제6장 전 위
- 트랜스포존 전이 요소는 DNA 분자의 어떤 위치에서 다른 위치로 자신을 이동할 수 있는 DNA 단편이다.
- 트랜스포존은 1940년대에 바버라 매클린톡에 의해 발견되었다. 매클린톡 박사가 그녀의 실험을 수행 중인 그 시기에 DNA는 재배열될 수 없는 정보를 위한 정적인 저장고로 생각되어졌다.
트랜스포존의 구조
- 복합 트랜스포존은 두 개의 IS 요소를 DNA 단편 중심의 양 말단에 가지고 있다. DNA의 중심 단편은 항생제 저항성 결정인자와 감염인자와 같은 다른 다양한 단백질을 암호화할 수 있다. 말단의 IS 요소들은 순 반복이거나 또는 역 반복하는 구조로 발견된다. 복합 트랜스포존으로 잘 연구된 예는 말단에 IS50을 함유하는 Tn 5와 말단에 IS10을 함유하는 Tn 10을 들 수 있다.
- 비 복합 트랜스포존은 더 작은 모듈들로 구성되지 않은 복잡한 트랜스포존들이다. 그들은 말단에 IS 요소를 가지지 않지만 단백질들을 암호화한다. 비 복합 트랜스포존들은 보통 항생제 저항성 결정인자, 감염인자 그리고 대사 효소들을 위한 유전자를 운반한다. 또한 이러한 요소들은 한 장소로부터 다른 장소로 이동시키기 위한 DNA 절단과 연결반응을 하는 더 복잡한 시스템을 이용한다. 비 복합 트랜스포존들의 잘 연구된 예는 Tn 3과 Tn 7이다.
- 실제로 알려진 가장 복잡한 트랜스포존들은 생활양식의 부분으로써 전위가 일어나는 박테리오파지이다.
가장 잘 연구된 예는 박테리오파지 뮤(Mu)이다. 무는 세균의 염색체에 삽입되어 염색체의 부분이 침묵 된 상태에 있는 자기 DNA를 만들기 위해 전위를 사용한다. 더 많은 파악이지 입자를 생산하기 위하여 무는 염색체에 많은 다른 부위에 매우 높은 빈도로 전위한다. 파악이지 DNA는 이러한 새로운 염색체의 위로부터 직접적으로 파악이지 머리부에 포장된다.
복합 트랜스포존들의 두 가지 예.
Tn 5는 IS50의 복사본들에 의해 결합한다. IS50 중의 하나는 단지 전위 효소와 저해 단백질들을 만든다. Tn 10은 IS10 구성 요소들과 부착되어 있다. Tn 10은 테트라사이클린 저항성(Tet)을 암호화한다.
비-복합 트랜스포존들의 두 가지 예.
비-복합 트랜스포존들은 그들의 말단에 IS 구성요소를 가지지 않지만, 그들은 전위를 위해 필요한 시어서-활성 서열들을 가지고 있다. Tn 7에서, 이 서열들은 Tn 3과 다른 트랜스포존보다 더 길다. Tn 3은 공동 삽입 구조를 해결하기 위해 내부의 부위-특이적 재조합 부위(res)를 가진다. TNR는 공동 삽입 해결을 위해 필요한 단백질이다. Tn 7에서, 5개의 트랜스포존 단백질은 목표 부위 선택을 위한 조합 변화에 참여하고 전위 효소 활성을 제공한다. AMR은 암피실린 저항성, TNR은 트리에 소 크림 저항성 그리고 StrR은 스트렙토마이신 저항성이다.
박테리오파지 Mu의 유전자 지도.
-파지는 게놈 왼쪽 말단의 PAC 부위를 인식하고 DNA 포장을 개시한다. Mu는 headful 기구에 의해 DNA를 포장하고, 파나지의 오른쪽 말단은 각 파악이지 입자에서는 염색체 DNA의 다른 서열을 가진다. 파악이지 게놈의 남겨진 부분은 동시에 함께 발현되기 위해 필요한 기능을 가지는 모듈로 배열된다.
전위 반응의 두 가지 형태
- 트랜스포존들은 두 개의 뚜렷한 기구를 사용해서 DNA의 조각으로부터 다른 DNA로 이동한다. 비-복지적 또는 “절단과 연결” 전위의 한 가지 기구는 트랜스포존이 공여 DNA를 “절단”하여 목표 DNA 속으로의 “연결”이다. DNA 복제의 제한된 양은 트랜스포존과 목표 DNA 사이의 연결부위를 수선하는 것이 필요하다.
- 두 번째, 복지적 전위에서, DNA 복제는 훨씬 더 대규모이다. 어떤 부위로부터 다른 부위로 트랜스포존의 전위하는 동안, 전체 트랜스포존은 공동 삽입이라 불리는 중간물을 발생시키기 위한 복제를 한다. 공동 삽입은 트랜스포존의 두 개의 복사본을 가지게 된다. 그 결과로 공동 삽입은 트랜스포존의 단순한 삽입과 공여 분자의 복제가 일어나게 하는 어떤 반응을 야기하는 두 가지 형태의 재조합 반응에 의해 이루어짐
전위 작용
- 전위는 트랜스포존의 말단에 2개의 역 반복 서열과 목표 DNA의 3가지 DNA 기질이 필요하다. 역 반복 서열은 두 가지 이유로 필요
첫 번째는, 그들은 목표 DNA에 트랜스포존 DNA의 절단 및 연결을 하는 부위이다.
두 번째는, 역 반복 서열들은 그들에게 아주 근접하여 옮기는 전위 단백질들과 결합한다.
- 트랜스포존의 구별되는 특성 중의 하나는 많은 다른 목표 부위에 삽입하는 능력이다. 왜냐하면 대부분 트랜스포존에는 목표를 위한 분명한 서열 특이성이 거의 없거나 전혀 없다. 다른 트랜스포존들은 일정한 서열 또는 집중 지점에 먼저 삽입한다.
= 전위에 필요한 주요 효소는 전위 효소이다. 전위 효소는 트랜스포존 말단의 특이적 인식은 물론 목표 DNA에 트랜스포존의 절단과 연결도 매개한다. 전위 효소는 트랜스포존에 의해서 암호화된다. 만들어진 전위 효소 단백질의 양은 얼마나 많은 전위 반응이 일어날 수 있는가에 영향을 미친다. 전위 효소의 발현 조절에 의해 전위의 빈도가 숙주세포에 의해 견뎌내는 수준으로 조정될 수 있다.
생물학