오늘은 4일 차 글에 이어 Transcription 관련 이론 복습을 해보도록 하겠습니다.
[대학원 준비 4일차] 이론 복습 :: transcription in bacteria, rRNA preprocessing
이번 글에서는 전 글에 이어 전공 수업 때 배운 'Transcription' 관련 이론 복습을 해보려고 하는데 먼저 bacteria의 Transcription 과정을 정리해보겠습니다. [대학원 준비 4일차] 이론 복습 :: RNA polym
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우선, U20 snoRNA가 어떻게 methylation을 유도하는지 그림을 그려봤습니다.
설명하자면, pre-rRNA의 metylated nucleotide(CH3있는 곳)가 snoRNA와 수소결합을 형성하며, 그렇게 형성된 RNA-RNA duplex가 ribose methylation을 유도합니다.
참고로 methlated nucleotide는 snoRNA의 sequence CUGA를 포함하는 'box D'로부터 5번째 base pairs에 위치합니다.
이러한 U20 snoRNA는 특이적으로 18S rRNA를 타깃으로 한다1)고 합니다.
그러면 U20 snoRNA에 의해 이루어지는 ' 2'-O-methylation'에 대해 조금만 더 알아보도록 하겠습니다.
Whay is 2'-O-methylation(Nm)?
2'-O-methylation은 RNA backbone에 있는 ribose sugar의 2' hydroxyl group에 methyl froup (-CH3)을 더하는 과정입니다.
이는 rRNA가 hydrolytic degradation으로부터 취약하지 않도록 만들어서 rRNA를 안정화시키고, rRNA의 structural rigidity를 향상시켜서 리보솜이 translation 동안 적절한 모양을 유지하도록 합니다.
또한 질병에서 rRNA Nm modifications의 특정 heterogeneity를 보이곤 하는데, 이는 이러한 변형이 질병의 원인 혹은 결과로서 ribosome function을 변화시킬 수 있기 때문입니다2).
우리 몸에서 주요 역할을 하는 단백질을 생산하는 리보솜의 기능이 고장난다는 건 마치, 몸이라는 세계에서 인재를 양성하는 주거지나 대학교의 기능이 고장나는 것과 유사할 듯 합니다.
다음으로 U68 snoRNA에 의한 Pseudouridylation에 대해 알아보기 위해 그림을 따라 그려봤습니다.
설명하자면, hairpin을 가진 U68 snoRNA와 pre-rRNA 사이의 RNA-RNA duplex가 형성되고, 이는 uridine을 pseudouridine으로 전환하게 되고,
그 장소는 ACA seq sequence를 포함한 snoRNA의 hairpin과 관련된 고정된 장소에서 이루어진다고 합니다.
이러한 modification은 methylation과 같이 리보솜의 catalytic activity에 영향을 미치며, modification sites는 리보솜의 특정 영역에 클러스터되어 있습니다.
What is pseudouridylation?
또한, pesudoruridine은 적절한 rRNA folding과 ribosomal proteins와의 상호작용에 주요 역할을 하며, translational fidelity와 ribsome-based antibiotics의 sensitivity에 영향을 미친다고 합니다3).
무엇보다 rRNA의 pesudouridylation은 cancer와 같은 human disorders의 발달에 주요 역할을 한다고 하니, 본 반응에 기여하는 메커니즘을 잘 알아두어야 하겠습니다.
다음으로 또 다른 RNA인 tRNA에 대해 알아보도록 하죠.
tRNA에 대하여
Trasfer RNA(tRNA)는 대략 70~90 nucleotides로 구성되어 있고(cellular RNA 중 4~10% 차지), translation을 위한 리보솜으로의 아미노산을 전달, 그리고 codon*-anticodon* pairing을 형성하도록 합니다4).
* codon: 유전정보의 최소 단위로, mRNA 상의 3개의 염기서열
* anticodon : mRNA의 코돈을 인식하여 상보적 염기 결합을 형성하는 3개의 염기서열
또한 선행 논문5)에 따르면, tRFs(tRNA derived Fragments)는 nascent RNA silencing, trancription inhibition, epigenetic gene sliencing, translation regulation 등 다양한 조절 역할을 수행하며 무엇보다 tumorigenesis에 주요 역할을 한다고 하는데,
이때 tRNA의 modifications는 tRFs의 기능과 안정성에 영향을 미치는 tRFs biogenesis를 조절한다고 합니다(참고로, cancer에서 일부 tRFs의 dysregulation이 발견되기도 했지만, 2023년 기준 아직 그 기저의 메커니즘(regulatory network)은 밝혀지지 않았다고 합니다).
tRNA의 구조에 대한 설명은 아래 영상을 참고하시면 도움이 될 것 같습니다.
동물 세포에는 대략 50가지 종류의 tRNA가 존재하고, 그 중 20개가 메인으로 활동하여 repeated DNA sequence(tDNA)에 의해 인코딩됩니다.
그리고 앞서 말했듯 tRNAs는 RNA polymerase III에 의해 전사되며, primary transcript는 대부분 5'과 3' ends에서 다듬어지며 수많은 염기들이 변형되게 됩니다.
modifications에 대한 얘기가 많이 나오는 점에서 역시 게놈 분석에 있어 후성 유전의 영향력을 잊어서는 안되겠습니다. 20년전에 진행한 인간 유전체 분석 프로젝트의 한계가 이러한 modifications이 일어나는 후성유전학적 과정 때문이기도 하니까요.
다음 글에서는 messenager RNA의 합성과 프로세스 절차에 대해 전공 수업 배웠던 내용을 복습하고 관련 논문을 찾아 읽어보며 공부해보도록 하겠습니다.
유튜브 영상은 직관적으로 이해하는 데 도움을 주고, 챗 GPT는 대략적으로 정보를 알려줘서 관련 정보를 검색해 논문을 통해 찾아볼 수 있어서 좋은 것 같습니다!
참고자료
1) Cavaillé J, Hadjiolov AA, Bachellerie JP. Processing of mammalian rRNA precursors at the 3' end of 18S rRNA. Identification of cis-acting signals suggests the involvement of U13 small nucleolar RNA. Eur J Biochem. 1;242(2):206-13 (1996).
2) Dimitrova DG, Teysset L, Carré C. RNA 2'-O-Methylation (Nm) Modification in Human Diseases. Genes (Basel). 5;10(2):117 (2019).
3)sBarozzi Chiara , Zacchini Federico , Asghar Sidra , Montanaro Lorenzo. Ribosomal RNA Pseudouridylation: Will Newly Available Methods Finally Define the Contribution of This Modification to Human Ribosome Plasticity?. Frontiers in Genetics. 13. 1664-8021 (2022).
4) Daixi Ren, Yongzhen Mo, Mei Yang, Dan Wang, Yumin Wang, Qijia Yan, Can Guo, Wei Xiong, Fuyan Wang, Zhaoyang Zeng, Emerging roles of tRNA in cancer, Cancer Letters, Volume 563, (2023)
5) Fu, M., Gu, J., Wang, M. et al. Emerging roles of tRNA-derived fragments in cancer. Mol Cancer 22, 30 (2023).
