촉매 RNA

본문내용

의 (-) strand와 barley yellow dwarf virus의 virus의 (-) strand와 barley yellow dwarf virus의 (+) strand는 각각 GUA triplet와 AUA triplet를 절단한다. 이 절단 반응은 이들 virus의 복제 중 일어난다.
Stem Ⅱ의 경우 촉매 핵심부에 인접한 G10.1 C11.1 염기쌍은 촉매 핵심부의 안정화에 필수적이다. 많은 경우 안정한 GAAA tetra-loop이 사용될 수 있는데도 불구하고 stem Ⅱ의 말단에 있는 loop의 뉴클레오티드는 변할 수 있다. Stem Ⅱ의 기질과의 결합에 관련되어 있지 않은 Hammerhead 리보자임의 유일한 나선이고 활성의 완전한 상실 없이 단축될 수 있다. Helix Ⅱ의 최소 길이는 두 개의 염기쌍이고 더 짧은 stem Ⅱ를 갖고 있는 Hammerhead 리보자임을 minizyme 이라고 한다. 대부분의 이러한 minizyme은 활성이 낮다. Stem-loop Ⅱ 대신 짧은 oligonucleotide linker를 갖고 있는 minizyme은 매우 활성 있는 homodimer나 heterodimer를 형성할 수 있다. 이 minizyme은 두 개의 촉매 센터, 두 개의 결합 부위와 하나의 공통 stem Ⅱ를 갖는 이합체 구조를 형성한다.
7. 리보자임의 응용과 미래
최근에는 리보자임을 이용하여 바이러스 유전자를 억제하거나 파괴시키는 유전자 치료법이 활발히 응용되고 있다.
세포 속에서 생성되는 효소 RNA은 염기서열을 특이적으로 인식하여 RNA를 가공하는 촉매 특성을 지니고 있다. 염기서열 특이성은 표적 RNA의 절단 부위에 인접해 있는 뉴클레오티드와 염기쌍 결합을 하는 리보자임의 능력에 따라 결정된다. 이론적으로 리보자임은 세포 속의 어떤 RNA도 분해할 수 있다. 이와 같은 인위적인 리보자임의 조작은 mRNA 구조를 불안정화 시켜 결국 단백질의 합성을 억제하게 되는 것이다. 따라서 질환과 관련된 비정상 단백질을 암호화하는 mRNA는 유전자 치료법 벡터로부터 발현된 리보자임에 의해 선택적으로 절단될 수 있다.
리보자임은 유전자 치료법 응용에 있어 단백질보다 유리하다. RNA는 외래 단백질이나 변형된 단백질보다 면역 반응을 일으킬 가능성이 더 적다. 뿐만 아니라 리보자임은 그 크기가 작아 gene therapy vector에 용이하게 삽입될 수 있다. 실제로 여러 mRNA를 표적으로 하는 여러 리보자임을 vector에 삽입할 수 있다.
이와 같은 희망적인 가능성에도 불구하고 리보자임 anti-gene therapy가 극복해야 할 여러 기술적 난제가 있다. 리보자임을 plasmid나 또는 viral vector로부터 전달하려면 전사가 제대로 일어나 충분한 양의 리보자임이 세포내 축적될 수 있어야 한다. 표적 mRNA에 쉽게 접근하여 결합할 수 있는 리보자임을 선택하고, 발현된 RNA는 표적 mRNA가 번역 되기 전에 절단할 수 있는 충분한 촉매 활성을 보유하고 있어야 한다.
Ribozyme, antisense와 RNA-binding factor 등은 RNA 분자로서 작용하고 번역에 의존하지 않는다. 따라서 RNA polymerase Ⅱ promoter에 의한 전형적인 단백질을 만드는 전사단위는 이러한 RNA들을 발현시키는 유일한 수단이 아니다. 보통 tRNA, small nuclear RNA 등도 사용될 수 있다. 이러한 전사체의 유리한 장점은 세포당 copy 까지 만들 수 있는 점이다. 불리한 단점은 이들의 유전적 표현을 조절할 수 있는 능력이 아직 갖추어지지 않았다는 것이다.
리보자임 전사 단위를 개발하는데 유의할 사항은 mRNA와 small RNA의 가공, 운반 및 단백질 결합 등의 차이점을 이용하는 것이다. 따라서 리보자임 전사 단위의 바람직한 조건은 첫째도 세포질이나 핵 속에 고농도로 축적되어야 하고, 두 번째 splicing이나 또는 번역 복합체에 위치해야하고, 세 번째 표적 RNA와 유사하게 운반되고 가공되어야 한다.
현대 의학에서 새로운 치료법으로서 등장한 ribozyme이나 antisense 방법이 다른 치료법 보다 더 효과적인가를 신중히 고려해 볼 필요가 있다. 유전자 내 중요한 부위에 전달의 정확성, 세포 내 RNA의 효율적인 흡수, 유전자 표적의 정확한 선택성 등과 같은 문제들이 과연 극복될 수 있는가? 이러한 문제들을 극복하기 위해 현재 새로운 전달방법이 개발되고 있다. 또 하나의 문제점은 표적 유전자 발현을 억제하려고 할 때 적절한 시기에 표적시킬 수 있는지 또는 바이러스 복제와 증식을 효과적으로 억제할 수 있느냐 문제이다.
Hammerhead ribozyme의 효과적인 유전자 치료법은 ribozyme construct를 해당 세포에 얼마나 효율적으로 표적화 하느냐에 달려 있다. 현재 두 가지 접근 방법이 있는데, 그 하나는 ribozyme 유전자를 T4 림프구에 도입시키는 것이다. 이는 ex vivo 방법에 의해 이루어져 도입된 세포는 환자에 재도입된다. 또 다른 접근 방법은 HIV 감염에 표적이 되는 T4 림프구를 만드는 선구 세포 집단의 도입이다. 이 어버이 세포들은 CD34 antigen을 표현하고 골수와 peripheral blood cell로부터 추출할 수 있다. 형질 전환 세포들은 단핵구로 분화되고 리보자임을 발현하는 형질 전환 세포는 HIV 감염에 대하여 내성을 갖는다.
Ribozyme을 치명적인 종양이나 암을 치료하는 유전자 치료법으로 응용화 시킨 것은 현대 의학에 있어 매우 획기적이고 고무적인 사건이다. 그러나 ribozyme이 RNA 분자이기 때문에 세포 내 RNA의 구조적 안정성, RNA 대사와 이동 등이 target RNA에 작용시 예기치 못할 영향을 줄 수 있다. 따라서 리보자임을 안전하고 효율적인 치료 도구로서 유전자 치료에 응용하려면 RNA 구조와 기능에 관한 보다 정확한 학술적 이해와 정보가 수반되어야 할 것이다.
*참고문헌*
저자 : 박인국 / 2000년 / 제목 : RNA 효소의 촉매작용 / 동국대학교 출판부 / Page : 7~10, 39~42, 47~49, 55~57, 67~70

키워드

촉매,   RNA,   catalytic,   리보자임,   ribozyme