번역 조절 및 mRNA 안정성

메신저 RNA(mRNA)가 생성된 후에도, 그로부터 생산되는 단백질의 양은 mRNA가 얼마나 효율적으로 번역되는지, 그리고 세포 내에서 얼마나 오래 생존하는지에 따라 달라집니다. 주로 개시 단계에서 이루어지는 번역 조절과 mRNA 안정성 조절은 전사(transcription)를 변경하지 않고도 유전자 발현을 빠르고 가역적으로 조절할 수 있게 합니다.

Definition

번역 조절과 메신저 RNA 안정성은 기존 전사체가 단백질로 번역되는 속도와 분해되기 전까지 지속되는 시간을 조절하는 전사 후 메커니즘입니다.

Scope

이 주제는 개시 인자(initiation factors) 및 그 변형에 의한 번역 개시 조절, 비번역 영역(untranslated regions) 및 RNA 결합 단백질의 역할, 탈아데닐화(deadenylation) 및 분해 경로를 포함한 mRNA 반감기 결정 요인, 그리고 작은 RNA가 번역 및 전사체 안정성에 미치는 영향에 대해 다룹니다. 이는 기계론적인 분자 주제이며 임상 지침이 아닙니다.

Core questions

• mRNA가 이미 만들어진 후에 유전자 발현을 조절하는 이유는 무엇입니까?
• 번역 개시 속도는 어떻게 조절됩니까?
• mRNA가 세포 내에서 얼마나 오래 생존하는지는 무엇에 의해 결정됩니까?
• 비번역 영역과 RNA 결합 인자는 단일 전사체로부터의 산출량을 어떻게 조절합니까?

Key concepts

• 주요 조절 단계로서의 번역 개시
• 진핵생물 개시 인자 및 그 조절
• 효율적인 번역에서의 5' 캡과 폴리(A) 꼬리
• 비번역 영역 (5' 및 3' UTR)
• RNA 결합 단백질
• 탈아데닐화 및 mRNA 분해 경로
• 마이크로RNA에 의한 조절

Mechanisms

대부분의 번역 조절은 개시 단계에서 이루어지며, 이때 작은 리보솜 소단위체와 개시 tRNA가 진핵생물 개시 인자(eukaryotic initiation factors)에 의해 mRNA로 모집됩니다. 이러한 인자들의 활성을 조절하는 것, 예를 들어 캡 결합 복합체(cap-binding complex) 또는 삼원 복합체(ternary complex)의 가용성을 조절하는 인산화를 통해, 전역적으로 또는 선택적으로 번역 속도를 변화시킬 수 있습니다. RNA 결합 단백질에 의해 인식되는 비번역 영역의 서열은 특정 전사체의 번역을 더욱 촉진하거나 억제할 수 있습니다. 이와 병행하여, mRNA의 안정성은 mRNA가 생성할 수 있는 단백질의 양에 상한선을 설정합니다. 전사체는 일반적으로 폴리(A) 꼬리(poly(A) tail)의 단축(탈아데닐화)에 의해 불안정해지며, 이어서 탈캡화(decapping) 및 엑소뉴클레오분해(exonucleolytic decay)가 일어납니다. 3' 비번역 영역의 요소들은 특정 메시지를 더 빠르거나 느린 회전율로 표적화합니다. 마이크로RNA(microRNAs)와 같은 작은 조절 RNA는 표적 전사체와 염기쌍을 형성하여 번역을 억제하고 분해를 촉진함으로써, 이 두 가지 조절 계층을 통합합니다.

Clinical relevance

변형된 번역 조절 및 mRNA 안정성은 세포 스트레스 반응, 성장 신호 전달 및 암의 특징이며, 이 주제는 세포가 단백질 생산을 신속하게 재프로그래밍하는 방식을 뒷받침합니다. 이 항목은 교육 목적으로 메커니즘을 설명하며, 개별 진단 또는 치료의 근거가 아닙니다.

History

유전자 발현이 전사 외적으로 조절된다는 인식은 개시 인자, 캡 의존적 개시 메커니즘, 그리고 안정성을 조절하는 비번역 영역의 요소들이 발견되면서 20세기 후반에 걸쳐 성장했습니다. Sonenberg와 Hinnebusch (2009) 및 Hinnebusch와 Lorsch (2012)의 리뷰는 진핵생물 번역 개시의 메커니즘과 조절을 통합했으며, Bartel (2009)은 마이크로RNA가 번역 억제와 전사체 분해를 어떻게 연결하는지 종합했습니다.

Key figures

• Nahum Sonenberg
• Alan Hinnebusch
• David Bartel

Seminal works

• sonenberg-hinnebusch-2009
• hinnebusch-lorsch-2012
• bartel-2009

Frequently asked questions

전사가 이미 조절되고 있다면 번역을 조절하는 이유는 무엇입니까?

번역 조절은 이미 존재하는 전사체에 작용하여, 세포가 새로운 전사를 기다리지 않고도 (예를 들어 스트레스 상황에서) 단백질 생산량을 매우 빠르고 가역적으로 변경할 수 있도록 합니다.

어떤 요인이 한 mRNA를 다른 mRNA보다 더 안정하게 만듭니까?

안정성은 캡과 폴리(A) 꼬리, 그리고 단백질이나 작은 RNA에 의해 결합되는 비번역 영역의 서열 요소들에 의해 영향을 받으며, 이들은 전사체가 더 빠르거나 느린 탈아데닐화 및 분해를 겪도록 표적화합니다.