약 25000여개의 인간 유전자 중에서 95% 정도에서 alternative splicing 이 일어난다고 한다.
Splicing이란 크로모좀에서 특정 유전자를 있는 그대로 읽어 낸 것을 primary transcript 혹은 precursor mRNA라고 하는데 여기에는 단백질 정보를 가지고 있는 영역(exon)들 뿐 아니라 단백질 정보를 가지고 있지 않은 구간들(intron)이 있어서 이 intron들을 끊어내는 것을 splicing이라고 한다.
RNA Pol II가 크로모좀 상에서 stop codon이 있는데 까지 다 읽으면 첫부분과 끝부분에 capping 및 poly (A) tail 이 만들어진다…. 이게 바로 primary transcript이다.
재미있는 동영상이 있으니 참고..
약간 다른 버전도 있다.
http://www.dnalc.org/resources/3d/rna-splicing.html
그런데 이건 splicing의 아주 단편적인 모습…
아까 말했듯이 95%의 유전자는 이 스플라이싱을 하면서 마술을 부린다. 바로 alternative splicing (그냥 순서대로 범생이처럼 스플라이싱하는 것이 아니고 뭔가의 지시를 받아 약간씩 다르게 exon들을 연결하는 것이다.)
여러가지가 있다.
Exon skipping: 특정 엑손을 건너뛰는게 가장 간단한 exon skipping (혹은 cassette exon)이다. 이런 현상은 여러가지 위에서 나열한 AS 중 가장 흔한 것으로 사람들에서 알려진 AS 중 약 50% 정도를 차지한다. 이런 현상을 antisense를 이용해서 인위적으로 만들어내면 문제가되는 엑손을 건너뛰면서 치료효과를 낼 수 있다. 요즘 뒈센근육이영양증(DMD, Duchenne Mascular Dystrophy)로 유명해진 질환을 치료하는 Sarepta나 Prosensa라는 회사가 이용하는 것이 이런 exon skipping이다. 위의 그림에서는 하나의 exon이 건너뛰기 하는 것이지만, 보통 2-3개의 엑손 건너뛰기가 더 흔하다.
프로센사(Prosensa)라는 바이오벤처에서 준비한 Youtube영상을 한번 보자
Alternative 5′ donor site: 위의 그림처럼 먼저 있는 exon(upstream exon)의 중간과 다음 엑손(downstream exon)이 연결되는 것이다.
Alternative 3′ acceptor site: upstream exon이 downstream exon의 중간에 연결되는 것이다.
Intron retention: 중간에 낀 intron이 끊어지지 않고 그냥 남아 있다.
Mutually Exclusive exon: 특정 순서의 엑손에 여러가지 변형이 있어서 매우 많은 변이를 만든다. 아래에서 Dscam이라는 초파리 유전자로 좀 더 길게 설명하겠다.
이런 AS(Alternative splicing)은 특정한 조직에서 일관되게 나타나기도 하고, 세포가 특정한 상황이 되면 AS를 하기도 한다. 다시 말하지만 인간 유전자의 95%는 AS를 한다는 것이다.
그럼 AS의 이런 유형들 중에 어떤 것들이 많이 나타날까?
아래 그림에서 보면 알수 있듯이 척추동물에서는 Exon skipping(파란색)이 가장 많다. 그 다음이 alternative 5′ site(녹색) 과 alternative 3′ site(빨강색)이다. 가장 작은 부분을 차지하는 것이 intron 그냥 남아있는 intron retention(노랑색)이다. 회색은 다른 방식들이다.
무척추동물에는 또 약간 달라진다.
위에서 설명한 Mutually Exclusive Exon에는 정말 입이 쩍 벌어지는 diversity를 만드는 유전자가 있다.
한 유전자가 38,016가지의 다른 (물론 약간씩 다른) 단백질을 만들어 내는데 기본적으로 기능은 유사한 단백질들이다.
Drosophila 유전자 중에 Dscam이라는 유전자인데, 가공이 끝난 mRNA는 총 24개의 엑손으로 되어 있는데, 여기서 4번 엑손은 primary transcript 상에서 총 12가지 종류가, 6번 엑손은 48가지 종류가, 9번 엑손은 33가지 종류가, 그리고 17번 엑손에는 2가지 종류가 있어서 “입맛따라” 골라 쓰게 되어 있다.
결국 12* 48 * 33 * 2 = 31,016가지 종류의 Dscam이란 이름의 단백질들이 나오는 것이다.
이런 복잡한 것들이 분명 특정 기능을 수행하기 위해서 나오는 것이니….
요즘 alternative splicing을 보면서 가끔은 이게 과연 natural selection에 의한 evolution으로 가능한 것인지…. 생각이 든다.
이런 복잡성에다가 다 만들어진 mRNA 가 세포질로 나가서 또 지 마음대로 mRNA를 편집해 버리는 mRNA editing까지 있으니… (물론 흔하지는 않다)
정말 왓슨 & 크릭의 central dogma (유전자 –> RNA –> Protein, 한유전자에 한단백질)은 이제 그런 이야기가 있었지>>> 하고 넘어가야 할 듯도 하다.