전사와 RNA 가공

핵심 정리

유전 정보의 발현에서 전사는 DNA에 저장된 정보가 RNA로 옮겨지는 과정이다. 한 유전자를 전사할 때는 DNA 두 가닥 중 한 가닥을 기준으로 RNA를 만든다. 이 기준 가닥이 전사 주형 가닥이다. 전사 주형 가닥은 만들어지는 mRNA와 상보적인 염기 서열을 가진다. 주형 가닥과 상보적인 RNA 가닥은 주형이 아닌 DNA 가닥과 비교하면 염기 종류에서 T 대신 U를 가진 채 같은 방향의 서열을 이룬다. 염기쌍을 대응시킬 때 DNA의 A에는 RNA의 U, DNA의 T에는 RNA의 A, G에는 C, C에는 G가 놓인다.

전사에서는 주형 가닥을 3′→5′ 방향으로 읽고 RNA를 5′→3′ 방향으로 합성한다. 따라서 서열을 비교할 때는 각 가닥의 5′ 말단과 3′ 말단을 먼저 확인해야 한다. RNA 가닥과 상보적인 DNA 가닥이 있다는 사실만으로 그 가닥이 전사 주형이라고 정할 수 있다. RNA와 같은 방향으로 놓인 DNA 가닥이 주형이 아니라, RNA와 상보적인 가닥이 전사 주형이다.

전사 뒤에는 RNA의 종류와 세포에 따라 가공 여부가 달라진다. 진핵세포에서 처음 만들어진 RNA에는 인트론과 엑손이 함께 들어 있을 수 있다. 가공 과정에서 인트론을 제거하고 엑손을 연결하면 성숙한 mRNA가 된다. 성숙한 mRNA는 번역의 주형이 되며, 번역은 mRNA의 5′ 말단에서 시작되어 3′ 말단 방향으로 진행된다.

자세히

전사에서 두 DNA 가닥의 역할

DNA는 상보적인 두 가닥으로 이루어져 있지만, 하나의 전사 과정에서 두 가닥이 모두 같은 RNA의 주형으로 쓰이는 것은 아니다. 유전자에 해당하는 정보는 한 가닥을 기준으로 RNA에 옮겨진다. 그 기준 가닥이 전사 주형 가닥이다. 따라서 DNA 두 가닥 중 어느 쪽이 주형인지 묻는 문제에서는 먼저 제시된 RNA 서열과 각 DNA 가닥을 대조해야 한다. 주형 가닥의 염기는 RNA 염기와 상보적으로 짝을 이루므로, 주형 가닥의 서열을 그대로 RNA 서열로 옮기면 안 된다.

염기 대응은 DNA와 RNA에서 티민과 유라실이 다르다는 점을 반영한다. 예를 들어 DNA 주형 가닥에 A가 있으면 그 위치의 RNA에는 U가 들어가고, 주형 가닥에 T가 있으면 RNA에는 A가 들어간다. 주형 가닥의 G와 C에는 각각 C와 G가 대응한다. 이 대응을 각 염기마다 적용해 RNA 서열을 만든다. 반대로 RNA에서 주형 DNA 서열을 되찾을 때도 같은 상보 관계를 거꾸로 적용한다. 상보적이라는 말은 염기가 서로 짝을 이룬다는 뜻이지, 두 서열을 같은 순서로 적어도 된다는 뜻은 아니다.

전사 주형 가닥과 주형이 아닌 DNA 가닥을 비교할 때는 서열과 방향을 함께 확인해야 한다. 두 DNA 가닥은 서로 반대 방향으로 놓인다. RNA는 주형 가닥에 상보적이고, 주형이 아닌 가닥과는 염기 종류를 대응시켜 보면 T와 U의 차이를 제외하고 같은 서열 관계를 보인다. 여기서 ‘같은 서열’이라고 말할 때는 가닥의 방향을 맞춰 비교해야 한다. 문제에서 양쪽 가닥의 말단을 서로 다른 방향으로 표시했으면, 서열의 왼쪽부터 무조건 대응시키지 말고 5′와 3′ 표지를 기준으로 읽는다. RNA와 같은 방향으로 읽은 DNA 가닥이 있다는 사실은 그것이 주형이라는 뜻이 아니다. RNA를 실제로 만들 때 기준이 되는 것은 RNA와 상보적인 DNA 가닥이다.

합성 방향과 말단 판독

핵심 방향 관계는 주형의 읽는 방향과 RNA의 합성 방향이 서로 반대라는 점이다. RNA 중합 효소는 주형 가닥을 3′→5′ 방향으로 따라가며, 그에 상보적인 RNA를 5′→3′ 방향으로 만든다. 이 방향 관계를 이용하면 주어진 DNA 서열에서 RNA의 양 끝에 해당하는 염기를 판단할 수 있다. 주형 가닥의 한쪽 끝과 RNA의 대응 끝은 서로 반대 방향에 놓인다. 그러므로 RNA의 5′ 말단에 대응하는 주형 가닥 쪽은 주형의 3′ 말단 쪽이다.

서열 문제를 풀 때는 다음 순서로 정리하면 혼동이 줄어든다. 먼저 각 DNA 가닥에 표시된 5′·3′ 말단을 확인한다. 다음으로 주어진 RNA 또는 전사되는 가닥에 관한 조건을 읽어 주형 가닥을 정한다. 주형 가닥을 정한 뒤에는 그 염기 하나씩에 상보적인 RNA 염기를 대응시킨다. 마지막으로 RNA 서열의 양 끝과 방향이 5′→3′인지 점검한다. 만약 주형 가닥이 3′→5′로 제시되지 않았다면, 표시된 말단을 바탕으로 반대 방향에서 읽어야 하는지 확인한다. 이 순서를 지키면 단순히 좌우의 염기를 짝짓는 실수와, 서열은 맞지만 방향을 반대로 쓰는 실수를 구별할 수 있다.

방향을 묻는 진술에서는 ‘전사는 3′→5′로 진행한다’만 보고 어느 물질의 방향인지 생략하지 않도록 한다. 주형 가닥을 읽는 방향은 3′→5′이고, 새 RNA가 늘어나는 방향은 5′→3′이다. DNA의 양쪽 가닥을 한꺼번에 같은 방향으로 읽는 것도 옳지 않다. 한 가닥의 5′ 말단이 다른 가닥의 3′ 말단과 마주하도록 놓이는 관계를 반영해야 한다. RNA의 염기 서열만 주어졌다면 그 RNA에 상보적인 DNA 가닥을 먼저 찾고, 그 가닥의 방향을 확인한 다음 전사 주형인지 판단한다. 특정 DNA 가닥이 RNA와 상보적이라는 서열 조건과 그 가닥이 주형이라는 조건은 서로 연결되지만, 방향을 무시해도 된다는 뜻은 아니다.