 있고, 특정하지 않은 RNA도 나올 수 있단 말이야. 그러니, 1번 RNA와 상보적인 수소 결합을 이루는 RNA가 조금 나올 가능성이 있다는 거지! 즉, double strand RNA가 나올 가!능!성!4번보다 훨씬 더 높을거다는 거야.

조금 감이 오니? 그림으로 요약해볼게..

그림출처 - R. Weaver, Molecular Biology, 4th Ed., Chapter 6

그러니까, 4번경우에는 single strand RNA가 두 가닥 따로 있을 테니까 RNase에 꼼짝없이 전부 당해버릴거야. 하지만 5번의 경우에는 double strand RNA 두가닥이 있는 경우도 간혹 생길테니, RNase sensitivity가 4번보다 낮을거라는 예측이 가능한거지.

그리고 결과는

예상대로, $\sigma$ factor가 없을 때 RNase sensitivity가 30%정도 낮았어. 즉, $\sigma$ factor가 없이는 정확한 전사를 하기가 조금 힘들다는 거고, 또 하나의 결론은 core enzyme자체만 해도 기본적으로 RNA를 합성할 수 있는 능력이 있다는 사실을 얻은거지.

오늘의 결론

• $\sigma$ factor는 정확한 transcription 결과물을 얻을 수 있게 해주는, specify promoter역할을 하는 중요한 subunit이다.
• $\sigma$ factor가 없는 core enzyme도 기본적인 RNA synthesis능력을 가지고 있다.

다음 시간 예고

다음 시간에는, 이 subunit들로 이루어진 RNA polymerase가 어떻게 붙는지, 어디에 붙는지를 조금 더 자세히 알아볼거야. Initiation이 일어나기 좀 더 전에, 어떻게 제 위치를 찾아서 잘 인식을 하는지, promoter에 대한 연구를 보면서 얘기해보자구. 그럼 다음에 봐!