11.5: 누출 스캐닝

대부분의 진핵생물 번역 과정에서 작은 40S 리보솜 하위 단위는 5' 끝에서부터 첫 번째 시작 AUG 코돈을 만날 때까지 mRNA를 스캔합니다. 그런 다음 큰 60S 리보솜 하위 단위가 더 작은 하위 단위와 결합하여 단백질 합성을 시작합니다. 번역 개시 위치는 mRNA에 다중 번역 개시 부위가 존재할 수 있기 때문에 시작 코돈 근처의 뉴클레오티드에 의해 크게 결정됩니다. 마릴린 코작은 RCCAUGG 서열(R은 아데닌 또는 구아닌을 나타냄)이 번역 개시를 위한 최적의 인식 서열임을 발견했습니다. -3 위치에 있는 퓨린과 +4 위치에 있는 구아닌은 동물과 식물 종 전반에 걸쳐 고도로 보존되어 있으며 단백질 합성의 시작을 조절합니다. 첫 번째 시작 코돈의 -3 위치에 퓨린이 없고 +4 위치에 구아닌이 없으면 이 서열은 약한 맥락에 있습니다. 예를 들어, 땅콩 덩어리 바이러스에는 p23과 p39라는 두 가지 단백질을 암호화하는 RNA가 포함되어 있습니다. 첫 번째 시작 코돈은 p^23 합성을 위한 것이며 약한 인식 서열인 CUUAUGU를 가지고 있습니다. 리보솜의 약 30%는 첫 번째 시작 코돈을 건너뛰고 대신 하류 시작 코돈에서 번역을 시작하여 두 번째 단백질인 p39를 생성합니다. 대체 부위에서 번역이 시작되는 것을 누출 스캐닝(leaky scanning)이라고 하며 포유동물, 식물 및 바이러스의 mRNA에서 관찰되었습니다.

전사체의 다른 요소와 시작 코돈의 거리도 누출 스캐닝을 유발할 수 있습니다. 첫 번째 시작 코돈이 전사체의 5' 말단에서 12개 뉴클레오티드 미만인 경우 첫 번째 AUG를 건너뛸 수 있습니다. 이는 인플루엔자 바이러스 B의 마디 6에서 볼 수 있듯이 두 개의 AUG 시작 코돈이 밀접하게 간격을 두고 있는 경우에도 발생할 수 있으며, 여기서 두 개의 시작 코돈은 단 4개의 뉴클레오티드로 구분됩니다.

누출 스캐닝을 통해 유기체는 두 개의 시작 코돈이 동일한 판독 프레임에 있을 때 단백질의 다른 이소형을 생성할 수 있습니다. 포유동물의 글루코코르티코이드 수용체 유전자는 단백질의 두 가지 다른 이소형(더 큰 94kDa GR1과 더 작은 91kDa GR2)이 생성되는 이러한 유형의 누출 스캐닝의 좋은 예입니다. 작은 크기에도 불구하고 GR2는 유전자 전사활성화에서 GR1보다 2배 더 효율적입니다. 반면, 첫 번째와 하류 시작 코돈의 판독 프레임이 서로 다른 경우 완전히 다른 단백질이 생성될 수 있습니다. 예를 들어, 인플루엔자 A 바이러스의 마디 2 mRNA는 2개의 서로 다른 단백질을 암호화할 수 있습니다. 첫 번째 단백질은 바이러스 복제에 필요한 바이러스 중합효소의 핵심 구성 요소입니다. 두 번째 단백질은 세포사멸을 촉진하며 바이러스 복제에 필수적이지 않습니다.

진핵생물 번역 중에 리보솜은 5' 말단에서 시작하여 첫 번째 AUG 염기서열인 시작 코돈을 만나고 단백질 합성을 시작할 때까지 mRNA를 스캔합니다.

그러나, mRNA는 그 서열에 2개 이상의 AUG 코돈을 포함할 수 있다. 리보솜은 때때로 첫 번째 AUG 코돈을 인식하지 못하고 대신 mRNA 가닥 아래의 시작 코돈에서 단백질 합성을 시작합니다.

이러한 현상을 리키 스캔(leaky scanning)이라고 하며, 이를 통해 동일한 mRNA에서 여러 유형의 단백질을 생산할 수 있습니다.

Kozak 서열로 알려진 특정 합의 서열은 리보솜이 첫 번째 시작 코돈에서 단백질 합성을 시작하거나 건너뛸 것인지 여부를 결정합니다. 이 순서에서 첫 번째 시작 코돈 AUG의 A는 +1로 번호가 매겨집니다. 이후의 뉴클레오티드는 양성이고 이전의 뉴클레오티드는 음성입니다.

최적의 서열은 퓨린이 -3 위치에 존재하고 구아닌이 +4 위치에 존재할 때 발생합니다. -3 위치에서 아데닌은 구아닌보다 번역을 시작하는 데 더 효과적입니다.

나머지 뉴클레오티드 염기서열의 변화는 단백질 합성에 거의 영향을 미치지 않습니다.

최적의 염기서열이 존재할 때, 거의 모든 리보솜은 이 AUG 코돈에서 단백질 합성을 시작할 것입니다.

반대로, -3 위치의 퓨린 또는 +4 위치의 구아닌이 없는 경우, 일부 리보솜만 첫 번째 AUG 코돈에서 번역을 시작합니다. 대부분의 리보솜은 이 시작 코돈을 건너뛰고, mRNA를 계속 스캔하며, 최적의 인식 서열 내에서 다운스트림 시작 코돈에서 번역을 시작합니다.

leaky scanning에서 두 코돈이 동일한 판독 프레임을 갖는 경우 생성된 단백질은 N-말단에서만 다릅니다. 이를 통해 세포는 예를 들어 N-말단에서 소기관 특이적 신호 없이 단백질을 생산할 수 있습니다.

반면에, 다운스트림 시작 코돈이 첫 번째 시작 코돈과 다른 판독 프레임을 갖는 경우, 완전히 다른 유형의 단백질을 생산할 수 있습니다.