유전 정보가 전달되는 전사에 대하여

전사(Transcription) 개요

전사는 유전 정보가 DNA에서 RNA로 전달되는 과정으로, 단백질 합성의 첫 번째 단계입니다. 이 과정은 핵 내에서 일어나며, 특정 유전자의 DNA 서열이 전령 RNA(mRNA)로 복사됩니다. 전사는 세포의 기능과 유전적 정보를 발현하는 데 중요한 역할을 합니다.

전사의 단계

전사는 주로 세 가지 주요 단계로 나눌 수 있습니다: 개시(Initiation), 신장(Elongation), 종결(Termination).

1. 개시(Initiation)

• 프로모터(Promoter): 전사가 시작되는 DNA 서열로, RNA 중합효소가 결합하는 부위입니다. 프로모터는 특정 유전자의 앞쪽에 위치하며, 전사 개시를 위한 신호 역할을 합니다.
• RNA 중합효소(RNA Polymerase): 프로모터에 결합한 후 DNA 이중 나선을 풀어 한 가닥을 주형(template)으로 사용합니다.
• 개시 복합체(Initiation Complex): RNA 중합효소와 다양한 전사 인자(transcription factors)가 결합하여 전사 개시를 준비합니다.

2. 신장(Elongation)

• RNA 중합효소가 주형 가닥을 따라 이동하면서 상보적인 RNA 뉴클레오타이드를 첨가하여 새로운 RNA 가닥을 합성합니다.
• 합성된 RNA는 DNA의 주형 가닥과 상보적인 서열을 가지며, 이는 DNA의 코드 정보를 반영합니다.
• 신장 과정에서 RNA 중합효소는 DNA 이중 나선을 계속 풀어가며 RNA를 합성합니다.

3. 종결(Termination)

• 전사 종결 신호(Terminator Sequence)에 도달하면 RNA 중합효소는 전사를 종료하고 RNA 가닥을 방출합니다.
• 종결 신호는 특정한 서열로 구성되어 있으며, 전사의 종결을 유도합니다.
• 합성된 mRNA는 후처리 과정을 거쳐 성숙한 mRNA로 전환됩니다.

후처리(Processing)

전사가 완료된 후, 전령 RNA(mRNA)는 성숙 과정을 거쳐야 세포질로 이동하여 번역(translation) 과정에 참여할 수 있습니다. 후처리 과정은 진핵생물에서 주로 일어나며, 주요 단계는 다음과 같습니다.

1. 5' 캡핑(5' Capping)

• mRNA의 5' 말단에 7-메틸구아노신 캡(7-methylguanosine cap)이 첨가됩니다.
• 이 캡 구조는 mRNA를 안정화시키고, 번역 시작을 돕습니다.

2. 폴리아데닐화(Polyadenylation)

• mRNA의 3' 말단에 폴리-A 꼬리(Poly-A tail)가 첨가됩니다.
• 폴리-A 꼬리는 mRNA의 안정성을 증가시키고, 수송과 번역 효율성을 높입니다.

3. 스플라이싱(Splicing)

• 인트론(intron, 비암호화 서열)이 제거되고, 엑손(exon, 암호화 서열)이 연결됩니다.
• 이 과정은 스플라이소좀(spliceosome) 복합체에 의해 수행됩니다.

전사의 조절

전사는 세포의 유전자 발현을 조절하는 중요한 단계입니다. 전사의 조절은 다양한 수준에서 이루어지며, 주요 메커니즘은 다음과 같습니다.

1. 전사 인자(Transcription Factors)

• 전사 인자는 특정 DNA 서열에 결합하여 전사를 활성화하거나 억제합니다.
• 활성화 인자(Activators)는 전사를 촉진하고, 억제 인자(Repressors)는 전사를 억제합니다.

2. 에피제네틱 조절(Epigenetic Regulation)

• DNA 메틸화(DNA Methylation)와 히스톤 변형(Histone Modification)은 전사 접근성을 변화시켜 유전자 발현을 조절합니다.
• 메틸화된 DNA는 전사 인자가 결합하기 어렵게 하여 전사를 억제합니다.

3. 염색질 리모델링(Chromatin Remodeling)

• 염색질 리모델링 복합체는 DNA의 접근성을 변경하여 전사를 조절합니다.
• 염색질이 느슨하게 풀리면 전사가 촉진되고, 조밀하게 감겨 있으면 전사가 억제됩니다.

전사와 질병

전사의 이상은 여러 질병과 관련이 있습니다. 예를 들어, 암세포는 비정상적인 전사 조절로 인해 특정 유전자들이 과발현되거나 억제됩니다. 또한, 유전적 돌연변이로 인한 전사 인자의 기능 이상은 다양한 유전병을 초래할 수 있습니다.

결론

전사는 유전 정보가 DNA에서 RNA로 전달되는 복잡하고 중요한 과정입니다. 전사 과정은 개시, 신장, 종결 단계로 나뉘며, 후처리를 통해 성숙한 mRNA로 전환됩니다. 전사의 조절은 유전자 발현의 중요한 부분으로, 다양한 메커니즘에 의해 조절됩니다. 전사 과정의 이해는 유전학, 분자생물학, 의학 연구에 중요한 기초를 제공합니다.