Benzypyrene Benzopyrene 7,8 diol 9,10 epoxide DNA adduct 환경물질과 DNA 변이 땅콩이나쌀, 옥수수등에자라는곰팡이에서만들어지는 aflatoxin는 DNA에해를입히기전에 activation 되어야함 그림 aflatoxin B1은 cytochrome P450에의하여활성화되며이는간암을비롯한간의질병 ( 간암 ) 을야기
염기절제수선 (base excision repair, BER) 손상부위가 DNA polymerase I과 III의활성을벗어나는경우또다른수선메커니즘을가지고있음 여러개의효소가작용하여 multistep pathway를이용, oxidation, alkylation에의한손상은주로 BER을통해 DNA가 repair 됨 DNA glycosylase : mismatch 된부분을인지하고잘못된염기를제거하고 sugar와 phosphate 만있는 AP(apurinic, apyrimidic)site 를인지하게함 AP endonuclease : AP site에서 phophodiester bond를끊는다-틈새형성 Deoxyrobose phosphodiesteraseribonucleic acid 와 phosphate molecule 을제 거하여 Gap 을만듬 교정된 nucleotide 를합성한다.-polymerase 가닥에새로합성된 nucleotede 를부착한 다 -ligase
진핵생물의 DNA 복제 진핵생물의복제는많은원리들이동일하지만복제과정이복잡하기때문에원핵생물처럼잘알려있지않음 1. 복제기점이여러개다 2. 복제시기는세포의분열시기에맞추어조절 ( 세포주기 ) 3. 더많은종류의단백질과효소들이연관되어있음 사람의세포에서수십억개의 DNA 염기쌍세포주기당오직한번만복제 DNA 복제는 S기속한몇시간동안만일어남 DNA가세포주기당한번만복제되었다는것을확인하는경로존재 세포주기의 check point G0 : 성장과분열을하지않는무활동상태의세포 (neuron처럼) 세포주기에서빠져나온미분화세포 option 으로 differentiation 진행 G1 (Gap 공백 ) : M기의완료에서 S기의직전, 신속한생장과활발한대사활성, 가장긴부분을차지함 S기 : DNA 복제 G2 : S기의종료에서 M기의직전, 세포분열 (Mitosis) 를준비하는짧은시기 Tubulin synthesis 분열기 (M기; mitotic phase): 핵분열 (mitosis), 세포질분열 (cytokinesis), 현미경상에서극적인변화 Interphase ( 간기 )
진핵생물에서많은수의염색체각각은 DNA 합성전에는매우길고직선인하나의 DNA 분자를가지고있음 DNA 복제가개시되면각 DNA 분자에수백개의기포 (bubble) 가형성
Check point 세포주기를조절, 세포주기는특정순서대로유지되어야함 (G1 S G2 M G1..) DNA 합성이느려지거나중단되면 Mitosis는지연 세포가둘로분열하기전에두배의크기로자라야함 이러한것이충족되지않으면일종의세포주기를정지시킬수있는 checkpoint 가존재 G1 check point : S기진입전 ( 세포가충분히큰가? 환경이적합한가? DNA 손상유무는?) G2 check point : Mitosis 전 (chromosome 내모든 DNA가복제되었나? 세포가충분히큰가?) 단백질인산화효소 ( 세포주기에서전반적으로걸쳐존재 ) 와 cyclin ( 각단계에서효소활성높아짐, 단백질인산화효소와결합하면활성가짐 ) 세포주기는 Cdk (cyclin dependent protein kinase) 에의해조절 단백질의인산화는세포내단백질을활성화시키거나불활성시키는가장보편적인방법임 세포주기의조절도단백질인산화효소에의해조절
cyclin, cyclin dependent kinase Cyclin 은다양한종류가있으며다양한 cyclin dependent kinase 는서로다른세포주기단계 를진행하도록함 (S 기 cyclin 은 G2 기에서 kinase 와결합하여 cyclin-cdk 를형성하여 S 기에진입, Mitotic cyclin 은 kinase 와결합하여 M-phase promoting factor(mpf) 를형성 M 기로진입하게함 ) 각 checkpoint가작동하여각단계의 cell cycle의진행이되지못하도록하려면? Cdk inhibitor protein에의해서조절
cyclin dependent kinase inhibitor Protein 대표적인 Cdk inhibitor protein p21 p21 유전자의단백질발현은 p21 유전자의전사조절단백질 p53에의해좌우 ( 세포주기 G1 phase 에서 p53 단백질를과도발현시킬수있는소재는항암소재로사용할가능성있음 ) p53 및 p21에의한세포주기의조절기작 DNA damage active p53 binds to regulatory region of p21 gene p21 mrna p21 protein (Cdk inhibitory protein) p21-s phase cyclin-s phase Cdk complex Sphase로들어가지못하게하여세포복제를막는다
진핵생물중효모세포의 DNA 복제모델 G1의전기와후기사이에한정된시간내에발현되는단백질 (ORC, RAP, RFLs) 복제개시점인식복합체 (origin recognition complex ORC) : 다중소단위체단백질, 복제개시점에결합, 복제조절에도움이되는몇가지단백질의부착부위로작용, 복제개시 복제활성인자단백질 (repication activiator protein, RAP) : 복제조절 복제허가인자 (RLF) : 이들이 DNA에결합하여야만복제가능 : 세포질에존재 / 유사분열동안핵막이용해될때염색체에접근가능 복제전목합체 (pre-rc) 형성 cyclin과 cyclin dependent kinase complex 형성 <CDK 에 cyclin이결합하면활성화 > cyclin과 CDK가결합하면 DNA 복제를활성화복제전복합체가재조립되는것을막을수있음 다른단백질 <RAP, RLFs를인산화시켜활성화한다 해리 복제
진핵생물 DNA 복제특성 복제분기점이여러개이다 Okazaki fragment 의길이가원핵생물보다짧다 적어도 15개의중합효소가존재하나 5개만이집중적으로연구 모든중합효소가 exconuclease활성을가지고있는것은아니다
Eukaryotic DNA polymerase α 가장먼저발견되었으며가장많은소단위체를가지고있음 Primase 활성이 α 와결합되어있음 Primase RNA primer 가만들어진후 20 개정도의 nucleotide 를첨가한후 δ, ε 으로대체
Eukaryotic DNA polymerase 진핵생물에서원핵생물의 Pol I 기능에해당하는 5 3 exonuclease (RNA primer 제거 ) 활성은? FEN-1, RNAase H1 PCNA ( 증식세포핵의항원, proliferating cell nuclear antigen) 단백질과상호작용 원핵생물에서활주클램프에해당하는단백질 DNA pol III 를주형가닥에결합시켜주는역할 DNA pol I, 및 III 의기능을 δ 가동시수행, RNA primer 를제거하는 5 3 exonuclease 활성은없으나 RNA primer 제거이후생긴공백을메움
Eukaryotic DNA polymerase = ε 의기능이분명하지않으나지연가닥에서 δ 의기능을수행 수선기능 (prokaryotic cell 에서 DNA pol II 의기능을수행 )
Eukaryotic DNA polymerase DNA 중합효소 δ 를 DNA 가닥에연결 PCNA 를 DNA 중합주효효소 δ 에부착 DNA 중합주효효소는 δ 선도사슬복제 단일결합단백질 sdna 가분해되는것을방어 DNA 가풀려생긴는장력을완화 5 3 exonuclease (RNA primer 제거 ) 활성 Primase 활성은 DNA α 에결합 Okazaki fragment 연결 RNA primer 제거이후생긴공백을메움
Gene expression Transcription of DNA to RNA to protein: This dogma forms the backbone of molecular biology and is represented by four major stages. 1. The DNA replicates its information in a process that involves many enzymes: replication. 2. The DNA codes for the production of messenger RNA (mrna) during transcription. 3. In eucaryotic cells, the mrna is processed (essentially by splicing) and migrates from the nucleus to the cytoplasm. 4. Messenger RNA carries coded information to ribosomes. The ribosomes "read" this information and use it for protein synthesis. This process is called translation. Proteins do not code for the production of protein, RNA or DNA. They are involved in almost all biological activities, structural or enzymatic.
유전자의발현 (gene expression) DNA 의유전자정보를통하여단백질을합성하는것 2 단계 ( 전사 ; transcription, 번역 ;translation) 전사 : 두가닥의 DNA 중한가닥과상보적인 RNA 가합성, DNA 로부터의정보가 mrna (messenger RNA) 로이동 번역 : mrna 의정보가 protein 을구성하는 amino acid 로변환되는것 생성될 RNA 가 mrna 인경우어떤아미노산을생성할것인지예측하는방법은무엇을통 하여예측하여야할까? Sense? Antisense? Template? Nontemplate? strand? +strand? 유전자 ATG-AGT-AAC-GCG TAC-TCA-TTG-CGC 암호화가닥 (coding strand), 비주형가닥 (non-template, sense strand, + strand) 전사 mrna AUG-AGU-AAC-GCG 번역 Met-Ser-Asn-Ala Sequence of amino acid Codon (3 개의 nucleotide) Code ( 암호화 ) protein 주형가닥 (template, antisense strand, - strand) gene
세포내정보전달 RNA 염기서열은 DNA 염기서열에의헤결정됨 염기의순서가 DNA로부터 RNA로전달되는과정 transcription Ribosome(rRNA와단백질이결합 ) polypeptide 조립부위 아미노산은 trna에공유결합되어 aminoacyl-trna형태로조립부위로운반 합성중인단백질의아미노산순서는 mrna 염기순서에의해결정 translation
Class of RNA molecule 6 개 trna, mrna, rrna, snrna, mirna, sirna 1. mrna (messneger RNA, 전령 RNA) : codes fro proteins 2. rrna (ribosomal RNA) : forms part of the structure of the ribosome and participates in protein synthesis 3. trna (transfer RNA) : used in protein synthesis as an adaptor between mrna and amino acids 4. snrna (Small nuclear RNA) : only Eukaryotic cell, used in pre-mrna splicing, transport proteins to the ER, and other cellular process. Ex) 5. sirna : gene silencing 6. mirna : modulating of gene expression
trna (transfer RNA) : RNA 중가장크기가작음 : 여러가지다른유형의 trna 분자들이발견됨 각각의아미노산에적아도하나의tRNA가특이적으로결합 : nucleotide 잔기 73-94개로구성, 분자량 25,000 Da : trna 분자내사슬내에수소결합이형성, A형나선구조 : 2차구조클로버형 (stem : 수소결합 <A-U/G-C> 을이루고있는부분 ; loop 변형된염기구조에의해수소결합을이루고있지않은부분 ) : 아미노산을말단에공유결합시키는효소와 trnark 상호작용을하기위해서는 trna는특별한 3차구조를가져야함 L형
rrna (ribosomal RNA) : 분자의크기가큼 : ribosmoe에서 RNA 차지하는비율은 60-65% ( 나머지단백질 ) : 2개의소단위체로구성 : 작은소단위체는 1개의 RNA 분자와 20개의서로다른단백질로구성 : 큰소단위체는 2개 (Prokaryotic, Eukaryotic은 3개 ) RNA 분자와 35개 (Prokaryotic, Eukaryotic은 50개 ) 의단백질로구성 : ribosme 해리및재결합 / 자기조립 (self assembly of ribosome) : 침강계수 (sedimentation coefficient) 에따라입자의움직임이관찰됨 : 침강입자의분자량에따라 S 값은증가하지만정비례하지는않는다 입자모양때문에
mrna (messenger RNA) : 양이가장적다 ( 전체 RNA 중 5-10% 이하 ) : mrna의염기서열은단백질의아미노산순서를지정 : 성장하는세포는수많은다른단백질을필요로함으로 mrna가만들어져단백질이합성되게한후 nucleotide 가재생될수있도록분해된다 (trna, rrna도재생 ) 불균일성 RNA (heterogenonus RNA, hnrna) : Eukaryotic에서 mrna는분균일성 RNAfkrh 불리는커다란전구체를만듬 이후 RNA processing(splicing, capping, poly A tail) 의과정을통해 mrna를완성함 snrna (small nuclear RNA) : 100-200 의 nucleotide 로구성되어있으며세포내에서단백질 과복합체를이루어핵의소형라이보핵단백질입자 (small nuclear ribonucleoprotein paticle) 를형성 snrnps( 스너프스 ) 핵에서반출되어세포질에서단백질을합성할수있도록가공과정에참여