진핵생물의 유전자 발현 조절과 전사 인자

핵심 정리

진핵생물의 모든 세포는 같은 DNA를 가진다. 그런데 세포마다 발현되는 유전자는 다르다. 이 차등 발현이 세포 분화의 바탕이며, 유전자 발현은 전사, 전사 후, 번역, 번역 후 등 여러 단계에서 조절된다. 이 절에서는 그중 전사 조절과 전사 인자를 다룬다.

전사 인자는 DNA 의 특정 부위에 결합하여 유전자 전사를 촉진하거나 억제하는 단백질이다. 전사 인자는 결합 부위의 염기 서열에 특이적으로 결합한다. 같은 전사 인자라도 DNA의 어느 부위에 결합하는지에 따라 조절 결과가 달라진다. 전사 인자의 결합 부위는 대개 프로모터 근처에 있지만, 프로모터에서 멀리 떨어진 DNA 부위도 전사에 영향을 줄 수 있다. 프로모터 근처의 특정 부위에 결합한 전사 인자는 전사를 촉진하거나 억제할 수 있다.

전사 인자가 여러 결합 부위에 결합해야 유전자 전사가 촉진된다. 전사 촉진에 필요한 결합 부위와 인자의 수는 유전자마다 다르다. 어떤 유전자는 여러 부위에 인자가 결합해야 촉진되지만, 다른 유전자는 일부 부위에만 결합해도 촉진될 수 있다. 따라서 문항에 제시된 조건을 확인해 전사 여부를 판단해야 한다. 한 유전자의 전사는 하나의 전사 인자가 아니라 여러 전사 인자의 결합으로 조절되기도 한다.

진핵생물의 유전자 발현은 전사 인자의 조합과 결합 부위에 따라 조절된다. 같은 전사 인자 집합도 각 인자가 결합하는 부위에 따라 서로 다른 유전자의 발현 조합을 만들 수 있다. 이러한 조절 방식을 조합적 조절이라고 한다. 어떤 세포가 어떤 유전자를 발현하는지는 전사 인자의 조합과 각 유전자의 조절 조건에 따라 달라질 수 있다.

자세히

유전자 발현의 한 과정은 전사다. RNA 중합효소가 프로모터에 결합해야 전사가 시작되며, 진핵생물에서는 이 과정에 여러 단백질 인자가 관여한다. 이 인자는 일반 전사 인자와 특이적 전사 인자로 나뉜다. 일반 전사 인자는 대부분의 유전자 전사에 공통으로 필요하고, 특이적 전사 인자는 특정 유전자의 전사를 조절한다. 두 종류의 특징은 다음과 같다.

특이적 전사 인자는 세포질에서 합성되지만 핵에서 DNA 에 결합해 기능을 한다. 그래서 전사 인자를 trans 작용 인자라고도 부른다. 전사 인자에 의한 전사 조절은 핵에서 일어난다. 전사 인자는 특정 DNA 결합 부위에 결합하여 유전자 발현을 조절한다. 동물 발생에서 중요한 호메오 도메인 단백질인 Antp 도 DNA 에 결합해 유전자 발현을 조절하는 전사 인자다. 마이오디 단백질도 DNA 에 결합해 유전자 발현을 조절하는 전사 인자다.

전사 인자에 의한 조절을 판단할 때는 먼저 각 인자가 결합하는 부위와 전사 촉진 조건을 확인한다. 결합한 인자들이 함께 전사 시작 복합체 형성을 돕는 경우도 있지만, 필요한 인자와 결합 부위의 조건은 유전자마다 다를 수 있다. 일부 문항에서는 필요한 결합 부위가 모두 채워져야 전사가 촉진된다고 제시한다. 이때는 해당 조건에 따라 전사 여부를 판단한다.

억제 인자는 특정 DNA 서열에 결합해 전사를 억제할 수 있으며, 다른 전사 인자가 DNA에 결합하는 것을 방해하기도 한다. 활성화 인자로 작용하는 전사 인자는 유전자의 전사를 증가시킨다.