RNA ? 내가 정말 모르고 살았구나.. NAT.. 뿌린놈..키운놈.. 먹는놈(5)

먹는 놈(들)…

오늘은  siRNA와  microRNA가 어떤 차이와 장단점을 가질 수 있는지에 대해 이해하기 위해 좀 과학적인 이야기를 해야겠다.

 

우선 둘간의 공통점을 보면 아래와 같다.

1. 세포내에서 mRNA에 결합하여 작용한다.

2. 크기가 21 nt 전후이다.

3. RISC에 구성요소인  argonaute이라는 단백질에 단일가닥(single strand)로 결합한다.

4. RISC 결합하기 전까지는 RNA duplex로 있다.

이를 설명하는 좋은 그림들이 많이 있다. 아래를 한번 보자.

Source: He L, Hannon GJ. “MicroRNAs: small RNAs with a big role in gene regulation”. Nat Rev Genet. 2004;5(7):522-31

Source: He L, Hannon GJ. “MicroRNAs: small RNAs with a big role in gene regulation”. Nat Rev Genet. 2004;5(7):522-31

우선 siRNA는 기본적으로 외부에서 침입하는 유전자들에 대한 방어 기전(defense mechanism)이다. 외부에서 침입하는 duplex RNA를 인식한 후 깍두기 자르듯 일정 크기로 잘라서 (Dicing) 그 중 하나의 가닥이 Argonaute과 결합하면… 결합된 21개까지 siRNA가 Argonaute을 포함하는 RISC 를 자신이 왔던 duplex RNA로 인도하게 된다. 그리고는 자신의 애비(?)를 막 자르게 한다.

방어기전이니 목적은 해당되는 표적  mRNA를 아예 없애버리는 것이다.

이에 반해서 microRNA는 원래부터 genome에 있는 것으로 목적이 단백질의 생산 정도를 아주 미세하게 조절하기 위한 것이다. 단백질 생산이야 mRNA의 양을 조절하면 어느정도 조절되지만, microRNA 때문에 하나의 mRNA가 매우 많은 숫자의  microRNA의 영향을 받아 매우 미세하게 단백질 생산의 양을 조절하게 된다.  보통 microRNA는 mRNA 상의 3’UTR상에 결합하는데 – 3′ UTR에는 여러개의  서로다른 microRNA가 결합할 수 있는 sequence들이 있다 – 이렇게 결합하게 되면 mRNA는 없어지지는 않고 모양의 변화를 좀 주어서 하나의  microRNA 결합당 단백질 생산을 1.5~2배 정도 줄어들게 – 그러니까 30~50% 정도 생산을 줄이게- 한다. 여러개의 microRNA가 결합하면 곱하기 식으로 더 생산을 줄인다.

 

여기서 만들어지는 과정을 microRNA를 기준으로 한번 자세히 보자….

microRNA는 세포 핵 안에서 유전체로부터 전사(transcription)된 후 Drosha라는 핵산가수분해효소(Rnase III,  즉 ddRNA만을 자르는 핵산가수분해효소)에 의해 머리핀(hairpin) 구조로 만들어지게 되고, exportin5라는 단백질에 의해서 핵에서 세포질로 이동하게 된다.    [Drosha는 한국의 자랑스러운 여성과학자인 김빛내리교수가 밝혀낸 microRNA 생성과정의 핵심이다. 홈페이지를 가면 매우 microRNA관련 많은 정보들이 있다]

세포질에서 Dicer(dice의 뜻이 깍두기썰듯 썰다…이므로 깍두기라고 번역하면 어떨까 한다)에 의해서 모리핀 모양의 머리부분이 잘리게 되고 RNA duplex가 된다.

RNA duplex가 argonaute라는 단백질에 결합하여서 그 이중 가닥 중 하나가 떨어져 나가면 RISC(RNA-induced silencing complex)가 완성된다. 이제 21개짜리 RNA는 염기서열상 상보적인 mRNA의 위치를 찾아갈 준비가 다 되어있다.

여기서 siRNA는 핵안에서 가공되는 과정이 없이 세포질에서 바로 깍두기(Dicer)를 만나게 된다. 그 다음부터는 동일하다.

 

결국 siRNA와 microRNA는 세포질에서 가공되고 RISC까지 장착되는 순간까지는 동일한 운명을 겪게 된다.


 

그럼 siRNA와 miRNA의 차이점을 중심으로 비교를 해보자.

Slide5

miRNA는 RISC에 장착된 이후 표적 유전자의 3’UTR에 있는 상보적인 염기서열을 찾아간다. 그런데 miRNA가 3’UTR의 결합할때 관여하는 염기서열은 전체 길이(21개 전후)에서 일부인 5’쪽의 2-8번까지 대략 7개 정도 밖에 없다. 다른 부위들은 결합에 거의 관여하지 않는다…이렇게 전체 21개 길이 중에 일부만 관여를 하기 때문에 하나의 표적 mRNA가 아닌 다수의 표적 mRNA에 결합하게 된다.

반면 siRNA는 보통 21개 염기서열 전체가 결합에 관여하게 됨으로써 특정  mRNA만과 결합하려고 의도하여 만들어진다. 그런데 사람이 이렇게 만들었다고 세포가 말을 듣는 건 아니니… 21개가 전체 관여해서 정말 특정 유전자의 mRNA에 붙지만, 마치 miRNA의 RISC처럼 작용해서 7개만 결합에 관여해서 다양한 mRNA들에 의도하지 않게 결합하여 off-target effect를 만들어내기도 한다.

siRNA와 miRNA의 더 큰 차이는 결합이후의 결과이다.

siRNA는 기본적으로 표적  mRNA를 제거하는게 목적인지라 RISC의 endonuclease activity를 사용해서 mRNA를 반토막 내버린다. 그리고는 다른 nuclease들이 와서 해당 mRNA를 완전히 없애 버린다.

반면 miRNA는 목적이 단백질 생산의 미세 조정인지라… 3’UTR에 결합한 후 Ribosome complex와 상호작용을 해서 단백질 생산양을 1.5~2배 정도 저하시킨다. 즉 30~50% 정도 줄이게 하는 것이다. 만일 여러 종류의  microRNA가 한 유전자의 mRNA 3’UTR쪽에 결합하면 더 많이 단백질 생산을 줄이게 된다. 하지만 대부분의 경우는 mRNA는 아직 말짱하게 있다.

그리고 하나의 microRNA가 결합하는 표적  mRNA들은 작게는 몇개에서 많게는 수십개가 된다. 동시에 한 유전자 mRNA에 보통 여러개 (종류)의 microRNA 가 결합하게 된다. 매우 복잡한 경우의 수들이 만들어지게 된다.

이런 측면에서 암세포가 만일 특정 유전자를 많이 만들어 낸다면 이때는 siRNA 를 써서 해당 유전자의 mRNA를 완전히 잘라버리면 좋다. 반면 대사질환과 같이 여러 유전자들이 관여를 하면서 과발현차이가 크지 않을 경우는 microRNA를 이용해서 여러 해당 유전자들을 약간씩 줄여주는 것이 안전할 수 있다.

 

이렇게 siRNA와 miRNA, 특히 miRNA는 RNA로서 생체내에서 매우 놀라운 일들을 하게 된다.

 

그럼 우리 몸안에  microRNA는 몇가지나 있을까?

우선 몸안에서 전사(trascription)되는 small RNA 중에 한 정도는 microRNA이고, 현재까지 알려진 사람의 microRNA는 약 2천여종이 된다고 한다. 이 숫자는 계속 늘어나고 있다.

참고로 우리 몸안의 유전자들 중에서 약 50%가 microRNA에 의해서 단백질 생산량을 미세조정한다고 한다.

이외에도 microRNA는 몸 안에서 매우 놀라운 일들을 한다. 최근에 다수의 유용한 YouTube가 있으니.. 아래에 열거함으로써 마무리하고자 한다.

 

 

혹시 리뷰를 보고 싶으시면 아래의 논문을 한번 보면 좋을 듯하다.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2675692/

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