구조와 기능을 지닌 RNA의 7가지 유형 - 미생물 노트 (2023)

1. 메신저 RNA(mRNA): 구조와 기능

• 이는 세포핵에서 합성된 다음 세포 밖으로 운반되어 단백질 합성과 단백질의 코드 서열 분석을 촉진합니다.
• mRNA는 폴리펩티드로 번역됩니다.
• 이는 암호화하는 폴리펩티드 크기를 반영하는 다양한 크기로 제공됩니다.
• 대부분의 세포는 수천 개의 서로 다른 mRNA 분자를 소량으로 생산하며, 이는 세포에서 사용하는 데 필요한 펩타이드로 번역됩니다.
• 많은 mRNA 분자는 해당과정에 사용되는 효소와 같은 세포 대사를 보호하는 단백질을 암호화하는 대부분의 세포에 공통적입니다.
• 일부 유형의 mRNA는 특정 유형의 세포에 특이적이며, 이는 적혈구(RBC)에서 발견되는 헤모글로빈에 대한 mRNA와 같이 특정 세포의 기능에 필요한 단백질을 암호화합니다.

mRNA의 구조와 기능

진핵 세포의 성숙한 mRNA는 다음과 같은 5개의 하위 단위로 구성됩니다.

• 5피트 캡
  • 이는 mRNA 캡핑(capping)으로 알려진 과정에 의해 mRNA의 1차 전사체 5' 말단에 있는 변경된 뉴클레오티드입니다. mRNA 캡핑은 단백질 합성(번역)에서 성숙한 mRNA의 조절 및 생성에 주요 역할을 합니다. 그러나 미토콘드리아 mRNA와 엽록체 mRNA는 제한되지 않습니다.
  • 5' 말단에는 5'에서 5' 삼인산 결합으로 mRNA에 연결된 구아닌 뉴클레오티드가 있습니다. 구아닌 뉴클레오티드는 7번째 위치의 메틸트랜스퍼라제에 의해 메틸화됩니다.7-메틸 구아닐레이트 캡(m7G)캡핑 후.
  • 이 캡은 RNA 분자의 3' 말단과 화학적으로 유사합니다.
  • 이 캡은 5' 트리메틸구아노신 캡이 있는 작은 핵 RNA(snRNA)와 5' 모노메틸 인산염 캡으로 긴 비암호화 RNA(lncRNA)에서 독특하게 발견됩니다.
  • 박테리아와 일부 유기체에서 mRNA는 NAD+, NADH 또는 3' dephospho-coenzyme A로 덮여 있습니다.
  • 모든 유기체에서 mRNA 분자는 다음과 같은 메커니즘에 의해 분리됩니다.메신저 RNA 디캡핑.
• 5' 비번역 영역(5' UTR)
  • 이는 개시 코돈의 바로 상류에 있는 mRNA 영역입니다.
  • 바이러스, 원핵생물, 진핵생물의 전사체 번역을 규제하는 데 필수적입니다.
  • 5' 번역되지 않은 영역의 일부는 때때로 단백질 산물로 번역되어 mRNA의 주요 코딩 서열의 번역을 조절합니다.
  • 그러나 일부 유기체에서는 5' UTR이 번역되지 않으므로 번역을 조절하는 복잡한 2차 구조를 형성합니다.
• 코딩 지역
  • 이것은 단백질을 암호화하는 RNA의 영역입니다.
  • DNA의 코딩 영역은 전사가 진행되는 동안 프로모터 서열 옆에 있으며, RNA 중합효소는 주형 가닥을 따라 코딩 영역으로 이동하는 프로모터 서열에 결합합니다. RNA 중합효소는 티민을 우라실로 대체하여 mRNA를 형성하는 코딩 영역에 상보적인 RNA 뉴클레오티드를 추가합니다. 메커니즘은 종료 시퀀스가 ​​발생할 때까지 발생합니다.
• 3프라임 번역되지 않은 영역(3' UTR)
  • 이는 번역 종결 코돈 뒤에 오는 mRNA의 일부입니다. 이 단위에는 전사 후 유전자 발현에 영향을 미치는 조절 영역이 포함되어 있습니다.
  • 3' UTR은 5' 비번역 영역과 마찬가지로 단백질로 번역되지 않습니다.
  • 그러나 3 UTR에서 발견되는 조절 영역은 폴리아데닐화, 번역 효율성, 번역 위치화 및 mRNA의 안정성에 영향을 미칩니다.
  • 이는 번역을 억제하거나 전사체 분해를 직접 유발하여 다양한 mRNA의 유전자 발현을 조절하고 감소시키는 조절 단백질 및 마이크로RNA(miRNA)에 사용되는 결합 부위를 가지고 있습니다.
  • 3' UTR에는 억제 단백질과 결합하여 mRNA의 발현을 억제하는 소음기 영역도 있습니다.
  • 여러 3' UTR에는 폴리(A) 꼬리로 알려진 아데닌 잔기를 mRNA 전사체의 끝에 추가하도록 지시하는 (AAUAAA)와 같은 Adenine-Uracil(AU)이 풍부한 요소 서열도 포함되어 있습니다.
  • 3' UTR에는 또한 세포 세포골격과 mRNA와의 단백질 결합을 촉진하는 서열이 포함되어 있습니다.
  • 이는 이를 세포핵으로 또는 세포핵에서 운반하거나 다른 유형의 세포 위치화를 수행합니다.
  • 일반적으로 3' UTR은 유전자를 조절하고 올바른 유전자가 적시에 올바르게 발현되도록 하는 데 도움이 됩니다.
• 폴리 A 테일
  • 폴리(A) 꼬리는 여러 개의 아데노신 모노포스페이트로 구성됩니다. 즉, 아데닌 염기로 구성된 RNA의 한 부분입니다.
  • 이는 폴리-A 결합 단백질(PABP)과 결합하며 mRNA 번역, 안정성 및 수출 조절에 주요 역할을 합니다.
  • PABP에 결합된 폴리(A) 꼬리는 전사체의 5' 말단과 관련된 단백질과 상호 작용하여 단백질 번역 과정을 촉진하는 mRNA의 순환을 유발합니다.
  • mRNA에 폴리-A 꼬리가 추가되는 것을 폴리아데닐화라고 합니다.
  • 진핵생물의 폴리아데닐화는 번역에 사용되는 성숙한 메신저 RNA(mRNA)를 생성하는 데 도움이 됩니다.
  • 여러 박테리아에서 폴리-A 꼬리는 mRNA의 분해를 촉진하는 데 유용했습니다. 이는 폴리-A가 유전자 발현의 더 큰 과정을 형성한다는 것을 의미합니다.
  • 폴리아데닐화에서 폴리-A의 역할은 유전자의 전사가 종료되면서 시작됩니다.
  • 폴리-A 꼬리는 mRNA의 핵 수출, 번역 및 안정성에 필수적입니다.
  • 꼬리가 시간이 지남에 따라 짧아지고 충분히 짧아짐에 따라 mRNA 합성은 효소적으로 분해됩니다.

2. 리보솜 RNA(rRNA): 구조와 기능

구조

• 리보솜 리보핵산(rRNA)은 리보솜의 일부인 RNA 유형입니다.
• 이는 단백질 합성을 촉매하는 분자 기계로 정의됩니다.
• 리보솜은 mRNA 결합, tRNA 동원, 아미노산 간 펩타이드 결합 형성 촉진 등 리보솜 기능에 중요한 역할을 하기 때문에 리보솜 무게의 최대 60%를 차지합니다.
• 그들은 또한 rRNA 코어를 사용하여 리보솜의 모양을 결정합니다.
• rRNA는 리보솜 내에서 특정 부위 A, P 및 E를 생성하는 내부 루프와 나선으로 구성된 독특한 3차원 모양을 가지고 있습니다.
• P 부위는 성장하는 폴리펩티드의 결합 부위로 기능하고, A 부위는 아미노산으로 충전된 들어오는 tRNA에 대한 앵커 역할을 합니다.
• 펩타이드 결합이 형성된 후 tRNA는 리보솜을 떠나기 직전에 E 부위에 결합합니다. 펩타이드 결합이 형성된 후 tRNA는 리보솜을 떠나기 전에 E 부위에 잠시 결합합니다.
• 또한 rRNA에는 리보솜 단백질과 결합하는 부위가 있어 단백질과 RNA 잔기를 분석하고 구별합니다.
• 리보솜 표면의 단백질은 rRNA 코어와 상호작용하여 구조를 안정화시킵니다.

그림: 진한 파란색(작은 하위 단위)과 진한 빨간색(큰 하위 단위)의 rRNA를 보여주는 리보솜의 3차원 보기. 밝은 색상은 리보솜 단백질을 나타냅니다. 원천:보스만(위키피디아).

기능

• rRNA는 세포핵, 특히 핵소체에서 합성되거나 전사됩니다. 핵소체는 리보솜 단백질의 격리를 통해 리보솜의 생물 발생에 중요한 역할을 합니다.
• 원핵생물과 진핵생물의 리보솜은 모두 더 크고 작은 하위 단위로 구성되어 있으며 이 두 단위는 mRNA가 번역되는 동안 함께 모입니다.
• 원핵생물의 작은 하위 단위는 Svedberg 계수가 16S인 약 1500개 뉴클레오티드 길이의 RNA 분자로 구성됩니다.
• 리보솜 단백질과 함께 작은 하위 단위는 30S의 침강 속도를 갖습니다.
• 이것은 두 개의 RNA 분자를 갖는 더 큰 하위 단위와 쌍을 이룹니다. 하나는 길이가 거의 3000개 뉴클레오티드(23S)이고 다른 하나는 120개 뉴클레오티드(5S)의 짧은 서열입니다. 이러한 RNA 분자에는 더 큰 50S 하위 단위를 생성하는 단백질이 동반됩니다.
• 진핵생물의 리보솜은 두 개의 하위단위, 즉 큰 하위단위인 60S와 작은 하위단위인 40S로 구성됩니다.
• 작은 서브유닛은 길이가 200개 미만인 뉴클레오티드(5S 및 5.8S) 두 개의 짧은 rRNA 분자로 구성되고, 큰 서브유닛은 길이가 5kb를 넘는 두 개의 큰 분자(28S)로 구성됩니다. 두 번째는 2킬로베이스(18S)입니다.
• 28S, 18S 및 5.8S 분자는 단일 유전자의 동일한 복사본 클러스터에서 단일 1차 전사체를 처리하여 생성됩니다. 5S 분자는 동일한 유전자의 다른 클러스터에서 생산됩니다.
• 전체적으로 진핵생물 리보솜의 Svedberg 계수는 80S입니다.
• 진핵세포의 미토콘드리아와 엽록체에도 rRNA가 있습니다.
• 리보솜은 소포체와 결합되어 있거나 세포질 내에서 자유롭게 떠다닐 수 있습니다.

3. 전달 RNA(tRNA): 구조와 기능

• 이것은 성장하는 펩타이드 사슬(mRNA 뉴클레오티드 서열)에서 아미노산을 리보솜으로 운반하는 비암호화 RNA 분자입니다. 따라서 tRNA는 뉴클레오티드와 아미노산 서열 사이의 중간 역할을 합니다.
• 그들은 리보뉴클레오티드이므로 mRNA와 수소 결합을 형성하고 번역 중에 mRNA와 아미노산을 결합하는 아미노산과 에스테르 결합을 형성합니다.

그림: 전송 RNA(tRNA) -(a) tRNA는 2차원에서 클로버잎 구조로 표현됩니다. (b) 3차원에서, tRNA는 tRNA Phe 구조[PDB: 1HEZ; [20]]. 두 다이어그램 모두에서 tRNA 구조 요소는 색상이 지정되어 있습니다: 수용체 줄기(녹색), 디히드로우리딘(D)-팔(보라색), 안티코돈 줄기(연한 파란색), 안티코돈(진한 파란색의 염기 34, 35, 36), 가변 팔( 주황색), T-arm(노란색) 및 판별기 베이스(빨간색)입니다. 이미지 출처:https://doi.org/10.1080/15476286.2019.1646079

구조와 기능

• 약 80개의 뉴클레오티드로 구성된 작은 RNA 사슬입니다.
• 번역하는 동안 tRNA는 mRNA 서열에 해당하는 특정 아미노산을 리보솜의 성장하는 폴리펩티드 사슬로 전달합니다.
• tRNA 쌍은 mRNA에 쌍을 이루는 3개의 뉴클레오티드를 갖는 각 염기쌍과 평행한 방식으로 mRNA 상보성을 갖습니다.
• tRNA는 70-90개의 뉴클레오티드(5nm)로 구성된 짧은 분자로 코딩됩니다.
• mRNA에 있는 세 개의 뉴클레오티드 세트는 다음과 같이 알려져 있습니다.코돈, tRNA의 해당 서열은 다음과 같이 알려져 있습니다.안티코돈.
• 코돈과 안티코돈의 염기쌍이 번역 메커니즘을 형성합니다.
• tRNA 3' 하이드록실 염기의 끝에는 안티코돈 아미노산 서열이 부착되어 리보솜을 연결하여 펩타이드 결합을 형성함으로써 폴리펩타이드 사슬을 연장시킵니다.
• 따라서 tRNA의 주요 부분은 안티코돈과 3' 수산기 말단입니다.
• tRNA 구조의 다른 부분으로는 D-arm과 T-arm이 있는데, 이는 매우 특이적이고 매우 효과적입니다.
• tRNA에는 방향성을 부여하는 당-인산 백본이 있습니다.
• tRNA의 한쪽 끝은 리보스의 다섯 번째 탄소 원자(5')에 부착된 반응성 인산염 그룹을 갖고, 다른 쪽 끝은 세 번째 탄소(3')에 자유 수산기를 가지고 있어 5'를 생성합니다. RNA의 3' 말단에.
• 3' 말단에는 리보스 당의 수산기에 공유 결합된 분자의 수용체 팔의 일부를 구성하는 3개의 염기 CCA(시토신, 시토신, 아데닌)가 있습니다.
• 수용체 팔은 또한 서로 쌍을 이루는 분자 염기의 반대쪽 끝에 있는 7-9개의 뉴클레오티드로 구성된 tRNA의 5' 말단 부분을 포함합니다.
• 아미노아실 tRNA 합성효소(AATS)에 의해 인식되는 안티코돈 루프는 mRNA와 쌍을 이루며 수용체 팔에 부착되는 아미노산을 결정합니다.
• AATS는 tRNA의 5' 말단에서 D-arm을 읽고 인식합니다.
• D-arm은 RNA의 구조를 안정화하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 리보솜에서의 번역의 동역학과 정확성에 영향을 미치고 영향을 미칩니다.
• T-arm은 또한 리보솜과의 상호작용을 통해 번역에 대한 tRNA 효과에 영향을 줍니다.
• D-arm, T-arm 및 안티코돈 루프가 결합되어 클로버잎과 유사합니다. RNA가 3차 구조로 접히면 수용체 줄기, T-팔, 안티코돈 루프 및 D-팔이 확장된 구조로 L자 모양이 됩니다.

4. 작은 핵 RNA(snRNA): 구조와 기능

• mRNA, rRNA 및 tRNA에 대한 DNA 전사 과정에서 1차 전사체는 핵에서 처리되어 세포질로 내보내질 기능적 요소를 생성합니다. 작은 핵 RNA(snRNA)의 역할은 이러한 과정 중 일부를 중재하는 것입니다.
• snRNA는 약 150개의 뉴클레오티드로 구성된 RNA 폴리머라제 II 또는 RNA 폴리머라제 III에 의해 전사됩니다.
• snRNA는 여러 복사본에 서로 다른 유전자를 가지고 있으며, 이는 다른 RNA 클래스의 합성에서 서로 다른 역할을 합니다. 엑손을 접합합니다.
• 그들은 또한 전사 인자와 RNA 중합효소 II의 조절을 중재합니다.
• 그들은 또한 텔로미어를 유지합니다.
• snRNA는 snRNP라고도 불리는 작은 핵 리보핵산단백질로 알려진 특정 단백질 및 복합체와 결합합니다.

5. 작은 핵성 RNA(snoRNA): 구조와 기능

• 이는 세포에서 다양한 기능을 수행하는 세포핵에서 발견되는 약 60-300개의 뉴클레오티드로 구성된 작은 RNA입니다.
  • 그들은 28S, 18S 및 5.8S의 큰 RNA 전구체를 절단하여 리보솜 합성에 역할을 합니다.
  • 그들은 리보스에 메틸기와 같은 그룹을 추가하여 rRNA, tRNA 및 snRNA 분자의 많은 뉴클레오티드를 화학적으로 변형합니다.
  • 그들은 또한 pre-mRNA가 다른 형태의 성숙한 mRNA로 접합되는 것을 돕습니다.
• snoRNA의 한 유형은 텔로미어 합성을 위한 주형 역할을 합니다.
• 척추동물에서 snoRNA는 전사 중에 제거된 인트론으로 만들어집니다.

6. 마이크로RNA(miRNA): 구조와 기능

• 마이크로RNA(MicroRNA)는 22개의 뉴클레오티드로 구성된 단일 가닥의 작은 비암호화 RNA입니다. 그 크기는 siRNA와 동일한 것으로 추정된다.
• 이는 식물, 모든 동물 및 일부 바이러스에서 발견되며 RNA 침묵 및 전사 후 유전자 발현 조절에 주요 역할을 합니다.
• 인간은 약 1000miRNA를 생성합니다.
• 이러한 miRNA는 독립형 유전자에 의해 게놈에서 암호화되거나 mRNA를 조절하는 유전자의 인트론 부분에서 암호화됩니다.
• 이는 일부 세포 유형이 분화되는 동안 특정 시간에 일부 세포 유형에서 발현됩니다.
• mRNA의 발현을 조절함으로써 유전자 조절에서 이들의 역할은 두 가지 방식으로 달성됩니다.
  • 특히 식물에서 서열이 균등하게 일치할 때 mRNA를 파괴함으로써
  • 서열이 부분적으로 일치할 때 mRNA의 번역을 억제함으로써 가능합니다.
• miRNA의 이러한 특징적인 역할은 두 가지 특징에 기인합니다.
  • 크기가 작기 때문에 유전자에서 신속하게 전사되기가 쉽습니다.
  • 부분적이거나 균일하게 일치하는 유전자 서열에 대한 mRNA 유전자 발현을 조절하기 위해 번역된 단백질 요소가 필요하지 않습니다.
• 포유류 유전자 발현에 대한 게놈 연구에 따르면 하나 이상의 miRNA가 DNA에서 전사된 mRNA에 결합되어 있는 것으로 나타났습니다.
• 단일 miRNA는 약 200개의 서로 다른 mRNA 표적에 결합할 수 있으며, 이는 mRNA에 여러 miRNA 결합 부위가 존재하기 때문에 선호됩니다.
• 이는 조정된 mRNA 번역을 가능하게 합니다.

7. 긴 비암호화 RNA(lncRNA): 구조와 기능

• 이것은 크기가 200개 뉴클레오티드인 비코딩 전사체 RNA의 이종 그룹입니다.
• 이는 포유류의 비암호화 전사체 중 가장 큰 것입니다.
• 인간 게놈에는 약 8000개의 lncRNA가 암호화되어 있습니다.
• lncRNA의 주요 기능은 아직 알려져 있지 않습니다. 그러나 일부 과학적 증거에 따르면 lncRNA가 유전자 조절 및 생리학적 메커니즘 관련 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다.
• 유전자 조절 메커니즘에서 알려진 기능 중 일부는 다음과 같습니다.
  • 접합
  • 번역
  • 각인
  • 전사
  • XIST-RNA로 알려진 lncRNA 유형에 의해 암컷 척추동물의 두 X 염색체 중 하나가 비활성화됩니다.
  • 이들은 루핑을 통해 유전자의 인핸서 및 프로모터 영역을 서로 가깝게 만드는 역할을 하며, 이는 유전자 전사 조절에 도움이 됩니다.

메모:

비암호화 RNA(tRNA, rRNA, snoRNA, snRNA, miRNA 및 lncRNA)는 세포핵에서 일어나는 전사의 3/4을 차지합니다.

참고자료 및 출처

• Prescott의 미생물학
• https://www.futurelearn.com/courses/translational-research/0/steps/14201
• 생물학 사전-rRNA 노트
• 생물학 사전 -tRNA 노트
• https://www.news-medical.net/life-sciences/-Types-of-RNA-mRNA-rRNA-and-tRNA.aspx
• http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/transcription/difgns.html
• https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Genetics/Book%3A_Working_with_Molecular_Genetics_(Hardison)/Unit_III%3A_The_Pathway_of_Gene_Expression/10%3A_Transcription%3A_RNA_polymerases
• https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_and_General_Biology/Book%3A_Biology_(Kimball)/06%3A_Gene_Expression/6.02%3A_The_Transcription_of_DNA_into_RNA
• https://www.ebi.ac.uk/chebi/searchId.do?chebiId=74035
• https://www.genome.gov/genetics-glossary/Transfer-RNA
• http://bioscience.jbpub.com/cells/MBIO5245.aspx
• https://en.wikipedia.org/wiki/Small_nuclear_RNA#:~:text=Small%20nuclear%20RNA%20(snRNA)%20is,snRNA%20is%20대략%20150%20뉴클레오티드.
• https://www.futurelearn.com/courses/translational-research/0/steps/14201