개요

전사(transcription)는 RNA 중합효소(RNA polymerase; RNA 폴리머레이스)를 통해 DNA 서열에서 RNA를 합성하는 과정이며, 유전자 서열에서 단백질을 생산하는 첫 번째 단계입니다. 여러 다양한 단백질과 조절 서열(regulatory sequence)은 전령RNA(messenger RNA, 줄여서 mRNA)의 적절한 합성에 관여합니다. 전사의 조절은 모든 다양한 종류의 세포 분화(cellular differentiation)를 담당하며 종종 환경 신호에 대한 적절한 세포 반응을 담당하기도 합니다.

전사는 여러 종류의 RNA 분자를 생성할 수 있습니다

진핵생물(eukaryote)의 DNA는 먼저 mRNA 전구체(precursor mRNA, 줄여서 pre-mRNA; 전구 mRNA)로 전사되어 단백질의 합성을 위한 주형(template) 역할을 하기 위해 성숙 mRNA(mature mRNA)로 처리됩니다. 그러나 박테리아와 같은 원핵생물(prokaryote)에선 RNA가 급속히 분해할 수 있기 때문에 전사가 진행되는 동안 RNA를 폴리펩타이드(polypeptide)로 번역(translation)하기 시작할 수 있습니다. 전사는 또한 마이크로RNA(microRNA), 운반RNA(transfer RNA, 줄여서 tRNA), 리보솜 RNA(ribosomal RNA, 줄여서 rRNA)와 같이 단백질을 암호화하지 않는 다른 종류의 RNA 분자를 생성할 수 있으며, 이 분자는 모두 단백질 합성에 기여합니다.

전사의 조절은 발달의 핵심입니다

거의 예외 없이 인체의 모든 세포는 뇌의 뉴런(neuron)에서 심장의 근육 세포에 이르기까지 동일한 유전 정보를 가지고 있습니다. 그렇다면 세포는 어떻게 그렇게 다양한 형태와 기능을 담당할까요? 해답은 대체로 유기체의 발달 중 전사의 조절(regulation)에 있습니다. 특히, 전사 조절(transcriptional regulation)은 형질을 발현하지 않은 전구 세포(precursor cell)에서 근육 세포와 같은 특화된 세포를 생산하는 과정인 세포 분화에 핵심적인 역할을 합니다. 특화된 세포를 생산하기 위해서 어떤 유전자 발현은 전구 세포에서 켜야 하고 또 어떤 발현은 전구 세포에서 꺼야 합니다.

이런 세포 분화 과정은 전사 인자(transcription factor)라고 부르는 DNA 결합 단백질이 유전자의 전사 수준을 조절해 세포의 운명을 결정할 수 있게 조정합니다. 예를 들어, 척추동물이 발달하는 동안 발달하는 배아의 외배엽(ectoderm)에 있는 세포들은 BMP, WNT, SHH와 같은 단백질에서 몇 가지 유도 신호를 받습니다. 이 신호는 다수의 유전자 발현을 켜거나 끄는 전사 인자를 활성화합니다. 전사 조절은 이런 방법으로 외배엽 세포가 피부 세포가 되는지 아니면 신경계의 세포가 되는지를 결정합니다.

환경에 대응하려면 종종 전사 조절 변화가 필요합니다

환경이 장기간 안정되는 경우는 거의 없습니다. 예를 들어, 식물이 매일, 때로는 시시각각 노출되는 온도, 강수량, 영양분 가용성의 변화를 고려해보세요. 유기체는 적절하게 기능하기 위해 성장 속도, 면역력, 행동과 같은 주요 특성을 조정해 환경 변화에 대응해야 합니다. 이런 대응은 종종 많은 수의 유전자의 전사 수준을 증가시키거나 감소시켜야 합니다. 예를 들어, 애기장대(Arabidopsis thaliana)는 가뭄 조건에 노출될 때 뿌리의 성장을 촉진하고 토양에서 가능한 한 많은 물을 채취하기 위해 수백 개의 유전자의 전사를 빠르게 조절합니다.