[대학원 준비 6일차] mRNA splicing, Exonic splicing enhancers(ESEs), 그리고 self-splicing

 

 

오늘은 전에 5' capping과 3' tailing으로 만들어진 pre-mRNAs가 mature mRNAs가 되기 위해 필요한

 

RNA splicing 절차에 대해 소개해보도록 하겠습니다.

 

 

[대학원 준비 5일차] transcription in eukaryotes, 5' methyIguanosine cap(5' capping)과 3

 

 

우선 RNA splicing은 간단히 말해, pre-mRNAs의 Introns를 제거하는 과정입니다.

 

 

Intron(인트론) : 유전정보를 가지고 있지 않아서 단백질을 만들지 못하는 DNA 영역

Exon(엑손) : 아미노산을 지정하는 영역

 

# Exon보다 Intron이 길다. 

 

 

참고로, 원핵생물에는 인트론이 없고 진행생물에만 인트론이 있는데, 

 

그 이유는 진화 과정에서 다양한 유전자를 만드는데 '인트론'이라는 여분의 구조가 필요했기 때문으로 추정되고 있다1)고 합니다.

 

 

mRNAs에서 Intron을 제거하기 위해선 Splicosome이라는 효소이자 RNA-단백질 복합체가 활용되는데, 

이때 snRNAs(small nuclear RNAs)가 합성되고, 이들이 적합한 단백질에 결합하여 snRNPs 복합체를 형성함으로써 loop형태로된 RNAs의 Intron부분을 제거한다2)고 합니다.

 

구체적으로 아래 이미지를 보듯 Intron의 5' splice site(G/GU)와 3' splice site (AG/G)가 cleaved됩니다.

 

 

이말은 즉슨, conserved sequences가 mutations 등으로 바뀌면 splicing이 억제될 수 있다는 말이겠죠? 

 

또 다른 보존 서열로 'branch point'라고 불리는게 있는데, 이는 intron의 3' end로부터 18~40 nt upstream에 위치하고 항상 adenine이 위치하기에 느슨하게 보존되어 있다3)고 합니다.

 

앞서 말했듯 pre-mRNAs는 self splice를 하지못하기에 앞서 언급한 snRNAs와 그들과 연관된 단백질들을 포함하는 small nuclear ribonucleoproteins(snRNPs)으로 구성된 spliceosome을 통해 

introns을 cut하고 exons을 paste하는 절차가 이루어지는데 그 절차를 영상으로 만들어봤습니다 (오류가 있을 수 있다는 점 양해부탁드립니다).

 

 

 

말로 설명하자면, U1 snRNP가 intron의 5' splice site에 붙고, U2 snRNP도 특정 pre-mRNAs 영역에 붙어 adenosine residues를 불룩하게 만드는데 이것이 결국 lariat의 branch point가 됩니다.

다음 단계로 U4/U6/U5 snRNPs가 pre-mRNAs에 결합하고 U1을 대체해버립니다. 이후 U4 snRNA는 duplex로부터 벗겨내지고, U6과 U2는 염기쌍을 형성하게 됩니다. 

여기서 U6은 ribozyme이며, U4는 U6의 catalytic activity의 inhibitor라고 합니다. 그렇기에 U4와 함께 있을 땐 비활성화되어있다가 U4가 떨어지고 나서 기능을 하는 것이죠.

 

구체적으로 U6은 5' splice site(G/GU)를 cleaved하고, free 5' exon1와 lariat intron-3' exon mediate를 형성합니다. 5' exon 1은 U5와 연관되어 있는데, 이 U5가 3' exon2와도 연관되어 있습니다.

 

그리고, 3' splice site(AG/G)에서도 cleaved가 이루어지면 lariat intron이 만들어지는 동시에, 두개의 인접한 exons들이 결합하게 됩니다.

 

이러한 과정에 대해 아래 영상에서도 알기 쉽게 잘 설명해주고 있으니 참고바랍니다.

 

 

 

 

다음으로 splicing을 위한 exon 인식에 도움을 주는 Exonic Splicing Enhancers (ESEs)에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

ESEs는 exonic sequence에 결합했을 때에는 activators, intron에 결합했을 때 repressor로서 역할을 하는 splicing factors 집단인 SR proteins(RNA-binding proteins)를 위한 binding site로서 역할을 합니다4). 

 

SR proteins는 intron/exon borders를 연장하는 interacting networks를 형성하고, 앞서 RNA splicing에 주요 역할을 하는 snRNPs를 splice sites로 불러들이는 역할을 합니다.

 

아래 영상은 ESEs도 등장하는 mRNA splicing에 대한 영상인데 전반적인 과정을 잘 설명하고 있는 것 같아 확인해보시길 추천합니다.

 

 

 

 

균류의 mitochondria, 그리고 다양한 bacteria와 archaea에서 발견되는 group II intron의 경우에는 다른 단백질들의 도움 없이 self-splicing합니다.

 

위의 이미지를 설명하자면, 우선 5' splice site의 cleavage가 이루어지고 

이후에는 intron의 5' end와 intron의 3' end 근처에 있는 adenosine 사이에 covalen bond에 의해 lariat가 형성될 구조물이 만들어지고

다음으로 3' splice site의 cleaveage로 lariat가 방출되며, 잘라진 exon을 covalently joined(ligated)시킵니다.

 

다음 글에선 RNA interference 절차에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

참고자료

 

 

1) NAVER지식백과, 인트론

 

인트론

 

2) NAVER 지식백과, 스플라이소솜

 

스플라이소솜

 

3) Suzanne Clancy, Ph.D., RNA Splicing: Introns, Exons and Spliceosome, Nature Education 1(1):31 (2008)

 

4) Rong, S., Buerer, L., Rhine, C.L. et al. Mutational bias and the protein code shape the evolution of splicing enhancers. Nat Commun 11, 2845 (2020).