세포 활동은 재활용이 우리 DNA에 있음을 암시합니다

비록 당신이 그것들에 대해 감사하지 않거나 들어본 적이 있을지라도, 당신의 몸 전체에서 스플라이오솜이라고 불리는 수많은 미세한 기계가 열심히 일하고 있습니다. 당신이 앉아서 책을 읽는 동안, 그들은 메신저 RNA가 세포에 필요한 올바른 단백질을 만들 수 있도록 “인트론”이라고 불리는 서열을 제거하여 유전자의 깨진 정보를 충실하고 신속하게 다시 조립합니다.

인트론은 아마도 우리 게놈의 가장 큰 미스터리 중 하나일 것입니다. 이는 유전자의 합리적인 단백질 코딩 정보를 방해하는 DNA 서열이므로 “잘라내야” 합니다. 인간 게놈에는 유전자당 약 7~8개의 인트론이 수십만 개 있으며, 각 인트론은 모든 인트론을 잘라내고 엑손이라고 하는 나머지 코딩 서열을 함께 접합하는 “스플라이스솜”이라는 특수 RNA 단백질 복합체에 의해 제거됩니다. 깨진 유전자 시스템과 스플라이스솜이 우리 게놈에서 어떻게 진화했는지는 알려져 있지 않습니다.

UC Santa Cruz의 분자, 세포 및 발달 생물학 분야의 저명한 교수인 Manny Ares는 오랜 경력 동안 RNA 접합에 대해 가능한 한 많은 것을 배우는 것을 사명으로 삼았습니다.

Ares는 “나는 spliceosome에 관한 모든 것”이라고 말했습니다. “나는 스플라이시오솜이 하는 모든 일을 알고 싶을 뿐입니다. 비록 그것이 왜 그렇게 하는지는 모르더라도 말입니다.”

저널에 발표된 새로운 논문에서 유전자와 발달, Ares는 다양한 종의 진화와 세포가 인트론의 이상한 문제에 적응하는 방식에 대해 더 많이 알려줄 수 있는 스플라이스솜에 대한 놀라운 발견에 대해 보고합니다. 저자들은 스플라이시오솜이 mRNA 접합을 마친 후에도 활성 상태를 유지하고 제거된 인트론과 추가 반응에 참여할 수 있음을 보여줍니다.

이번 발견은 스플라이시오솜이 인트론을 게놈의 다른 위치에 다시 삽입할 수 있다는 가장 강력한 증거를 제공합니다. 이는 스플라이시오솜이 이전에는 가지고 있다고 생각되지 않았던 능력이지만, 주로 박테리아에 존재하는 스플라이스솜의 먼 사촌인 “그룹 II 인트론”의 공통 특성입니다.

스플라이시오솜과 그룹 II 인트론은 게놈 전체에 인트론을 퍼뜨리는 역할을 하는 공통 조상을 공유하는 것으로 여겨지지만, 그룹 II 인트론은 RNA에서 스스로 스플라이싱된 다음 다시 DNA로 직접 돌아갈 수 있습니다. 대부분의 더 높은 수준의 유기체는 접합을 위해 스플라이스솜이 필요하며 DNA에 다시 삽입되는 것으로 믿어지지 않았습니다. 그러나 Ares 연구실의 발견은 스플라이스솜이 오늘날에도 여전히 인트론을 게놈에 다시 삽입하고 있을 수 있음을 나타냅니다. DNA에 다시 도입된 인트론은 게놈에 복잡성을 더하고 이러한 인트론이 어디에서 왔는지에 대해 더 많이 이해하면 유기체가 어떻게 계속해서 진화하는지 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 이것은 고려해야 할 흥미로운 가능성입니다.

흥미로운 발견을 바탕으로

유기체의 유전자는 DNA로 구성되며, 그 안에는 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G), 티민(T)이라는 4개의 염기가 특정 단백질을 신체에서 만드는 방법과 같은 생물학적 지시 사항을 암호화하는 순서로 배열되어 있습니다. 필요합니다. 이러한 지침을 읽을 수 있기 전에 DNA는 전사라고 알려진 과정을 통해 RNA로 복사되고, 리보솜이 이를 실제 단백질로 번역하기 전에 해당 RNA의 인트론을 제거해야 합니다.

스플라이세오솜은 2단계 과정을 통해 인트론을 제거합니다. 그 결과 인트론 RNA의 끝 중 하나가 중앙에 연결되어 카우보이의 “올가미” 또는 올가미처럼 보이는 꼬리가 있는 원을 형성하게 됩니다. 이러한 출현으로 인해 “래리아트 인트론”이라는 이름이 붙었습니다. 최근 이러한 올가미의 결합 위치를 연구하던 브라운 대학의 연구자들은 이상한 관찰을 했습니다. 일부 인트론은 실제로 올가미 모양이 아닌 원형이었습니다.

이 관찰은 즉시 Ares의 관심을 끌었습니다. 모양을 바꾸기 위해 RNA 서열에서 제거된 올가미 인트론과 뭔가 상호작용하는 것처럼 보였고, 스플라이스솜이 그의 주요 용의자였습니다.

Ares는 “인트론이 어디서 왔는지에 대한 오래되고 오래된 생각 때문에 그것이 흥미롭다고 생각했습니다.”라고 말했습니다. “스플라이스솜의 RNA 부분인 snRNA가 그룹 II 인트론과 밀접하게 관련되어 있다는 많은 증거가 있습니다.”

스플라이싱을 위한 화학적 메커니즘은 스플라이오솜과 그 먼 사촌인 그룹 II 인트론 사이에서 매우 유사하기 때문에 많은 연구자들은 그룹 II 인트론이 자체적으로 안정적으로 완료하기에는 자체 스플라이싱 과정이 너무 비효율적이 되면 일부가 이 인트론은 진화하여 스플라이스솜이 되었습니다. 그러나 그룹 II 인트론은 스스로를 DNA에 직접 다시 삽입할 수 있었지만, 스플라이스솜의 도움이 필요한 스플라이스솜 인트론은 DNA에 다시 삽입되는 것으로 생각되지 않았습니다.

“내 마음 속에 이 이야기에서 빠져 있던 질문 중 하나는 현대의 스플라이소솜이 여전히 올가미 인트론을 가져와 게놈 어딘가에 삽입할 수 있는가 하는 것이었습니다.” 아레스가 말했다. “아직도 조상 복합체가 했던 일을 할 수 있나요?”

이 질문에 대답하기 시작하기 위해 Ares는 꼬리를 제거하기 위해 올가미 인트론을 변경하는 것이 실제로 스플라이스솜인지 조사하기로 결정했습니다. 그의 연구실에서는 효모 세포의 접합 과정을 늦추고, 스플라이스솜이 인트론 접합을 마친 mRNA를 방출한 후 인트론 올가미에 매달리고 이를 진정한 원형으로 재구성한다는 사실을 발견했습니다. Ares 연구실은 인간 세포에서 공개된 RNA 염기서열 분석 데이터를 재분석할 수 있었고 인간 스플라이스솜에도 이러한 능력이 있다는 사실을 발견했습니다.

Ares는 “이 원형 RNA가 무엇을 할 수 있는지는 모르지만 스플라이시오솜이 여전히 활성이라는 사실은 올가미 인트론이 게놈으로 다시 삽입되는 것을 촉매할 수 있다는 사실을 시사하기 때문에 이에 대해 흥분하고 있습니다.”라고 Ares는 말했습니다.

만약 스플라이시오솜이 인트론을 DNA에 다시 삽입할 수 있다면, 이는 또한 스플라이스솜과 그룹 II 인트론이 오래 전에 공통 조상을 공유했다는 이론에 상당한 비중을 더하게 될 것입니다.

이론 테스트

이제 Ares와 그의 연구실은 스플라이시오솜이 그들의 조상처럼 인트론을 다시 DNA에 가설적으로 배치하는 촉매 능력을 가지고 있음을 보여 주었으므로 다음 단계는 연구자들이 DNA 가닥을 DNA 가닥에 “공급”하는 인공적인 상황을 만드는 것입니다. 올가미 인트론에 아직 부착되어 있는 스플라이스솜을 연구하여 실제로 인트론을 어딘가에 삽입할 수 있는지 확인하면 이 이론에 대한 “개념 증명”이 될 것입니다.

스플라이세오솜이 인트론을 게놈에 다시 삽입할 수 있다면 인간에서는 매우 드문 일이 될 가능성이 높습니다. 왜냐하면 인간 스플라이세오솜의 수요가 엄청나게 높아서 제거된 인트론을 처리하는 데 많은 시간을 할애할 수 없기 때문입니다. 그러나 스플라이시오솜이 그다지 활발하지 않은 다른 유기체에서는 인트론의 재삽입이 더 빈번할 수 있습니다. Ares는 최근 Proceedings of the National Academy of Sciences 저널에 게재된 모든 인트론 함유 종의 이용 가능한 게놈에서 새로운 인트론에 대한 체계적이고 철저한 탐색을 주도한 UCSC 생체분자 공학 교수인 Russ Corbett-Detig와 긴밀히 협력하고 있습니다. PNAS)는 지난해

PNAS의 논문은 진화 역사에서 훨씬 이전의 인트론 “폭발” 사건이 한 번에 수천 개의 인트론을 게놈에 도입했을 가능성이 있음을 보여주었습니다. Ares와 Corbett-Detig는 현재 버스트 이벤트를 인위적으로 재현하기 위해 노력하고 있으며, 이를 통해 이러한 일이 발생했을 때 게놈이 어떻게 반응했는지에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

Ares는 Corbett-Detig와의 학제간 파트너십을 통해 두 사람의 전문 지식이 결합되지 않으면 완전히 이해할 수 없는 인트론에 대한 가장 큰 미스터리를 실제로 파헤칠 수 있는 문이 열렸다고 말했습니다.

Ares는 “이것이 일을 수행하는 가장 좋은 방법입니다”라고 말했습니다. “같은 종류의 질문을 염두에 두고 있지만 방법, 관점, 편견, 이상한 생각이 다른 사람을 찾으면 더욱 흥미로워집니다. 그러면 이와 같은 문제를 깨고 해결할 수 있을 것 같은 느낌이 듭니다. 매우 복잡해요.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240510162624.htm