전사 (transcription)

측정·도구 생물학
한 줄 정의: DNA에 저장된 유전 정보가 전령 RNA(mRNA) 등 RNA로 복사되는 과정으로, 진핵세포에서는 주로 핵 안에서 일어나는 중심원리의 첫 단계입니다.

쉽게 풀면

DNA는 세포핵 안에 안전하게 보관되어 있고 직접 세포질로 나가지 않습니다. 대신 RNA 중합효소라는 효소가 DNA의 이중나선을 국소적으로 풀고, 그 서열을 상보적인 전령 RNA(mRNA) 가닥으로 복사합니다. "전령"이라는 이름처럼 이 RNA는 핵 안의 DNA 메시지를 세포질의 단백질 합성 장소(리보솜)까지 전달하는 역할을 합니다. 전사가 끝난 mRNA는 핵을 빠져나가 번역 단계로 넘어갑니다.

왜 중요한가

전사는 유전자 발현의 첫 관문으로, 세포가 어떤 유전자를 언제 얼마나 사용할지 결정하는 가장 중요한 조절 지점 중 하나입니다. 유전자 발현 정량, 질병 관련 유전자의 발현 변화 분석, 전사체(transcriptome) 분석 등 분자생물학·유전체학 연구 전반에서 전사량 측정은 가장 기본적이면서도 널리 쓰이는 실험적 접근입니다.

핵심 정리

예시로 보기

염기서열 예: 주형 가닥 3′-TAC GGA TCC-5′를 읽으면 RNA는 T→A, A→U, C→G, G→C로 짝을 지어 5′-AUG CCU AGG-3′가 됩니다(RNA에는 티민 대신 우라실이 들어갑니다). 주형이 아닌 반대 가닥(암호화 가닥)의 서열은 T가 U로 바뀐 것만 빼고 RNA와 같습니다.

mRNA 양은 합성만으로 정해지지 않는다 (가상의 계산): mRNA가 분당 20개씩 합성(ks)되고 분해 속도 상수가 kd일 때 정상상태의 양은 ks ÷ kd입니다.

정상상태의 절반에 이르는 시간은 반감기와 같습니다(코드로 계산). 그래서 측정한 mRNA 양이 늘었다고 곧바로 전사가 늘었다고 할 수 없습니다.

자주 하는 오해

오해바로잡기
mRNA가 늘었으니 전사가 활발해졌다.합성과 분해의 균형입니다. 전사 속도를 직접 보려면 새로 합성된 RNA를 표지하는 방법 등을 씁니다.
mRNA가 늘면 단백질도 그만큼 는다.번역 효율과 단백질 분해가 개입합니다. 한 대규모 연구는 포유류 세포에서 mRNA 양이 단백질 양 변동의 약 40%만 설명한다고 보고했습니다(Schwanhäusser 등, 2011).
전사와 번역은 같은 말이다.전사는 DNA→RNA, 번역은 RNA→단백질입니다. 영어 transcription은 연구 방법에서 ‘녹취록 작성’을 뜻하기도 하니 문맥을 확인합니다.
유전자의 양쪽 DNA 가닥이 모두 전사된다.하나의 유전자에서는 보통 한 가닥이 주형입니다. 다른 유전자는 반대 가닥을 쓸 수 있습니다.
전사된 RNA는 모두 단백질로 번역된다.rRNA, tRNA처럼 기능하는 RNA도 있고, mRNA도 조절에 따라 번역되지 않을 수 있습니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

실제 논문에서

이 용어를 직접 쓴 국내 논문 문장을 아직 수집하지 못했습니다. 수집되는 대로 출처와 함께 싣겠습니다.

예시 문장

아래는 용어의 쓰임을 보여 주려고 만든 예시로, 실제 논문에서 가져온 문장이 아닙니다.

"해당 유전자의 전사 수준을 qPCR로 정량하여 처리군과 대조군을 비교하였다."

DNA 서열 자체가 아니라, 그 유전자가 실제로 RNA로 얼마나 많이 복사되고 있는지(전사량)를 측정해 유전자 발현 변화를 확인했다는 뜻입니다.

"약물 처리 후 RNA-seq 분석을 통해 수천 개 유전자의 전사 수준 변화를 전사체 단위에서 비교하였다."

고처리량 시퀀싱 연구에서 개별 유전자가 아니라 전체 전사체 수준에서 전사량 변화를 폭넓게 살펴볼 때 쓰이는 표현이다.

"저온 스트레스에 노출된 식물에서 특정 방어 관련 유전자의 전사가 시간이 지날수록 점차 증가하였다."

식물생리학 연구에서 환경 스트레스에 반응해 시간에 따라 전사량이 변화하는 양상을 추적할 때 흔히 쓰이는 서술이다.

조금 더 깊게 보면

전사는 개시, 신장, 종결의 세 단계로 나뉘며, 개시 단계에서 프로모터 부위에 RNA 중합효소와 여러 전사인자가 결합하는지 여부가 전사가 얼마나 활발히 일어날지를 좌우합니다. 실험적으로 전사량을 측정할 때는 qPCR로 특정 유전자 하나를, RNA-seq로는 전사체 전체를 동시에 정량할 수 있어 연구 목적에 따라 선택합니다.

다만 측정된 mRNA 양은 합성 속도뿐 아니라 분해 속도에도 영향을 받으므로, 특정 시점의 mRNA 양이 곧 전사 활성 자체를 그대로 의미하지는 않는다는 점에 유의할 필요가 있습니다.

주의할 점

전사량이 늘었다고 해서 반드시 단백질량도 그만큼 느는 것은 아닙니다. 번역 효율이나 단백질 분해 속도 같은 이후 단계도 함께 고려해야 합니다.

헷갈리기 쉬운 용어

중심원리의 단계는 이름이 비슷하고 방향이 다릅니다.

과정방향주된 효소·기구
복제DNA → DNADNA 중합효소
전사DNA → RNARNA 중합효소
번역RNA → 단백질리보솜, tRNA

참고 문헌

  1. Crick, F. (1970). Central dogma of molecular biology. Nature, 227, 561–563.
  2. Jacob, F., & Monod, J. (1961). Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. Journal of Molecular Biology, 3, 318–356.
  3. Lee, T. I., & Young, R. A. (2013). Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell, 152, 1237–1251.
  4. Schwanhäusser, B., Busse, D., Li, N., et al. (2011). Global quantification of mammalian gene expression control. Nature, 473, 337–342.
  5. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. (2015). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.

표의 기준값은 위 문헌에 근거한 관례이며, 분야·학술지마다 다른 기준을 쓸 수 있습니다.

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