2-1. Bacterial transcription (0. Outline)

• 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, 전사

우리 몸에서 가장 중요한 것을 하나만 꼽아보라고 하면, 단백질을 꼽을 수 있을거야. 그 단백질이 어떻게 만들어지는가, 에 대한 얘기가 바로 Central Dogma였고. DNA에서, RNA가 된 다음, protein 까지 만들어지는 전체적인 과정이 바로 우리 몸에서 중요한 역할을 차지하고 있는 것은, 아무리 강조해도 모자라지 않아. 그 중에, DNA에서 RNA를 만드는 transcription 과정 부터 차근차근 알아볼게.

일단은 전체적인 메카니즘을 좀 정리해보고, 그 중에서 중요한 메카니즘을 밝혀낸 몇 가지 실험, 원리, 결과 해석을 짤막짤막한 여러 개의 포스팅으로 나누어 여러번 소개하고자 해.

그리고, 우리가 앞으로 살펴볼 내용의 대부분이 prokaryote와 eukaryote의 메카니즘이 살짝식 다르기 때문에, prokaryote의 경우를 먼저 살펴본 후 eukaryote에서 비슷한 것/다른 것 위주로 설명을 해볼까 해. 일단 이번 포스팅에서는 Transcription에서 어떤 이야기를 할 지 전체적인 그림을 그려보고 시작할게!

Prokaryote

원핵생물, prokaryote의 전사 과정에서 살펴볼 내용들은 아래와 같아.

1. RNA polymerase에 대하여
2. 어떻게 시작할 부분을 인식하는가? - Promoter
3. 어떻게 시작하는가? - Initiation
4. 어떻게 전사를 진행하는가? - Elongation
5. 어떻게 전사가 끝나는가? - Termination

단순히 과정을 외우고 싶은 사람이라면, 이번 포스팅만을 보고 끝내도 좋아. 하지만 그것보다는 좀 더 자세한 얘기를 하는 게 내 목표기 때문에, 각 현상들을 밝히기 위한 실험들에 대한 이야기를 해주고자 하는거야!

Prokaryote의 transcription

1. DNA 에서 RNA가 되는 것은, RNA polymerase가 관여해. RNA polymerase는 $\alpha_2 \beta \beta' \omega$로 이루어진 catalytic subunit 과 $\sigma$로 이루어진 specify promoter로 구성되어 있지. 일반적으로, $\alpha_2 \beta \beta' \omega$ 는 initiation 이 일어나는 부분 근처에 붙어있다가, $\sigma$가 함께 결합하면 그 때부터 본격적인 transcription이 일어난다고 알려져있어. 보통 core enzyme이라고 하면 $\alpha_2 \beta \beta' \omega$만을 의미하고, 거기에 $\sigma$가 결합하면 holo enzyme이라고 불러.

2. 이 때, 모두들 한 번쯤 헷갈린 경험이 있을 ‘coding/anti-coding strand, sense/antisense strand, template/non-template strand’에 대해 좀 얘기를 해보고자 해. 두 가닥으로 이루어진 DNA 중에서, 한 가닥(A strand라고 이름을 붙이자!)만 ‘Template’로 삼아서 그와 상보적인 염기를 붙인 후 RNA를 만든다면, RNA의 서열은 B strand에서 T만 U로 바꾼 결과를 얻게 될거야. 그러니까,

   • A strand 는, RNA polymerase가 template로 삼는 strand니까 ‘Template strand’, B strand는 RNA polymerase가 template로 삼지 않으니까 ‘non-template strand’라고 부르겠지.
   • B strand 는, 결과적으로 나온 RNA와 sequence가 똑같아. 그래서 B strand를 ‘coding strand’라고 부르고, 반대로 A strand는 결과 RNA와 complementary 한 놈이니까 ‘anti-coding strand’라고 부른대.
   • Coding strand의 또 다른 이름은, Sense strand야. 그러니까, 전사된 RNA와 같은 sequence를 지닌 strand인 B strand가 sense strand, A strand가 anti-sense strand가 되겠지?
   • 이 그림을 보면 한 번에 이해가 될거야.
     
     그림 출처

3. 일단 $\sigma$ factor가 결합을 하면(즉, holo enzyme전체가 DNA에 붙으면), template와 non-template strand가 수소결합을 이루고 있다가 살짝 풀리기 시작해. 그걸 open promoter complex라고 부르고, 이 때부터 transcription이 활발해질 준비가 되는거지.

4. 그런데, 본격적인 transcription이 일어나기 전에도 RNA polymerase로 염기들이 하나, 둘씩 소심하게 들어오는 과정이 있어. 이 때 10개의 염기보다 적은 수로 이루어진 RNA는 그냥 작은 조각이 되어 없어지고, 10개가 넘었을 때 부터 본격적으로 transcription이 일어나. 이렇게 ‘들어갈까 말까 눈치를 보는’ 초기 단계를 바로 abortive transcription이라고 불러.

5. $\sigma$ factor는 transcription이 시작하는걸 촉진 시킨 다음 RNA polymerase를 떠나고, 다른 $\alpha_2 \beta \beta' \omega$(core enzyme)에 붙기위한 여행을 시작해.

6. 남아있는 core enzyme은 이제 본격적으로 RNA를 합성하기 시작하는데, RNA polymerase는 가만히 있고 DNA가 조금씩 움츠렸다가 펴지면서 앞으로 조금씩 나가는 모습을 보인대. 그걸 DNA-scrunching 이라고 불러. 보통 두 개의 염기까지는 scrunching 없이 RNA polymerase 혼자 합성이 가능하고, 그 다음부터는 scrunching이 필요하다고 알려져 있어. 그리고 이것이 바로 4번에서 말한 abortive transcription이야.

7. 쭉~ 합성을 해 나가는데, DNA의 template strand에 RNA가 계속 상보적으로 붙어있는 건 아니야. 8개 정도의 염기쌍만 염기들이 수소결합을 통해 결합하고 있고, 나머지는 DNA에 붙어있지 않아. DNA-RNA hybrid는 8개 정도만 이루어지더라~ 라는 거지.

8. 이제 적당히 끝날때가 되었으면, termination이 일어나. termination 은 $\rho$라는 단백질이 관여하는, $\rho$ -dependent termination 이 있고, 관여하지 않는 $\rho$ -independent termination 이 있어.

뭐 좀… 많지? ㅋㅋㅋ 1~5에서 얘기한게 initiation이고, 6~7에서 얘기한게 elongation, 8에서 얘기한게 termination이야. 보통 크게 세 단계로 나누어서 얘기를 하고, 그 중에 많은 책들..에서 중점적으로 다루고 있는 내용이 initiation이야. 그 만큼 ‘어떻게 시작하는가?’에 대한 연구가 많이 이루어졌고, 그걸 많이 궁금해 했다는 얘기가 되겠지.

뭐 별로 간단한 과정은 아니지만, 그나마 가장 간단하게 모든 것을 담고 있는 그림이 아래의 그림인 것 같아. ㅋㅋ 대충 이런 일이 일어난다는, 큰 그림을 머릿속에 담아두고 앞으로의 포스팅을 접하면 도움이 많이 될거야.

그림 출처

다음 시간 예고

천천히, initiation부터 시작해볼게. 일단 RNA polymerase에서 $\sigma$ factor가 중요한 역할을 한다고 알게 된 실험부터, 함께 분석해보자~