[생화학개론]유전자 발현의 조절 3부

유전자의 선별적 발현 - 2

(2) 전사단계의 조절

전사조절은 전사개시단계에서 이루어 진다. 즉 전사가 이루어 지는 도중에 조절되는 것이 아니고 전사가 일어나기 전에 전사를 할 것인지 않을 것인지를 조절한다. 이러한 조절은 프로모터(promoter) 부위에서 일어난다. 프로모터는 전사가 실제 시작되는 개시부위와 개시부위 상단에 RNA polymerase 결합부위가 있다.

위 그림에서 노란색으로 표시된 부분이 프로모터이며, 특히 이 부분에서 단백질이 결합하여 전사의 가부를 결정하는 부분이 녹색으로 표시된 작동자(operator)이다. 이와같이 단백질이 DNA에 결합하여 전사에 영향을 미칠 수 있는 DNA의 부분을 조절성 DNA 염기서열 (regulatory DNA sequence)이라 한다.

조절성 DNA 염기서열에는 유전자 조절단백질(gene regulatory protein)이 결합되어 전사를 조절하게 된다. 유전자 조절단백질은 단백질 표면을 이용하여 DNA 염기서열을 인지한다. 대부분의 경우 단백질은 DNA 나선의 큰 홈 (major groove)에 삽입되며, DNA염기쌍과 결합하게 된다. 이때 결합은 DNA 이중나선의 염기쌍 사이에 존재하는 수소결합에는 영향을 주지 않고, 염기의 가장자리에서 수소결합, 이온결합, 소수결합 등으로 결합하게 된다.

유전자 조절에 관여하는 많은 단백질은 매우 안정된 여러 3차 구조의 유형 중 하나를 지니고 있다. 이러한 3차 구조는 DNA 이중나선의 큰 홈에 잘 들어 맞아 이 부위에 존재하는 DNA 염기서열과 강하게 결합한다. 이렇게 DNA에 직접 관여하는 단백질의 부분을 DNA 결합모티프(DNA binding motif)라 한다. DNA 결합단백질은 흔히 이량체(dimer)로 DNA에 결합하여 상호작용의 강도와 특이성을 증가시킨다.

DNA binding motif

(A&B) : homeodomain의 전면과 측면 모식도. 실린더 모양의 α나선 세 개로 구성되어 있다. 대부분 3번 나선이 DNA 염기와 결합하며 (B), 이 나선의 아스파라긴(Asn)이 아데닌과 결합한다.

(C) : zinc finger motif는 α나선과 β평풍구조(구부러진 화살표)가 아연분자(공 모양)와 결합하고 있는 구조이다. 대개 한 단백질 내에 여러 개의 징크핑거가 존재하며, 각 징크핑거의 α나선이 DNA의 큰 홈에 부착한다. 그림에는 3개의 징크핑거가 집합체를 형성하고 있다.

(D) : leucine zipper motif, 이 모티프는 서로 다른 두 단백질의 두 개의 α나선 사이에 형성된다. 이에 따라 류신지퍼 단백질은 이량체의 집게모양으로 DNA 이중 나선을 잡는다.

진핵생물의 모든 유전자 조절단백질에서 발견되는 이러한 세 가지 DNA 결합 모티프가 수 천개의 서로 다른 유전자 발현을 조절한다.

유전자 발현 조절에 의존하는 배아의 발생

∴ 배발생시 유전자가 어떻게 조절되는가를 밝히는 것은 현대 생물학에 있어서 중요한 도전분야 중 하나다. 이를 밝히기 위한 두 가지 강력한 수단이 있는 데, 재조합 DNA를 이용하는 방법과, 돌연변이를 이용하는 방법이다.

[Biology/생화학] - [생화학개론]유전자 발현의 조절 1부

[Biology/생화학] - [생화학개론]유전자 발현의 조절 2부