마이크로RNA(microRNA; miRNA)란

*마이크로RNA 생성
마이크로RNA는 복잡한 여러 단계를 거쳐 생성된다 (그림) [1]. 포유류 마이크로RNA의 50% 이상은 다른 유전자의 인트론 부분에서 발견된다. 따라서 이러한 마이크로RNA는 대부분 그 해당 유전자의 전사 (transcription)를 통해 생성되고, 나머지 유전자간 (intergenic) 영역에 존재하는 마이크로RNA는 독자적으로 전사된다고 여겨진다. 이렇게 주로 RNA polymerase II (Pol II) 에 의해 전사된 1차 마이크로RNA 전구체 (primary miRNA precursor; primiRNA)는 핵 (nucleus) 내에서 RNase III의 일종인 Drosha 단백질에 의해 60~100개 뉴클레오타이드 길이의 머리핀 (stem-loop) 구조를 이루고 있는 2차 마이크로RNA 전구체 (secondary miRNA precursor; pre-miRNA)로 가공 (processing) 된다. 이때 보조 인자 (cofactor) 로 DGCR8 단백질이 관여한다. 이렇게 생성된 pre-miRNA는Exportin5 (Exp5) 단백질에 의해 세포질 (cytoplasm) 로 배출되어, 또다른 RNase III의 일종인 Dicer 단백질에 의해 miRNA-miRNA* duplex로 가공된다. 이 과정에 TRBP 단백질과 PACT 단백질이 참여하여, 최종 마이크로RNA 가닥 (mature miRNA strand) 을 선택해 RISC (RNAinduced silencing comlex) 로 전달한다고 생각되지만 아직 명확하지는 않다. RISC에 적재 (loading) 된 마이크로RNA는 표적 mRNA에 서열 특이적인 결합을 이끄는 안내자 (guide) 역할을 하게 된다.

마이크로RNA 생성

http://www.cdc.go.kr/contents/information/had/b/11934_view.html


*마이크로 RNA 생합성 (microRNA biogenesis)
약 80% 정도의 포유류 miRNA genes은 protein coding 또는 nonprotein coding transcripts의 intron region에 존재하고, 나머지 20%는 noncoding RNAs의 exon region에 존재한다. miRNA genes은 RNA polymerase II에 의해 한 개 이상의 hairpin loop를 가진 long primary miRNA transcripts로 전사되어 double-stranded RNA-binding protein인 DGCR8에 결합한 후, Drosha (RNase III enzyme)에 의해 precursor miRNAs로 잘려진다 [1](그림 1). 최근 다른 종류의 miRNA precursors (mirtrons)가 발견되었는데 이들은 Drosha processing에 필요한 stem-loop가 없어서 spliceosome에 의해 branched pre-mitrons가 만들어진 후, lariat-mediated debranching에 의해 pre-miRNAs를 형성한다[2]. 이들 pre-miRNAs은 Exportin-5에 의해 세포질로 이동된 후, Dicer (RNase III enzyme)와 TRBP (RNA binding protein)에 의해 22 nts 길이의 miRNA/miRNA duplex를 형성한다. 이 duplex 중 한 가닥만이 guided strand로써 Argonaute (Ago) protein에 loading 되어 RNA-induced silencing complex (RISC)를 만들고 target mRNA에 결합하는 mature miRNA가 된다[3]. 이때 miRNA 5' 말단의 2~8 nts seed region이 target gene을 인지(recognition)하는데 중요한 역할을 담당해, seed region과 target gene 사이의 상보적인 염기서열 정도(complementary degree)에 따라 target gene의 translational repression이 일어나거나 mRNA degradation이나 cleavage가 일어난다 (그림).

*Review Article

MicroRNAs: their discovery, biogenesis, function and potential use as biomarkers in non-invasive prenatal diagnostics

Michael R. Ladomery, Deborah G. Maddocks, Ian D. Wilson

MicroRNA는 20~25개의 nucleotide로 구성된 small non-coding RNA로 gene expression을 조절하는 regulator 중 하나이다. 알려진 바에 의하면, MicroRNA는 target mRNA와 complementary sequence를 이루어 transcription을 저해하거나 mRNA의 degradation을 유도함으로써 gene silencing을 일으킨다. MicroRNA의 존재가 공식적으로 알려진 것은 1993년의 일로, 비교적 최근이라고 할 수 있는데, 이 때문에 MicroRNA의 regulation과 processing, expression 등에 관련된 메커니즘은 아직까지 명확하지 않은 부분들이 많다.

gene expression을 silencing하는 small non-coding RNA는 mRNA의 degradation을 일으키는 siRNA(short interfering RNA)와 chromatin을 targeting하여 epigenetic modification을 일으키는 siRNA, 그리고 miRNA로 나뉜다. miRNA는 일반적으로 mRNA의 translation에 관여하는 것으로 알려져 있으나 식물에서는 epigenetic regulation과도 연관되어 있다. 또한 최근의 연구 결과, 동물과 식물 모두에서 세포의 정상적인 development와 physiology를 형성하는 데에 기여하는 것으로도 알려져 있다.

miRNA는 3가지 과정을 거쳐 생성되는데, (1) 대개 RNA polymerase Ⅱ에 의해 transcription되어 primary transcript(pri-miRNA)를 이루었다가 (2) precursor miRNA로 부분적인 processing이 일어난 후 (3) 세포질에서 mature form을 형성하게 된다. mRNA로부터 transcription된 pri-miRNA는 상대적으로 길고 stem loop 구조를 띠고 있으나 Drosha라는 효소에 의해 60~100개의 nucleotide로 잘린다. 이것이 핵 바깥으로 보내지면 Dicer라는 효소에 의해 평균 22개의 짤막한 nucleotide로 잘리는 것이다. 이후에 두 가닥의 RNA 중 guider의 역할을 하는 guide strand가 target에 binding하고 passenger strand는 버려지거나 RISC(RNA-induced silencing complex) complex의 일부가 된다.

miRNA가 target RNA를 찾아가는 메커니즘은 아직까지 충분한 연구 결과가 나오지 않고 있다. 그러나 miRNA가 translation을 저해할 것인지 mRNA의 degradation을 일으킬 것인지는 sequence의 상보성 정도뿐만 아니라 Ago protein의 성질에도 영향을 받는다. Ago protein은 RISC complex의 일부로서 slicer activity를 갖는 Argonaute protein로서 cleaving일 수도 있고 non-cleaving일 수도 있다.

target sequence를 인지하는 데에는 5‘ end의 2-8번째에 위치한 nucleotide가 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 seed sequence라고도 불리지만, 강력한 seed sequence가 없어도 target을 찾는 것이 가능하기 때문에 target recognition에서 seed sequence의 역할은 아직까지 불명확하다. 또한 mRNA 상에서의 binding 위치에 관해서는 3’UTR이 가장 많은 것으로 보고되고 있다. 이는 3'UTR이 translation되지 않으므로 binding한 miRNP를 떼어낼 수 없기 때문인 것으로 보고 있다. 그리고 하나의 mRNA가 여러 miRNA에 의해 제어당할 수도 있고, 하나의 miRNA가 여러 mRNA와 association할 수도 있다.

마지막으로, miRNA는 RNA interference를 일으킨다는 점에서 siRNA와 곧잘 혼동되는데, miRNA는 매우 효과적으로 genome-encoded된 siRNA라고 볼 수 있다. 둘 모두 Dicer에 의해 20여개 남짓한 수의 nucleotide로 잘리지만 miRNA가 mRNA를 targeting하는 데에 비해 siRNA는 주로 virus나 transposon에 대한 방어 기작에 연관되어 있다.

[출처] microRNA|작성자 우트

miRNA biogenesis and gene silencing

*마이크로 RNA 이름
마이크로 RNA의 이름은 해당 마이크로RNA를 생성하는 종의 약칭, 성숙한 마이크로 RNA를 나타내는 miR, 일련번호의 3가지 파트로 구성되며 하이픈(-)으로 구분하여 적는다. [38] 한 stem loop 시퀀스로부터 생성된 마이크로RNA가 두 개 존재한다면 5' 방향에서 시작된 것에는 -5p를, 3' 방향에서 시작된 것에는 -3p를 붙인다. 둘중에 어느 하나가 두드러지게 나타난다고 하면 상대적으로 미약하게 발견되는 쪽에 상보성 염기라는 의미로 asterisk(*) 기호를 붙여 표기한다.



참조
김연재 , 김종헌 , 박종배,마이크로RNA와 암, 생화학분자생물학회, 2012년.