생명과학 고3 유전자의 발현 심화

RNA 가공(스플라이싱)

진핵세포 전구 mRNA에서 인트론이 제거되고 엑손이 연결되는 스플라이싱과 5'캡·3'폴리A 꼬리 추가 과정이다.

진핵세포에서 갓 전사된 전구 mRNA가 인트론을 잘라내고 엑손을 이어 붙이며(

5^{'}

캡과

3^{'}

폴리A 꼬리도 붙여) 성숙한 mRNA로 다듬어지는 과정입니다.

촬영한 원본 영상에서 필요 없는 장면(인트론)을 잘라내고 쓸 장면(엑손)만 이어 붙인 뒤, 앞뒤에 오프닝과 엔딩을 붙여 방영본을 만드는 편집 작업과 같습니다.

쉽게 말하면

전사가 끝나면 진핵세포의 RNA는 곧바로 쓸 수 있는 상태가 아닙니다. 유전자 안에 단백질 정보가 아닌 구간(인트론)이 섞여 있기 때문입니다. 정보를 담은 구간(엑손)만 남기고 인트론을 정확히 잘라 이어 붙이는 것이 스플라이싱입니다. 이 일은 핵 안에서 스플라이솜이라는 RNA-단백질 복합체가 맡습니다.

양 끝에도 손질이 들어갑니다. $5^{'}$ 끝에는 캡이 붙고 $3^{'}$ 끝에는 아데닌이 길게 이어진 폴리A 꼬리가 붙습니다. 이 두 장치는 mRNA가 세포질에서 효소에 분해되지 않도록 지켜 주고, 리보솜이 mRNA를 알아보고 붙는 표지 역할도 합니다. 가공이 끝난 mRNA만 핵공을 통과해 세포질로 나갑니다.

스플라이싱이 흥미로운 이유는 자를 곳을 바꿀 수 있다는 데 있습니다. 같은 전구 mRNA에서 어떤 엑손을 남기고 어떤 엑손을 빼느냐에 따라 서로 다른 mRNA가 나오고, 결국 서로 다른 단백질이 만들어집니다(대체 스플라이싱). 사람의 유전자 수가 생각보다 적은데도 단백질 종류가 훨씬 많은 이유 중 하나입니다.

그래서 진핵세포에는 유전자 발현 조절의 지점이 하나 더 생깁니다. 전사를 켤지 말지뿐 아니라, 전사된 RNA를 어떻게 편집할지도 세포마다 다르게 정할 수 있습니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

엑손 3개짜리 유전자에서 나올 수 있는 mRNA

엑손이 1-2-3 순서로 있을 때, 세 개를 모두 이으면 한 종류의 단백질이 나옵니다. 어떤 세포에서는 엑손 2를 건너뛰고 1-3만 이어 더 짧은 단백질을 만듭니다. 유전자는 하나인데 세포에 따라 다른 단백질이 나오는 것입니다.
예시 2

폴리A 꼬리와 mRNA의 수명

세포질의 효소는 mRNA를 끝에서부터 갉아 먹습니다. 폴리A 꼬리가 길수록 이 효소가 정보 구간에 도달하기까지 시간이 오래 걸려 mRNA가 오래 살아남고, 그만큼 단백질이 많이 만들어집니다. 꼬리 길이를 조절하는 것 자체가 발현량 조절이 됩니다.
예시 3

인트론이 없는 원핵세포

세균의 유전자에는 대체로 인트론이 없어 가공 없이 전사된 RNA를 바로 번역합니다. 그래서 사람 유전자를 세균에 그대로 넣으면 세균이 인트론을 잘라내지 못해 엉뚱한 단백질이 나옵니다. 유전자 재조합에서 사람 유전자를 넣을 때 인트론이 이미 제거된 형태를 쓰는 이유입니다.

엑손 vs 인트론

구분	엑손	인트론
전사되는가	전사됨	전사됨
성숙 mRNA에 남는가	남음	잘려 나감
단백질 정보	아미노산 서열 정보를 담음	아미노산 서열로 번역되지 않음
대체 스플라이싱	선택적으로 포함/제외될 수 있음	제거 위치가 달라질 수 있음

자주 하는 오해

인트론은 전사되지 않는다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움인트론은 쓸모없는 부분이니 애초에 전사되지 않는다

실제로는인트론도 엑손과 함께 전부 전사됩니다. 전사가 끝난 뒤 RNA 단계에서 잘려 나갈 뿐입니다.

RNA 중합효소는 유전자 구간을 처음부터 끝까지 훑고 지나가므로 인트론을 건너뛸 수 없습니다. '전사된 RNA의 길이 > 성숙 mRNA의 길이'가 되는 이유가 바로 이것입니다. 인트론이 DNA 수준에서 제거된다고 생각하면 '잘라낸 DNA는 어디로 갔나'라는 답 없는 질문에 빠집니다.

엑손 = 단백질로 번역되는 부분이라고 등호를 긋기

이렇게 생각하기 쉬움성숙 mRNA에 남은 엑손은 전부 아미노산으로 번역된다

실제로는엑손 중에도 개시 코돈 앞쪽과 종결 코돈 뒤쪽처럼 번역되지 않는 구간이 있습니다.

'엑손 = mRNA에 남는 부분', '번역되는 부분 = 개시 코돈부터 종결 코돈까지'로 기준이 다릅니다. mRNA의 양 끝에는 리보솜이 결합하고 mRNA의 수명을 정하는 비번역 구간이 있습니다. 그래서 mRNA 염기 수를 3으로 나눠 아미노산 수를 구하려 하면 실제보다 큰 값이 나옵니다.