트립토판 오페론의 전사 감쇄 기작은 어떻게 일어나는 것인가요?
안녕하세요. 트립토판 오페론의 발현을 조절할 수 있는 방식으로는 전사 감쇄가 있다고 하던데 어떻게 운전자가 전사되는 도중에 중단될 수 있는 것인지, 트립토판 오페론의 전사 감쇄 기작은 어떻게 일어나는 것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
트립토판 오페론의 전사감쇄는 전사와 번역이 세균에서 결합되서 일어나는것을 이용해서 리더의 m RNA의 1-5번 영역이 형성하는 상보적 중기-고리구조가 서로 대체되면서 결정되기 때문에 발생하게됩니다. 즉, 트립토판이 부족하면 리보솜이 리더의 두개 트립토판 코돈에서 정지하며, 2-3번 안티-종결구조가 만들어지면서 전사가 계속되지만 트립토판이 충분하면 리보솜이 빠르게 진행하게되면서 3-4번의 종결헤어핀을 형성하며 전사가 조시 종료되게 됩니다.
감사합니다.
트립토판 오페론의 전사 감쇄는 전사가 시작된 후 mRNA의 2차 구조 변화로 인해 전사가 중단되는 조절 방식입니다.
이 기작은 전사-번역 동시 진행이 가능한 원핵생물에서 일어납니다.
mRNA의 선도 서열에는 4개의 영역이 있는데, 이들은 서로 다른 조합으로 머리핀 구조를 형성할 수 있습니다.
트립토판 농도가 높을 때, 리보솜은 선도 서열을 빠르게 번역하여 영역 2를 지나치고, 이로 인해 영역 3과 4가 결합하여 종결자 고리를 형성하고, RNA 중합효소는 전사를 중단합니다.
반면 트립토판 농도가 낮을 때, 리보솜은 영역 1의 트립토판 코돈에서 멈춥니다. 이로 인해 영역 2와 3이 결합하여 반종결자 고리를 형성하고, 이는 종결자 고리의 형성을 방해하여 전사가 계속되게 만듭니다.
이렇게 전사 감쇄는 세포 내 트립토판 농도에 따라 유전자 발현을 미세하게 조절하는 기작이죠.
안녕하세요. 네, 질문해주신 트립토판 오페론의 전사 감쇄 기작은 원핵생물에서 효율적인 아미노산 조절을 가능하게 하는 방식인데요, 트립토판 오페론은 프로모터, 작동자, 그리고 5개의 구조 유전자(trpE, trpD, trpC, trpB, trpA)로 구성되어 있습니다. 이때 구조 유전자 앞에는 leader 서열이 존재하며, 이 서열에는 두 개의 트립토판 코돈이 포함되어 있는데요, 이 leader 서열과 그 뒤의 감쇄 조절 서열의 mRNA 4개의 상보적 구간(1~4)이 중요한 역할을 합니다.
이때 전사 감쇄는 mRNA가 만들어지는 동안 일어나는 조절인데요, 핵심은 리보솜이 leader 펩타이드 영역을 번역하는 속도와 mRNA의 2차 구조 형성입니다. 트립토판이 충분한 상황에서는 리보솜이 leader 펩타이드를 빠르게 번역하는데요, mRNA 상의 1번과 2번 구간이 리보솜에 의해 덮이지 않아 3번과 4번 구간이 서로 결합하여 종결 루프를 형성합니다. 이 루프가 RNA 폴리머라아제의 진행을 방해하여 전사가 조기에 종료되는 것이며, 결과적으로 구조 유전자가 발현되지 않습니다. 반면에 트립토판이 부족한 상황에서는 리보솜이 leader 펩타이드 내 트립토판 코돈에서 정체하며 이로 인해 2번 구간이 3번 구간과 결합하고, 3~4번 구간은 루프를 형성하지 못합니다. 따라서 RNA 폴리머라아제가 구조 유전자를 계속 전사하게 되어 트립토판 합성 유전자 발현이 유지되는 것입니다. 감사합니다.
트립토판 오페론의 전사 감쇄는 전사와 번역이 동시에 일어나는 원핵세포의 특성을 이용한 조절 기작으로, 전사된 리더 서열의 구조에 따라 전사 지속 여부가 결정됩니다. 이 리더 서열에는 네 개의 상보적 결합이 가능한 구간이 있는데, 세포 내 트립토판 농도가 낮을 경우 리보솜이 리더 서열의 트립토판 코돈에서 정지하게 됩니다. 이때 2번과 3번 구간이 결합하여 전사 종결을 막는 구조를 형성하므로 구조 유전자의 전사가 계속 진행됩니다. 반면, 트립토판 농도가 높을 때는 리보솜이 멈추지 않고 신속하게 이동하여 1번 구간을 지나가고, 이로 인해 2번 구간이 가려지면서 3번과 4번 구간이 결합하는 전사 종결 구조가 형성되어 알엔에이 중합효소가 분리되고 전사가 중단됩니다.