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교정 (생물학)

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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

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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

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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

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각주

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  1. ↑ Moldovan, G. L.; Pfander, B.; Jentsch, S. (2007). “PCNA, the Maestro of the Replication Fork”. 《Cell》 129 (4): 665–79. doi:10.1016/j.cell.2007.05.003. PMID 17512402. S2CID 3547069. 
  2. ↑ Pharmamotion --> Protein synthesis inhibitors: aminoglycosides mechanism of action animation. Classification of agents 보관됨 2010-03-12 - 웨이백 머신 Posted by Flavio Guzmán on 12/08/08
  3. ↑ Translation: Protein Synthesis by Joyce J. Diwan. Rensselaer Polytechnic Institute. Retrieved October 2011 보관됨 2016-03-07 - 웨이백 머신
  4. ↑ Drake, J. W.; Charlesworth, B; Charlesworth, D; Crow, J. F. (1998). “Rates of spontaneous mutation”. 《Genetics》 148 (4): 1667–86. doi:10.1093/genetics/148.4.1667. PMC 1460098. PMID 9560386. 
  5. ↑ The Cancer Genome Atlas Network; Bainbridge; Chang; Dinh; Drummond; Fowler; Kovar; Lewis; Morgan; Newsham; Reid; Santibanez; Shinbrot; Trevino; Wu; Wang; Gunaratne; Donehower; Creighton; Wheeler; Gibbs; Lawrence; Voet; Jing; Cibulskis; Sivachenko; Stojanov; McKenna; Lander; 외. (2012). “Comprehensive molecular characterization of human colon and rectal cancer”. 《Nature》 487 (7407): 330–337. Bibcode:2012Natur.487..330T. doi:10.1038/nature11252. PMC 3401966. PMID 22810696. 
  6. ↑ Rajon, E., Masel, J.; Masel (2011). “Evolution of molecular error rates and the consequences for evolvability”. 《PNAS》 108 (3): 1082–1087. Bibcode:2011PNAS..108.1082R. doi:10.1073/pnas.1012918108. PMC 3024668. PMID 21199946. 
  7. ↑ Drake JW, Allen EF. Antimutagenic DNA polymerases of bacteriophage T4. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1968;33:339-44. doi: 10.1101/sqb.1968.033.01.039. PMID: 5254574.
  8. ↑ 가 나 Gillin FD, Nossal NG. Control of mutation frequency by bacteriophage T4 DNA polymerase. I. The CB120 antimutator DNA polymerase is defective in strand displacement. J Biol Chem. 1976 Sep 10;251(17):5219-24. PMID: 956182.
  9. ↑ Yarosh DB, Johns V, Mufti S, Bernstein C, Bernstein H. Inhibition of UV and psoralen-plus-light mutagenesis in phage T4 by gene 43 antimutator polymerase alleles. Photochem Photobiol. 1980 Apr;31(4):341-50. doi: 10.1111/j.1751-1097.1980.tb02551.x. PMID: 7384228.
  10. ↑ Liu C, Shi W, Becker ST, Schatz DG, Liu B, Yang Y. Structural basis of mismatch recognition by a SARS-CoV-2 proofreading enzyme. Science. 2021 Sep 3;373(6559):1142-1146. doi: 10.1126/science.abi9310. Epub 2021 Jul 27. PMID: 34315827
  11. ↑ Gribble J, Stevens LJ, Agostini ML, Anderson-Daniels J, Chappell JD, Lu X, Pruijssers AJ, Routh AL, Denison MR. The coronavirus proofreading exoribonuclease mediates extensive viral recombination. PLoS Pathog. 2021 Jan 19;17(1):e1009226. doi: 10.1371/journal.ppat.1009226. PMID: 33465137; PMCID: PMC7846108

외부 링크

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