전사 (transcription)
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
- 전사는 RNA 중합효소가 DNA의 한 가닥(주형)을 읽어 상보적인 RNA를 5′→3′ 방향으로 합성하는 과정입니다. DNA 중합효소와 달리 프라이머가 필요하지 않습니다.
- 세 단계: 개시(프로모터에 효소와 전사인자가 붙음), 신장(RNA가 길어짐), 종결.
- 진핵생물에서 단백질 암호 유전자는 RNA 중합효소 II가 전사하고, 생긴 전사체는 5′ 캡 붙이기, 스플라이싱, 폴리A 꼬리 붙이기를 거쳐 성숙한 mRNA가 되어 핵을 나갑니다. 원핵생물은 핵이 없어 전사와 번역이 동시에 진행될 수 있습니다.
- 어느 유전자가 얼마나 전사될지는 전사인자, 인핸서, 염색질 상태가 정합니다(Lee & Young, 2013). 유전자 발현 조절의 핵심 지점입니다. ‘전령 RNA’와 오페론에 의한 조절 개념은 Jacob과 Monod(1961)가 제안했습니다.
- 중심원리(DNA → RNA → 단백질)에서 첫 단계에 해당하고, 다음 단계는 번역입니다.
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.
- 반감기 30분이면 kd = ln2 ÷ 30 = 0.0231/분 → 정상상태 약 866개.
- 합성 속도는 같고 반감기만 60분이면 정상상태 약 1,731개(2배).
정상상태의 절반에 이르는 시간은 반감기와 같습니다(코드로 계산). 그래서 측정한 mRNA 양이 늘었다고 곧바로 전사가 늘었다고 할 수 없습니다.
자주 하는 오해
| 오해 | 바로잡기 |
|---|---|
| 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.
DNA 서열 자체가 아니라, 그 유전자가 실제로 RNA로 얼마나 많이 복사되고 있는지(전사량)를 측정해 유전자 발현 변화를 확인했다는 뜻입니다.
고처리량 시퀀싱 연구에서 개별 유전자가 아니라 전체 전사체 수준에서 전사량 변화를 폭넓게 살펴볼 때 쓰이는 표현이다.
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.
| 과정 | 방향 | 주된 효소·기구 |
|---|---|---|
| 복제 | DNA → DNA | DNA 중합효소 |
| 전사 | DNA → RNA | RNA 중합효소 |
| 번역 | RNA → 단백질 | 리보솜, tRNA |
참고 문헌
- Crick, F. (1970). Central dogma of molecular biology. Nature, 227, 561–563.
- Jacob, F., & Monod, J. (1961). Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. Journal of Molecular Biology, 3, 318–356.
- Lee, T. I., & Young, R. A. (2013). Transcriptional regulation and its misregulation in disease. Cell, 152, 1237–1251.
- Schwanhäusser, B., Busse, D., Li, N., et al. (2011). Global quantification of mammalian gene expression control. Nature, 473, 337–342.
- 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.