제14장 유전자의 발현 조절

대부분의 생명체는 수천 개의 유전자를 가짐 세균인 대장균 (E. coli)도 약 2500개의 유전자를 가짐 특정세포는 특정한 단백질만을 만들기 때문에 세포, 조직, 기관이 서로 다른 역할을 수행할 수 있도록 특수화됨 유전자는 mRNA와 그 산물인 단백질을 암호화하는 암호화부위와 암호화부위의 발현을 조절하는 조절부위로 이루어짐 유전자의 조절부위는 암호화부위의 5’말단 쪽에서 발견됨

조절단백질(regulatory protein) 음성 조절(negative control)-조절 단백질이 유전자의 활성을 낮춤. 양성조절(positive control)-조절 단백질이 유전자의 활성을 높임. DNA의 조절 요소 프로모터(Promoter)-전사가 시작되는 일반적인 비암호화 서열. 유전자 앞에 존재. 증폭자(Enhancer)-활성 단백질이 부착하는 DNA영역. 정해진 자리는 없음. 화학적 변형 DNA의 메틸화-유전자 활성을 낮춤 단백질의 아세틸화-히스톤과 DNA 사이를 느슨하게 해줌

원핵세포의 유전자의 발현 조절-오페론 (operon) 원핵세포 유전자 배열의 특징: 연관 있는 물질 대사에 관여하는 유전자들이 일렬로 배열되어 하나의 전사 단위를 이룬다. 오페론: 단 하나의 조절부위의 조절 하에 함께 밀집되어 있는 유전자 집단이며, 전사는 작동부위라고 부르는 조절부위 분절에 억제자가 결합되는지 여부에 의하여 조절됨

젖당 오페론(lac operon) 대장균은 포도당을 유일한 탄소원으로 하여 잘 성장함. 젖당 (lactose)가 많을 때, 젖당 분해효소의 생성 과정을 개시함 젖당을 분해하기 위해 필요한 세 종류의 효소; b-galactosidase (젖당을 쪼갬), permease (젖당을 세포 내로 끌어드림), transacetylase 억제단백질은 DNA 혹은 젖당 중 하나와 결합 (농도에 따라 결합대상이 바뀜)

젖당 오페론의 조절 음성조절: 젖당이 없는 경우 조절 단백질은 유전자의 작동부위(오퍼레이터)에 결합하여 유전자 발현이 억제되도록 한다. 양성조절: CAP단백질 (catabolite activator protein; 대사물 활성자 단백질)은 포도당 고갈시 젖당 오페론이 더욱 잘 작동하도록 RNA 중합효소의 프로모터 결합을 도와준다. 세포 내 포도당의 농도가 낮은 수준으로 떨어지면 ATP의 대사유도체인 환상AMP (cyclic AMP, cAMP) 분자의 농도가 증가한다. 이 cAMP가 CAP에 결합해야만 CAP가 lac 프로모터에 결합하여 전사를 촉진시킬 수 있다.

trp operon-억제성 오페론 대장균은 아미노산인 트립토판이 주위에 흔하지 않기 때문에 스스로 트립토판을 만들어야 함. 트립토판 생산에는 다섯 개의 효소 반응 단계로 이루어짐 이는 trp operon 안에 위치함 Trp 프로모터는 RNA 중합효소에 대해 상대적으로 높은 결합력을 가지고 있어서 오페론을 효율적으로 전사시키기 위해 CAP과 같은 활성화 단백질을 필요로 하지 않음 세포가 요구하는 충분한 양의 트립토판을 생산할 수 있도록 통상적으로 전사됨 만약 트립토판이 주위에 존재하면 오페론이 불활성화됨 이용 가능한 트립토판이 많을수록 오페론은 보다 적게 전사되고, 주위의 트립토판 농도가 낮아질수록 오페론은 더 많이 전사됨

진핵생물의 유전자 조절 다세포 생물의 유전자 조절: 단, 장기적 조절 유전자 조절 결과 세포분화: 한 개체의 모든 유전 정보는 동일하지만 서로 다른 세포들은 서로 다른 종류의 유전자 세트를 발현함으로써 서로 달라진다. 조절작용의 단계들 전사 전 조절- DNA의 화학적 변형, 히스톤 단백질의 변형, 전사전의 DNA 복제나 재배열 등. 전사 조절 – 전사량의 조절, 전사체의 교체 접합 등. 번역조절 – mRNA의 안정성 조절, 리보솜 조절 번역 후 조절- 단백질 생산물의 변형, 활성의 조절

유도성 유전자 열충격 유전자 (heat shock protein; Hsp): 대부분의 세포는 온도가 갑자기 상승할 때 하나의 유전자 집단인 열충격 단백질 유전자를 유도하거나 발현시킴 이 유전자의 산물은 많은 생화학적 과정을 마비시킬 수 있는 온도에서 세포가 계속 생존할 수 있게 하는 보호작용을 한다. 세포의 온도가 올라가면 몇 분 내에 재빨리 Hsp 유전자 발현 유도 스테로이드 호르몬 조절 유전자 에스트로겐과 같은 스테로이드 호르몬은 특수한 내분비샘에 의해 생산됨 에스트로겐 표적세포는 특별한 에스트로겐 수용체 단백질을 가지고 있음 적절한 호르몬 수용체 단백질이 존재하면 세포는 호르몬에 의해 자극을 받게 되고 가감장치 (adapter) 단백질은 호르몬-수용체 복합체에 의해 활성화될 유전자를 인식

DNA 포장과 조절 염색질 (chromatin): 염색체는 크고 눈에 잘 띄는 형태로 응집된 염색질이다. 염색질 중에서 풀린 DNA 부위만 RNA로 전사되며 응집된 부위는 불활성임. 염색질은 뉴클레오솜으로 이루어짐 가장 고도로 응집된 상태에 있는 DNA는 이질염색질 (heterochromatin); 불활성 지속적 이질염색질: 결코 응집이 풀리지 않고 동원체 근처에서 발견 선택적 이질염색질: 응집 상태가 변할 수 있음 진정염색질 (euchromatin): 잠재적으로 전사 가능한 유전자를 포함 포유류의 암컷의 불활성화된 X 염색체는 전사가 불가능한 고도로 응집된 바소체 (Barr body)를 형성

X-염색체 불활성화(X chromosome inactivation) 바소체 X-염색체 상의 유전자들은 여성의 몸에서는 그 발현이 모자이크로 나타난다.

DNA의 화학적 변형-메틸화 DNA를 불활성화시키는 방법 중 하나는 특정한 염기에 메틸기 (-CH3)를 첨가하여 메틸화하는 것 시토신 뉴클레오티드이 메틸화: 게놈에서 시토신 뉴클레오티드의 5% 혹은 그 이상이 메틸기 첨가에 의해서 변형 메틸화된 시토신을 다량으로 포함하는 유전자는 전사가 되지 않는다.

전사 후 조절 mRNA는 인트론이 제거될 때까지 세포질로 수송되지 않으므로 어떤 전사체는 가공되지 않은 상태로 비축될 수 있음. 유전자 산물이 요구될 때 비축된 메시지를 가공하여 이를 세포질로 수송함 선택적 접합을 통해 같은 전사체로부터 두 종류의 서로 다른 단백질을 생성시킴 프로모터의 선택을 통해 특정 유전자의 전사를 선택할 수 있음 성숙한 mRNA를 세포질에 보관

15장 발표 Virus의 lytic cycle에 대해 설명하시오. Virus의 lysogenic cycle에 대해 설명하시오. AIDS virus인 HIV의 정의와 내부구조에 대해 설명하시오. Bateria에서 transformation과 transduction에 대해 설명하시오. F plasmid에 대해 설명하시오.