miRNA란? miRNA의 관한 모든 것.

miRNA의 생성부터 작용 기작, 그리고 분석 방법 등 다양한 내용은 발표하느라 만든 자료가 있습니다. 혼자 보기에는 좀 잘 만든 것 같기도 하고 miRNA를 처음 접하는 분에게는 좋은 입문서처럼 사용되길 바라면 블로그에 소개합니다. 도움이 되길 바랍니다. 자료도 첨부하니 나중에 필요하실 때 사용하시면 될 것 같습니다.

 

1. What is the microRNA

miRNAf란?

microRNA(miRNA) are a large classs of small regulatory RNAs, 22 nuclotides long. They bind to partially complementary sequences in target mRNAs and silence them translationally or by inducing mRNA degradation.

우선 여러 논문, 또는 위키디피아를 보면 "miRNA는 mRNA의 3'UTR 부분에 결합하여 유전자를 조절하는 작고, 짧은 유전자를 갖지 않는 RNA이다. "라고 합니다. 맞습니다. 그림을 보면 아시겠지만 miRNA는 DNA나 mRNA의 길이에 비해서 매우 작은 RNA 조각입니다. 하지만 이 작은 RNA가 유전자를 조절하는 능력을 가지고 있습니다.

앤드류-파이어-박사, 크레이그-멜로-박사

miRNA의 연구로 2006년에 앤드류 파이어 박사와 크레이그 멜로 노벨상을 받았습니다. 이들은 sense인 외가닥의 RNA를 예쁜 꼬마 선충에 넣어봤습니다. 아무런 변화가 없었습니다. antisense인 외가닥 RNA를 넣었을 때도 역시 아무런 변화가 없었습니다. 하지만 두 가닥으로 이뤄진 RNA를 넣었더니 예쁜 꼬마선충이 꿈틀 되는 것이지요. 자세히 알아보니 두 가닥 RNA가 유전자를 저해한 것입니다. 이것을 <RNA 간섭현상>이라고 불립니다. 자세한 메커니즘은 나중에 보도록 하고요. RNA 간섭현상에서 나온 기술이 바로 siRNA입니다. 지금 실험실에서 많이 사용되는 것으로, 어떤 유전자 기능을 없앨 때 사용되고 있습니다. siRNA를 통해서 유전자의 기능 연구에 큰 도움이 되고 있습니다.

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2. Why should we study miRNA?

그렇다면 왜 miRNA를 연구해야 할까요? 그것은 miRNA가 단백질을 코딩하는 유전자의 60% 이상을 타깃 할 수 있다고 알려져 있기 때문입니다. 이렇게 유전자를 조절할 수 있는 miRNA는 당연하게도 사람의 다양한 질병에 연관될 수밖에 없습니다. 질병들을 치료하기 위한 목적으로도 miRNA 연구가 중요합니다. 하지만 개인적으로 더 중요한 것은 biomarker로 사용 가능성입니다. 어떤 질병이 발생했을 때 miRNA의 발현이 증가되거나 줄어들기도 하는데요. 이러한 다양한 miRNA들의 발현을 추적함으로써 질별이 걸렸는지, 예후가 좋을지 안 좋을지 미리 확인할 수 있습니다.

1) miRNA biogenesis

miRNA가 어떻게 만들어지는지 알아보도록 하겠습니다.

Drosha와 결합

먼저 RNA polymerase2에 의해 primary miRNA가 헤어핀 구조로 만들어집니다. 이때, 외가닥과 두 가닥의 RNA를 인지하는 DGCR8가 헤어핀 구조를 인지합니다. 그리고 그 유명한 Drosha가 등장합니다. Drosha 같은 경우 RNase3로써 RNA를 절단하게 됩니다. 그 결과, 헤어핀 구조의 precursor miRNA가 만들어지는 것이지요.

 

precursor miRNA는 Exportin-5에 의해서 핵에서 세포질로 이동하게 됩니다. 그리고 Dicer를 만나게 되는데요. dicer의 PAZ domain에서 hairpin의 3' overhang을 인식하고 잡고, Dicer의 RNase3 기능을 갖는 domains에서 헤어핀 구조의 머리를 잘라내게 됩니다. Dicer에 의해서 miRNA가 18-22nt로 비슷한 길이를 갖는 것은 바로 Dicer의 catalytic site의 위치 때문입니다. 그리고 헤어핀의 5'쪽의 가닥을 Guide strand라고 부르고 반대편 3'쪽을 passenger strand라고 부릅니다.

Dicer에서 argonaute으로 miRNA로 이동합니다. 그리고 다양한 단백질들이 결합이 되면서 RISC complex가 형성됩니다. miRNA와 RISC가 결합된 상태로 target mRNA의 3'UTR에 결합하게 됩니다. 여기서 식물과 동물 사이에서 차이가 나는데요. 식물에서는 miRNA와 mRNA의 sequence가 완벽하게 일치되어야 mRNA가 절단되고 분해가 되는 반면에 동물에서 miRNA의 2번째 ~7번째 nucleotide 부분인 seed region만 결합하면 mRNA를 조절할 수 있습니다. 하지만 mRNA이 바로 절단되지 않고 전사를 막거나, 5' decapping을 일으키거나, deadenylation을 일으켜 mRNA 안정성이 떨어져 결국은 분해가 됩니다. miRNA는 결코 RNA 부스러기 같은 게 아닙니다. 정교하게 조절되고 만들어지는 RNA로 생체 내에서 매우 중요한 역할을 하고 있습니다.

 

2) miRNA와 siRNA 차이

siRNA와-miRNA-차이

	Length	Where found?	Target Recog	Mechanism
miRNA	19-25nt	Endogenous	imperfect match	Translational repression
siRNA	19-21nt	Exogenous	Exact Match	mRNA Cleavage

그렇다면 miRNA와 siRNA의 차이는 무엇일까요? 둘 다 짧은 두 가닥의 RNA이지만 siRNA 같은 경우는 우리가 디자인하여 만들어서 유전자를 조절하기 위해 외부에서 넣는 것이라면 miRNA는 세포 내에서 만들어져서 외부로부터 침투하는 바이러스 같은 유전자를 억제하는 역할을 합니다. 그리고 siRNA 같은 경우 식물과 같이 완벽하게 sequence가 일치하게끔 만들어져서 mRNA가 분해되도록 하는 반면에 miRNA는 유전자 전사를 억제합니다.

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3. Functional study of miRNA

miRNA와-관련된-질병

miRNA는 다양한 질병에 관련되어있다는 연구결과가 굉장히 많습니다. 대부분의 연구가 이것과 관련이 있습니다. 왼쪽 패널을 보면 간암에서 증가되는 miRNA를 초록색으로 표시했고, 감소되는 miRNA는 빨간색으로 표시해놨습니다. 오른쪽에는 알츠하이머와 관련된 miRNA 또는 심혈관 질환, 비만이나 당뇨에 관련된 miRNA들이 다양하게 엄청나게 많이 관여하고 있다는 것을 보여줍니다.

microRNAs_as_oncogenes_and_tumor_suppressor

miRNA의 단점 중에 하나라면 한 개의 miRNA가 너무나 많은 유전자를 조절할 수 있다는 것입니다. cancer의 종류에 따라 같은 miRNA가 암을 억제하기도 하고, 반대로 암을 촉진하기도 합니다. 그것은 miRNA가 어디에 힘을 주는지에 위에 그림처럼 기능이 달라집니다.

miRNA를 이용한 치료제를 개발하기 위해서는 몇 가지 넘어야 할 허들이 있습니다. 첫 번째는 miRNA mimic이나 inhibitor을 넣어서 인위적으로 miRNA level을 변화시키는 데 있어서, 다양한 modify를 통해서 안정성을 부여하는 것과 독성 문제, 그리고 이것들을 어떻게 정확히 전달할지에 대해서 아직은 더 많은 연구가 필요합니다.

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