교정 (생물학)
교정(校正, 영어: proofreading)은 생물학에서 DNA 복제, 면역계 특이성, 효소-기질 인식 등 높은 특이성을 필요로 하는 과정과 관련된 오류 수정 과정을 지칭한다. 교정이란 용어는 존 홉필드와 자크 니니오에 의해 처음으로 제안되었다. 교정 메커니즘은 다양한 생화학 반응의 특이성을 향상시키기 위해 ATP를 소비하는 비평형 활성 과정이다.
세균에서 세 가지 DNA 중합효소(I, II, III)는 모두 3'→5' 엑소뉴클레이스 활성을 사용하여 교정할 수 있다. DNA 중합효소는 DNA의 한 염기쌍에 대해 진행 방향을 반대로 하고 일치하지 않는 염기를 절단한다. 염기 절제 후 DNA 중합효소는 올바른 염기를 다시 삽입할 수 있고 DNA 복제를 계속할 수 있다.
진핵생물에서 신장에 관여하는 DNA 중합효소(델타와 엡실론)만이 교정 능력(3'→5' 엑소뉴클레이스 활성)을 갖는다.[1]
교정은 단백질 합성을 위한 mRNA 번역에서도 일어난다.[2] 이러한 경우 한 가지 메커니즘은 펩타이드 결합이 형성되기 전에 잘못된 아미노아실-tRNA가 방출되는 것이다.[3]
DNA 복제에서 교정의 정도는 돌연변이율을 결정하며 종마다 다르다.[4] 예를 들어 DNA 중합효소 엡실론 유전자의 돌연변이로 인한 교정 능력의 손실은 사람의 대장암에서 DNA의 메가 베이스당 돌연변이가 100개 이상인 과돌연변이된 유전자형을 초래한다.[5]
다른 분자 과정에서 교정의 정도는 종의 유효 개체군 크기와 동일한 교정 메커니즘에 의해 영향을 받는 유전자의 수에 따라 달라질 수 있다.[6]
박테리오파지 T4 DNA 중합효소
박테리오파지 T4 유전자 43은 DNA 중합효소를 암호화한다. 온도 민감성(ts) 유전자 43 돌연변이체가 야생형보다 자발적 돌연변이 비율이 낮은 항돌연변이 표현형을 가지는 것으로 확인되었다.[7] 이러한 돌연변이 중 하나인 tsB120에 대한 연구에 따르면 이 돌연변이에 의해 지정된 DNA 중합효소는 야생형 DNA 중합효소보다 느린 속도로 DNA 주형을 복사한다.[8] 그러나 3'→5' 엑소뉴클레이스 활성은 야생형보다 높지 않았다. DNA 복제 동안 새로 형성된 DNA에 안정적으로 통합된 뉴클레오타이드로 전환된 뉴클레오타이드의 비율은 tsB120 돌연변이체의 경우 야생형보다 10~100배 더 높다.[8] 항돌연변이 유발 효과는 tsB120 중합효소에 의한 뉴클레오타이드 선택의 더 큰 정확성과 비상보적 뉴클레오타이드 제거(교정)의 증가된 효율성으로 설명될 수 있다고 제안되었다.
야생형 유전자 43 DNA 중합효소를 가지고 있는 파지 T4 비리온이 DNA에 사이클로뷰테인 피리미딘 이량체 손상을 도입하는 자외선 또는 피리미딘 부가물을 도입하는 소랄렌+빛에 노출되면 돌연변이 비율이 증가한다. 그러나 이러한 돌연변이 유발 효과는 파지의 DNA 합성이 항돌연변이 유발 중합효소인 tsCB120 또는 다른 항돌연변이 유발 중합효소인 tsCB87에 의해 촉매될 때 저해된다.[9] 이러한 발견은 DNA 손상에 의한 돌연변이 유도 수준이 유전자 43 DNA 중합효소 교정 기능에 의해 크게 영향을 받을 수 있음을 나타낸다.
SARS-CoV-2 교정 효소
제2형 중증급성호흡기증후군 코로나바이러스(SARS-CoV-2)는 COVID-19 범유행의 원인 병원체이다. SARS-CoV-2 RNA 바이러스 게놈은 바이러스의 생활사에 필수적인 과정인 바이러스의 게놈 복제 및 전사를 수행하는 다중 소단위체 단백질인 복제 복합체 및 전사 복합체를 암호화한다. 코로나바이러스 게놈이 지정하는 단백질 중 하나는 3'→5' 엑소리보뉴클레이스(ExoN)인 비구조 단백질인 nsp14이다. 이 단백질은 바이러스의 생활사에 중요한 활성인 RNA 합성을 교정하여 복제 충실도를 향상시키는 단백질 복합체인 nsp10-nsp14에 상주한다.[10] 또한 감염시 생성되는 유전자 재조합을 유지하려면 코로나바이러스 교정 엑소리보뉴클레이스 nsp14-ExoN이 필요하다.[11]
같이 보기
각주
외부 링크
- Idaho U. DNA proofreading and repair
- "DNA polymerase ε and δ proofreading suppress discrete mutator and cancer phenotypes in mice"
- Tseng, Shun-Fu; Gabriel, Abram; Teng, Shu-Chun (2008). “Proofreading Activity of DNA Polymerase Pol2 Mediates 3′-End Processing during Nonhomologous End Joining in Yeast”. 《PLOS Genetics》 4 (4): e1000060. doi:10.1371/journal.pgen.1000060. PMC 2312331. PMID 18437220.