억제자
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1. 개요
억제자는 유전자 발현을 조절하는 데 관여하는 단백질 또는 DNA 영역을 의미한다. 억제자는 유도물질, 코억제자 등과 상호 작용하여 유전자 발현을 억제하거나 활성화시킨다. 원핵생물과 진핵생물에서 발견되며, 특히 원핵생물에서 더 흔하게 나타난다. 억제자는 lac 오페론 억제자(LacI), met 오페론 억제자(MetJ), L-아라비노스 오페론 억제자(AraC), 개화 로커스 C(FLC) 억제자 등 다양한 종류가 있다.
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2. 억제자의 기능 및 작동 기작
억제자는 DNA에 결합하여 RNA 중합효소의 작용을 방해함으로써 유전자 발현을 억제하는 단백질이다. 억제자는 특정 조건에서만 전사가 일어나도록 하는 피드백 메커니즘의 일부로 작용하기도 한다. 활성 억제자는 오페레이터에 직접 결합하여 유전자 발현을 억제한다.
2. 1. 억제자와 유도물질
유도물질은 유전자 발현을 시작하는 분자이다. 유도물질이 존재하면 억제 단백질과 상호작용하여 억제 단백질을 오페레이터에서 분리시킨다. 그러면 RNA 중합 효소가 유전자를 전사하여 유전자를 발현시킨다. 이 억제 기전은 특정 조건, 즉 특정 유도물질의 존재가 있을 경우에만 전사가 일어나도록 하기 때문에 일종의 피드백 메커니즘이다.코억제자는 억제자에 결합하여 억제자가 오페레이터에 더 강력하게 결합하도록 하여 전사를 감소시키는 분자이다. 코억제자와 결합하는 억제자는 "아포억제자" 또는 "비활성 억제자"라고 불린다. 아포억제자의 한 유형은 박테리아에서 중요한 대사 단백질인 trp 억제자이다. 반대로 활성 억제자는 오페레이터에 직접 결합하여 유전자 발현을 억제한다.
2. 2. 억제자와 코억제자
코억제자는 억제자와 결합하여 억제자의 DNA 결합 능력을 강화시켜 유전자 발현을 더욱 억제하는 분자이다. 코억제자와 결합하여 활성화되는 형태의 억제자를 "아포억제자" 또는 "비활성 억제자"라고 부른다. trp 억제자는 박테리아에서 중요한 대사 단백질인 아포억제자의 한 유형이다.[1]2. 3. 원핵생물과 진핵생물의 억제자
유도물질이 억제 단백질과 상호작용하여 오페레이터에서 분리되면 RNA 중합 효소가 유전자를 전사한다. 코억제자는 억제자에 결합하여 전사를 감소시킨다. 코억제자와 결합하는 억제자는 "아포억제자" 또는 "비활성 억제자"라고 불린다. trp 억제자는 박테리아에서 중요한 대사 단백질인 아포억제자의 한 유형이다. 활성 억제자는 오페레이터에 직접 결합하여 유전자 발현을 억제한다.억제자는 원핵생물에서 더 흔하고, 진핵생물에서는 드물다. 알려진 대부분의 진핵생물 억제자는 단순한 유기체(예: 효모)에서 발견되며, 활성 인자와 직접 상호 작용한다.[1] 이는 DNA 또는 RNA 구조를 변경할 수 있는 원핵생물 억제자와 대조적이다.
진핵생물 게놈 내에는 사일런서라고 알려진 DNA 영역이 있다. 이들은 억제자에 결합하여 유전자를 부분적으로 또는 완전히 억제하는 DNA 서열이다. 사일런서는 유전자의 실제 프로모터로부터 수 개의 염기 상류 또는 하류에 위치할 수 있다. 억제자는 사일런서 영역과 프로모터 영역에 결합하는 두 개의 결합 부위를 가질 수 있다. 이는 염색체 루핑을 유발하여 프로모터 영역과 사일런서 영역이 서로 근접하도록 한다.
3. 억제자의 예시
다음은 억제자의 예시이다.
- '''''lac'' 오페론 억제자 (LacI)''': ''lacZYA''영어 오페론은 젖당(락토스) 분해에 필요한 단백질을 암호화하는 유전자를 포함하고 있다. 알로락토스라는 유도자가 존재하면, 억제자는 구조가 변하고 DNA 결합 강도가 감소하여 lac영어 오페론의 프로모터 영역에서 연산자 DNA 서열로부터 분리된다.
- '''''met'' 오페론 억제자 (MetJ)''': 메티오닌 생합성을 조절하는 억제 단백질이다. S-아데노실 메티오닌(SAM)이 존재할 때 MetJ 단백질에 결합하여 인지 오페레이터 부위에 대한 친화력을 증가시켜 메티오닌 합성에 관여하는 유전자의 전사를 중단시킨다.
- '''L-아라비노스 오페론 억제자 (AraC)''': L-아라비노스 오페론은 아라비노스 분해 효소를 암호화하는 유전자를 포함하고 있다. AraC는 아라비노스의 존재 여부에 따라 억제자 또는 활성자로 작용한다.
- '''개화 로커스 C (FLC) 억제자''': FLC 오페론은 애기장대에서 분열조직이 꽃 상태로 전환하는 데 필요한 유전자의 발현을 억제하여 개화를 억제하는 진핵생물 유전자 좌위이다.
3. 1. ''lac'' 오페론 억제자 (LacI)
''lacZYA''영어 오페론은 젖당(락토스) 분해에 필요한 단백질을 암호화하는 유전자를 포함하고 있다.[2] ''lacI'' 유전자는 "억제자" 또는 lac영어 억제자"라고 불리는 단백질을 암호화하며, 이는 lac영어 오페론을 억제하는 기능을 한다.[2] ''lacI'' 유전자는 ''lacZYA''의 바로 상류에 위치하지만, ''lacI'' 프로모터에서 전사된다.[2] LacI 억제 단백질은 ''lacO'' 연산자 서열에 결합하여 ''lacZYA''를 억제한다.[2]''lac''영어 억제자는 구성적으로 발현되며 일반적으로 연산자 부위, 즉 프로모터에 결합하여 RNA 중합효소(RNAP)가 lac영어 오페론의 전사를 시작하는 것을 방해한다.[2] 유도자 알로락토스가 존재하면, 억제자는 구조가 변하고, DNA 결합 강도가 감소하며, lac영어 오페론의 프로모터 영역에서 연산자 DNA 서열로부터 분리된다. 그러면 RNAP는 프로모터에 결합하여 ''lacZYA'' 유전자의 전사를 시작할 수 있다.[2]
3. 2. ''met'' 오페론 억제자 (MetJ)
MetJ는 메티오닌 생합성을 조절하는 억제 단백질이다. 리본-나선-나선(RHH) 모티프를 통해 DNA 염기와 상호 작용한다.[3] MetJ는 각각 베타 리본과 알파 나선을 제공하는 두 개의 단량체로 구성된 이량체이다. 각 단량체의 베타 리본은 함께 모여 DNA 오페레이터(Met box)의 주 홈에 결합하는 역평행 베타 시트를 형성한다. 결합되면 MetJ 단백질 이량체는 알파 나선을 통해 오페레이터의 상보적 가닥에 결합된 다른 MetJ 이량체와 상호 작용한다. S-아데노실 메티오닌(SAM)은 DNA 결합 부위와 겹치지 않는 MetJ의 주머니에 결합한다.Met box는 DNA 서열 AGACGTCT이며, 이는 대칭이며 (이중 대칭을 나타냄) DNA의 두 가닥에서 동일한 서열을 인식할 수 있다. Met box 중간의 C와 G 사이의 접합부는 피리미딘-퓨린 단계로, DNA 초나선으로 인해 인산디에스터 골격에 굴곡을 형성한다. 이는 단백질이 DNA 이중 나선이 단백질의 형태를 따르도록 함으로써 인식 부위를 확인하는 방식이다. 즉, 인식은 특정 염기 서열 인식보다는 DNA의 구조적 매개변수의 간접적인 판독을 통해 일어난다.
각 MetJ 이량체는 보조 인자 S-아데노실 메티오닌(SAM)에 대한 두 개의 결합 부위를 포함하며, 이는 메티오닌 생합성 과정의 생성물이다. SAM이 존재할 때 MetJ 단백질에 결합하여 인지 오페레이터 부위에 대한 친화력을 증가시켜 메티오닌 합성에 관여하는 유전자의 전사를 중단시킨다. SAM 농도가 낮아지면 억제 단백질이 오페레이터 부위에서 해리되어 더 많은 메티오닌을 생산할 수 있게 된다.[11]
3. 3. L-아라비노스 오페론 억제자 (AraC)
L-아라비노스 오페론은 아라비노스 분해 효소를 암호화하는 유전자를 포함하고 있다. 이 효소들은 포도당이 낮거나 없을 때 에너지를 얻기 위한 대체 공급원으로서 아라비노스를 분해하는 기능을 한다.[4] 이 오페론은 조절 억제 유전자(araC), 세 개의 조절 부위(ara02, ara01, araI1, araI2), 두 개의 프로모터(Parac/ParaBAD) 및 세 개의 구조 유전자(araBAD)로 구성된다.AraC는 아라비노스의 존재 여부에 따라 억제자 또는 활성자로 작용한다. AraC는 억제자 역할을 할 때 araI 영역에 결합하여 루프를 형성한다. 이 루프는 폴리머라아제가 프로모터에 결합하여 구조 유전자를 단백질로 전사하는 것을 방지한다. 아라비노스와 araC(억제자)가 없을 경우, 루프 형성이 시작되지 않아 구조 유전자 발현이 낮아진다. 아라비노스가 없고 araC가 있을 경우, araC 영역은 이량체를 형성하여 결합하여 루프를 형성함으로써 ara02 및 araI1 도메인을 더 가깝게 만든다.[5]
아라비노스와 araC가 모두 있을 경우, araC는 아라비노스와 결합하여 활성제 역할을 한다. araC의 이러한 구조적 변화로 인해 더 이상 루프를 형성할 수 없게 되며, 선형 유전자 세그먼트는 RNA 폴리머라아제가 구조 araBAD 영역으로의 모집을 촉진한다.[4]
3. 4. 개화 로커스 C (FLC) 억제자
FLC 오페론은 애기장대에서 분열조직이 꽃 상태로 전환하는 데 필요한 유전자의 발현을 억제하여 개화를 억제하는 진핵생물 유전자 좌위이다. FLC 발현은 [https://www.uniprot.org/uniprot/P0DH90 FRIGIDA]의 존재에 의해 조절되며, 온도가 감소하면 발현이 줄어들어 춘화처리를 방지한다.[6] 발현 감소 정도는 계절 변화에 따라 온도와 노출 시간에 따라 달라진다. FLC 발현이 하향 조절된 후, 개화 가능성이 활성화된다. FLC 발현 조절에는 히스톤 메틸화 및 DNA 메틸화와 같은 유전적 요인과 후생유전학적 요인이 모두 관련된다.[7] 또한, 여러 유전자는 FLC 유전자의 음성 전사 인자 역할을 하는 보조 인자로 작용한다.[8] FLC 유전자는 또한 다양한 기후에 특정한 적응을 가능하게 하는 종 전반에 걸쳐 많은 수의 상동 유전자를 가지고 있다.[9]참조
[1]
간행물
Chapter 17 - Regulation of Transcription in Eukaryotes
http://www.sciencedi[...]
Academic Cell
2020-12-02
[2]
서적
Microbiology: An Evolving Science
W.W. Norton &
2009
[3]
논문
Crystal structure of the met repressor-operator complex at 2.8 A resolution reveals DNA recognition by beta-strands.
1992
[4]
서적
Biochemistry
https://www.worldcat[...]
John Wiley & Sons
2011
[5]
논문
The role of rigidity in DNA looping-unlooping by AraC
2001-01-16
[6]
논문
Role of FRIGIDA and FLOWERING LOCUS C in Determining Variation in Flowering Time of Arabidopsis
2005-06
[7]
논문
Molecular analysis of FRIGIDA, a major determinant of natural variation in Arabidopsis flowering time
https://pubmed.ncbi.[...]
2000-10-13
[8]
논문
The downregulation of FLOWERING LOCUS C (FLC) expression in plants with low levels of DNA methylation and by vernalization occurs by distinct mechanisms
2005
[9]
논문
A Flowering Locus C Homolog Is a Vernalization-Regulated Repressor in Brachypodium and Is Cold Regulated in Wheat1[OPEN]
2017-02
[10]
서적
Microbiology : an evolving science
https://www.worldcat[...]
W.W. Norton & Co
2009
[11]
논문
Crystal structure of the met repressor-operator complex at 2.8 A resolution reveals DNA recognition by beta-strands.
1992
[12]
서적
Biochemistry
https://www.worldcat[...]
John Wiley & Sons
2011
[13]
논문
The role of rigidity in DNA looping-unlooping by AraC
https://www.pnas.org[...]
2001-01-16
[14]
논문
Role of FRIGIDA and FLOWERING LOCUS C in Determining Variation in Flowering Time of Arabidopsis
2005-06
[15]
논문
Molecular analysis of FRIGIDA, a major determinant of natural variation in Arabidopsis flowering time
https://pubmed.ncbi.[...]
2000-10-13
[16]
논문
The downregulation of FLOWERING LOCUS C (FLC) expression in plants with low levels of DNA methylation and by vernalization occurs by distinct mechanisms
https://onlinelibrar[...]
2005
[17]
논문
A Flowering Locus C Homolog Is a Vernalization-Regulated Repressor in Brachypodium and Is Cold Regulated in Wheat1[OPEN]
2017-02
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