메신저 RNA가 리보솜에 결합할 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 번역이 진행될 때 메신저 RNA가 리보솜의 소단위체에 결합하여서 시작된다고 하던데, 메신저 RNA가 리보솜에 결합할 수 있는 원리는 무엇인가요?
mRNA가 리보솜에 결합하는 원리는 원핵생물과 진핵생물이 좀 차이가 있긴 하지만, 특정 서열 인식을 통해 개시 코돈(AUG)의 위치를 잡아 들어가는 것입니다.
박테리아같은 원핵생물의 경우 '샤인-달가노 서열'이라는 mRNA의 개시 코돈 앞에 있는 퓨린이 풍부한 서열이 있는데, 리보솜 작은 소단위체(30S)의 16S rRNA에 있는 상보적 서열과 샤인-달가노 서열이 수소 결합하여 mRNA가 부착됩니다. 이 결합으로 AUG가 리보솜의 P-자리에 놓여 번역이 시작되게 됩니다.
반면 사람같은 진핵생물의 경우 mRNA의 5' 말단에 있는 5' 캡 구조를 개시 인자 단백질 복합체가 먼저 인식하고 결합합니다. 그리고 리보솜 작은 소단위체(40S)가 개시 인자들과 함께 5' 캡에 부착된 후, mRNA를 3' 방향으로 이동하며 탐색하게 되는데, 이 복합체는 첫 번째로 나타나는 AUG를 개시 코돈으로 인식하여 멈추게 됩니다. 이후 큰 소단위체가 결합하며 번역이 개시되는 것입니다.
메신저 RNA가 리보솜에 결합하는 주된 원리는 염기 서열 간의 상보적인 수소 결합과 특정 화학 구조의 인식입니다. 원핵생물의 경우 메신저 RNA에 존재하는 샤인 달가노 서열이 리보솜 소단위체 내의 리보솜 RNA 서열과 직접적으로 상보적인 결합을 형성하여 위치를 잡으며 진핵생물의 경우 메신저 RNA의 5번 말단에 붙은 캡 구조를 개시 인자와 리보솜이 인식하여 결합한 후 개시 코돈을 탐색하는 방식으로 이루어집니다.
안녕하세요.
mRNA가 리보솜에 결합하는 것은 특정 염기서열 인식과 구조적 상보성 때문인데요, 번역의 시작은 단순히 RNA가 리보솜에 붙는 것이 아니라, 리보솜 소단위체가 특정한 RNA 서열을 선택적으로 인식할 수 있는 구조와 전하 특성을 갖고 있기 때문입니다.
즉, 리보솜은 아무 RNA나 붙는 것이 아니라 번역 개시 신호를 포함한 mRNA를 화학적, 입체적으로 인식하여 결합합니다.
원핵세포와 진핵세포는 결합 원리가 다른데요 원핵세포는 샤인–달가노 서열에 의해 결합하며 원핵생물의 mRNA는 번역 시작코돈(AUG) 앞에 AGGAGG 형태의 Shine–Dalgarno(SD) 서열을 가지고 있습니다. 리보솜 30S 소단위체의 16S rRNA 말단부에는 이 SD 서열과 상보적인 염기서열이 존재합니다. 두 서열이 상보적으로 짝을 이루며 직접 결합하며 mRNA가 리보솜 소단위체에 정확한 위치로 고정되고 시작코돈이 P자리에 정확히 정렬되면서 번역이 시작됩니다. 즉, RNA끼리의 상보적 결합이 리보솜 결합의 핵심입니다.
진핵세포에서는 5’ cap 인식에 의해 결합하는데요, 진핵 mRNA는 앞쪽에 7-methylguanosine cap(5’ cap)을 가지고 있습니다. 이 캡 구조는 리보솜이 직접 읽는 것이 아니라 먼저 eIF4F 복합체(특히 eIF4E)가 인식합니다. eIF4E가 5’ cap에 특이적으로 결합하며 eIF4G, eIF4A 등이 결합하며 개시 복합체 형성하고, 이 복합체가 40S 리보솜 소단위체를 불러오며 리보솜이 5’→3’ 방향으로 이동하며 처음 만나는 AUG에서 번역 개시합니다. 즉 결합 원리는 SD 서열처럼 염기 상보성이 아니라,
특정 화학적 구조(5’ cap)를 인식하는 단백질–RNA 상호작용입니다.마지막으로 리보솜 자체의 구조적 특징도 결합을 가능하게 하는데요, 리보솜의 rRNA와 단백질은 mRNA가 지나가는 mRNA 결합 홈을 형성하고 있어 음전하를 띤 RNA가 안정적으로 놓일 수 있도록 전기적, 입체적 환경을 제공합니다. rRNA는 양전하를 띠는 아미노산 잔기(리신, 아르기닌 등)를 많이 포함하고 있기 때문에 음전하의 mRNA와 전기적 인력 형성합니다. 이때 입체 구조가 mRNA가 한 가닥 형태로 지나가도록 최적화합니다. 감사합니다.