Chp16 short non coding RNA & Gene silencing 2

Molecular Biology of RNA 2nd edition (David Elliott & Michael Ladomery)

 

이제 앞에서 배운 내용을 토대로 Transposon을 억제하기 위한 기전을 소개해볼까 한다. 개인적으로 몹시 신기했던 주제다. 왜냐면 대학 다니는 4년동안 나는 처음 들어본 내용이니까... ^^; 물론 면접 공부 하다가 느끼는 건데 생각보다 몹시 많은 내용을 과거에 공부했긴 하더라. 

 

각설하고. 

 

Transposon

Transposon 또는 Transposable element는 움직일 수 있는 유전자를 일컫는다. 옮겨 다닐 수 있는 유전자는 놀랍게도 human gene의 45% 정도를 차지하고 있다고 한다. Transposon은 크게 두 가지 종류가 있는데 하나는 RNA로 전사된 뒤 다시 DNA로 복제되어 삽입되는 Retrotransposon(copy&paste, 43%)이고 다른 하나는 그냥 잘려서 옮겨가는 DNA transposable element(cut&paste, 2%) 이다. 

 

Retrotansposon	DNA transposable element

 

근데 만일 허구한 날 유전자가 옮겨 다닌다면, 아마도 생명체는 오래 살지 못했을 것이다. 무작위하게 끼어들어가면 정상 단백질이나 RNA를 만드는데 어려움이 생기기 때문이다. 따라서 생명체들은 이러한 Transposon을 억제하는 기전을 발달시켰다. 그리고 기전이? 맞다. 바로 앞 포스팅에서 언급한 것들을 통해서이다! 하나씩 살펴보도록 하자. 

 

Plant의 억제 기전 

a. PTGS: RISC 형성해서 target mRNA 분해

b. TGS: Hypermethylation of cytosine (CpG or CNG)

TE RNA가 Ago4/6과 association하면 RNA pol V에 의해서 siRNA가 생성된다. (RNA pol V는 siRNA 형성에 관여하는 RNA polymerase) Ago4/6과 생성된 miRNA가 결합하면 Cytosine에 methylation이 일어난다. C의 methylation은 KYG에게 인식되어 Histone methylation을 유도해 염색질의 응축을 유도한다. 또 Methylation된 히스톤은 CMT2/3에 의해 인식되어 Cytosine의 methylation을 유도한다. (positive feedback)

 

 

Tetrahymena thermophila의 기전

먼저 이들의 생식 주기를 알아야 할 필요가 있다. Tetrahymena는 Micronuclei, Macronuclei라는 두 개의 핵을 가진다. Micronuclei는 염색체들이 diploid로 존재하며 전사되지 않는다. 반면 Macronuclei에서는 전사가 활발히 일어나며, polyploid이고 transposon이 활성을 가지 못한다. 이들은 starvation이 오면 생식을 시도하는데, 이 때 융합해 micronuclei만 교환하게 된다. (conjugation) 

Conjugation이 일어난 이후에, Micronuclei에서 전체 전사가 이뤄진다. (Whole transcription) 이후 모든 전사체들은 Dicer에 의해서 chopping 된다. 잘린 RNA는 Twi1p(Ago)와 결합하여 유사 RISC를 형성한다. 이 때 old macronuclei에 상보가닥이 없어서 살아남은 가닥만 new macronuclei로 이동해 transposon을 응축하게 된다. (Macronuclei에는 transposon을 제외한 모든 전사체들의 정보가 남아있다. 따라서 제거되면 안되는 유전자들의 anti-sense RNA는 사라지고, transposon의 anti-sense RNA만 남아 새로운 macronuclei에서 gene silencing을 유도하게 된다.)

 

Drosophila의 기전(PIWI/Aub - piRNA)

 lncRNA(piRNA cluster, pre-piRNA, TE와 potential piRNA 포함)이 전사되어 cytosol로 나오면 Zucchini에 의해서 24~30NT의 piRNA로 절단된다. 이 때 sense와 anti-sense RNA 모두 형성된다. 이 중 Antisense는 PIWI/Aubergine과 complex를 형성한다. 형성된 Complex는 anti-sense를 guide RNA로 사용하여 transposon을 분해한다. 분해된 Transposon은 Ago3에 결합하여 pre-piRNA를 chopping한다. 정리하자면 piRNA로 Transposon을 잘랐더니, 잘린 Transposon이 piRNA를 더 만드는 일종의 positive feedback인 것이다. 이런 현상을 특별히 ping pong amplification loop이라고 한다. 

 

 

 

이렇게 한 학기 동안 배웠던 내용을 악으로 깡으로 어떻게든 완성하고 나니 왠지 모를 뿌듯함과 아련함이 몰려온다. 어떻게 생명체는 miRNA라는 기전을 이용할 생각을 한 걸까? CRISPR-Cas9을 생각해보면, 아주 오래전부터 자연스럽게 진화해온 기전이란 생각이 들긴 한다. 과학은 참 신비로워...