전사 후 RNA 변형 — mRNA 가공, 스플라이싱

진핵생물에서 RNA 중합효소가 막 만들어낸 RNA(전구체 mRNA, pre-mRNA)는 세포질로 나가 번역에 쓰이기 전에 핵 안에서 세 가지 손질을 거칩니다. 이 손질을 거치지 않은 RNA는 번역 기구가 제대로 인식하지도, 안정적으로 유지되지도 못해요.

양쪽 끝에 보호 장치를 단다

전사가 시작되자마자 RNA의 5′ 말단에는 변형된 구아닌 뉴클레오타이드가 하나 붙는데, 이를 5′ 캡(5′ cap)이라 합니다. 전사가 끝날 무렵에는 3′ 말단이 특정 서열(AAUAAA)에서 잘려나간 뒤 아데닌이 수십~수백 개 연달아 붙는데, 이를 폴리 A 꼬리(poly-A tail)라 합니다.

이 두 구조는 단순한 장식이 아니라 실질적인 기능을 합니다. 세포 안의 RNA 분해효소로부터 mRNA를 보호해 수명을 늘려주고, 핵에서 세포질로 나가는 수송 신호 역할을 하며, 리보솜이 번역을 시작할 자리를 찾는 데도 5′ 캡이 이정표 역할을 합니다.

유전자 안에 쓸모없는 구간이 있다? — 스플라이싱

진핵생물 유전자의 가장 독특한 특징은, 실제로 단백질 정보를 담은 구간(엑손, exon) 사이사이에 정보를 담지 않은 구간(인트론, intron)이 끼어 있다는 점입니다. pre-mRNA는 엑손·인트론을 구분 없이 전부 옮겨쓴 상태로 만들어지고, 이후 인트론을 정확히 잘라내고 엑손끼리만 이어붙이는 과정을 거쳐야 완성된 mRNA가 됩니다. 이 잘라 붙이는 과정을 스플라이싱(splicing)이라 부릅니다.

스플라이싱은 스플라이세오솜(spliceosome)이라는 거대한 복합체가 담당합니다. 이 복합체는 단백질과 snRNA(작은 핵 RNA)가 결합한 snRNP(스너프, small nuclear ribonucleoprotein) 여러 개로 이루어져 있는데, 인트론 양쪽 끝의 짧은 보존 서열(대개 GU로 시작해서 AG로 끝남)을 인식해 정확한 위치에서 잘라냅니다.

쌤 한마디 — 인트론의 존재는 1977년 필립 샤프와 리처드 로버츠가 각자 독립적으로 아데노바이러스를 연구하다 발견했습니다. DNA와 그 DNA에서 만들어진 mRNA를 함께 붙여서 전자현미경으로 봤더니, mRNA가 DNA의 일부 구간과는 짝을 짓지 않고 고리 모양으로 튀어나온 게 보였어요. 유전자가 예상과 달리 연속적이지 않고 "군데군데 끊어져 있다"는 이 발견으로 두 사람은 1993년 노벨 생리의학상을 받습니다.

pre-mRNA가 완성된 mRNA가 되기까지의 세 가지 손질과 대체 스플라이싱 — 송쌤생명과학 자체 제작

같은 유전자에서 다른 단백질이 나온다 — 대체 스플라이싱

스플라이싱의 진짜 위력은 대체 스플라이싱(alternative splicing)에서 드러납니다. 어떤 엑손을 넣고 뺄지가 세포 종류나 발생 시기에 따라 달라지면, 하나의 유전자에서 서로 다른 여러 단백질이 만들어질 수 있어요. 사람 유전체의 단백질 암호화 유전자는 약 2만 개 정도로 추정되는데, 실제로 세포에서 만들어지는 단백질 종류는 이보다 훨씬 많습니다. 대체 스플라이싱이 이 간극을 메우는 핵심 메커니즘 중 하나로 꼽힙니다.

이렇게 완성된 mRNA가 핵을 빠져나가 리보솜을 만나면 비로소 아미노산 서열로 번역됩니다 — 개념 17.4의 주제입니다. 전사 자체의 과정은 개념 17.2를 참고하세요.