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'''RNA 가수분해'''({{llang|en|RNA hydrolysis}})는 [[RNA]]의 당-인산 골격에 있는 [[포스포다이에스터 결합]]이 끊어져 RNA 분자를 절단하는 반응이다. RNA의 [[리보스]]는 2' 위치에 [[하이드록실기]](–OH)를 가지고 있기 때문에 이러한 염기 촉매 [[가수분해]]에 취약하다.<ref name="Biochemistry" /> 이러한 특징은 2'-하이드록실기가 없기 때문에 염기 촉매 가수분해에 취약하지 않은 [[DNA]]에 비해 RNA를 화학적으로 불안정하게 만든다.<ref name="Biochemistry">{{서적 인용|last1=Voet|first1=Donald|last2=Voet|first2=Judith|title=Biochemistry|date=2011|publisher=J. Wiley & Sons|location=New York|page=85|edition=4}}</ref>

[[파일:RNA Hydrolysis.png|섬네일|염기 촉매 RNA 가수분해의 메커니즘. 1) 2′-하이드록실기(–OH)의 염기 촉매된 탈양성자화. 2) 전이상태. 3) 포스포다이에스터 결합이 끊어져서 RNA 골격이 절단된다. 4) 2′,3′-고리형 뉴클레오타이드(단계 3에서)는 2'-뉴클레오타이드 또는 3'-뉴클레오타이드로 가수분해된다.]]

== 메커니즘 ==
RNA 가수분해는 [[친핵체]]로 작용하는 리보스의 [[탈양성자화]]된 2'-하이드록실기(–OH)가 RNA의 당-인산 골격의 포스포다이에스터 결합에서 인접한 [[인]]을 공격할 때 일어난다.<ref name="Biochemistry" /> 인이 5개의 산소 원자와 결합한 전이 상태(위에 표시됨)에 있다.<ref name="Molecular Bio RNA" /> 그런 다음 인은 인접한 당에 연결된 산소로부터 분리되어 RNA 골격의 [[에스터]] 절단이 일어난다. 이 메커니즘을 '''RNA 절단'''({{llang|en|RNA cleavage}})이라고도 한다. 이것은 가수분해될 때 2'-뉴클레오타이드 또는 3'-뉴클레오타이드를 생성할 수 있는 2',3'-고리형 뉴클레오타이드를 생성한다. 이 과정은 위의 그림에 표시되어 있다.<ref name="Biochemistry" />

== 자가 가수분해 ==
RNA의 가수분해 또는 절단은 [[촉매]]나 [[효소]]의 존재 없이 자발적으로 일어날 수 있다. 이 과정을 자가 가수분해 또는 자가 절단 반응이라고 한다. RNA 분자의 자발적인 절단은 단일 가닥일 때 일어날 가능성이 훨씬 더 높다.<ref name="Molecular Bio RNA" /> 자가 가수분해 또는 자가 절단 반응은 염기성 용액에서 일어나며 용액의 유리 수산화물 이온은 리보스의 2'-하이드록실기(–OH)를 쉽게 탈양성자화할 수 있다. 이러한 탈양성자화는 염기 촉매 반응으로 만들고 반응의 자발성을 증가시킨다.<ref name="Molecular Bio RNA">{{서적 인용|last1=Elliot|first1=David|last2=Ladomery|first2=Michael|title=Molecular Biology of RNA|date=2011|publisher=Oxford University Press|location=New York|pages=34–64|edition=1}}</ref>

== 효소에 의한 절단 ==
RNA가 이중 가닥이거나 뉴클레오타이드 염기들이 [[염기쌍]]을 형성하고 있으면 더 안정적이게 되고 자발적인 절단의 가능성이 훨씬 낮아지게 된다. 이러한 경우 [[효소]]를 사용하여 절단이 수행된다. 여러 다른 효소들이 RNA 분자의 특정 부위에서 절단을 촉매한다.<ref name="Molecular Bio RNA" />

그러한 효소들 중 하나는 단백질 효소인 [[리보뉴클레이스 A]](RNase A)이다. 리보뉴클레이스 A는 [[활성 부위]]에 [[히스티딘]]을 함유하고 있으며 이를 사용하여 [[산-염기 촉매]] 작용 및 RNA 절단을 수행한다.<ref name="Molecular Bio RNA" /> [[활성 부위]]의 특정 히스티딘 잔기는 리보스의 2'-하이드록실기(–OH)에서 [[양성자]]를 제거하는 [[염기]]로 작용하는 반면, 다른 [[잔기]]는 [[산]]으로 작용하여 인접한 리보스의 5' 산소에 양성자를 제공하여 더 나은 [[이탈기]]를 만든다. 리보뉴클레이스 A의 활성 부위에 있는 [[리신]] 잔기는 [[전이 상태]]에서 음전하를 띤 산소 원자를 안정화시킨다.<ref name="Molecular Bio RNA" />

스몰 리보뉴클레오라이틱 리보자임(small ribonucleolytic ribozyme)이라고 하는 리보자임의 부류는 산-염기 촉매를 사용하여 자체 RNA 절단의 자발성을 향상시킨다. 이러한 [[리보자임]]의 예로는 [[망치머리형 리보자임]], [[D형 간염 바이러스 리보자임|D형 간염 바이러스(HDV) 리보자임]], [[머리핀형 리보자임]]이 있다.<ref name="Molecular Bio RNA" /> [[I군 인트론]], [[II군 인트론]] 및 [[리보뉴클레이스 P]]와 같은 대형 리보자임은 위에서 설명한 절단 메커니즘을 사용하여 mRNA 처리 과정 동안 [[RNA 스플라이싱|스플라이싱]] 및 기타 [[전사 후 변형]]을 촉매한다.<ref name="Molecular Bio RNA" />

== 가능한 활용 ==
연구자들은 통제된 방식으로 수행될 수 있는 RNA 가수분해를 위한 다양한 활용 방법을 개발하고 사용하고 있다. 활용 방법에는 [[세균]] 및 [[진핵생물]]의 [[유전자 발현]]을 조절하고 바이러스의 복제를 억제하기 위한 유전자 치료법에서의 리보자임의 사용이 포함된다.<ref name="Molecular Bio RNA" /> 특히 망치머리형 리보자임은 원하는 RNA를 절단할 수 있도록 설계될 수 있다.<ref name="Genomics Protocols">{{서적 인용|author1=Leonidas A. Phylactou=Ribozyme Gene Therapy|editor1-last=Starkey|editor1-first=Michael|editor2-last=Elaswarapu|editor2-first=Ramnath|title=Genomics Protocols|date=2001|publisher=Humana Press|location=Totowa, NJ|isbn=978-0-89603-774-8|pages=[https://archive.org/details/genomicsprotocol00/page/521 521–529]|url-access=registration|url=https://archive.org/details/genomicsprotocol00/page/521}}</ref> 이러한 리보자임은 예를 들어 특정 유전자의 발현을 방지하도록 설계될 수 있다.<ref name="Ribozymes">{{저널 인용|last1=Thompson|first1=JD|last2=Macejak|first2=D|last3=Couture|first3=L|last4=Stinchcomb|first4=DT|title=Ribozymes in gene therapy.|journal=Nature Medicine|date=1995|volume=1|issue=3|pages=277–278|pmid=7585047|doi=10.1038/nm0395-277}}</ref>

유전자 발현을 억제하는 것 외에도 스플라이싱 리보자임을 사용하여 손상되거나 결함이 있는 RNA를 복구할 수 있다. 스플라이싱 리보자임은 [[RNA 스플라이싱]]을 촉매하여 돌연변이를 포함하는 RNA 부분을 제거하고 이를 잘 기능하는 RNA로 대체한다.<ref name="Ribozyme-mediated repair">{{저널 인용|last1=Sullenger|first1=BA|last2=Cech|first2=TR|title=Ribozyme-mediated repair of defective mRNA by targeted, trans-splicing.|journal=Nature|date=1994|volume=371|issue=6498|pages=619–622|pmid=7935797|doi=10.1038/371619a0}}</ref> 기존의 리보자임은 또한 리보자임이 촉매하는 반응들을 변경하는 방식으로 변경될 수 있다.<ref name="Directed Evolution">{{저널 인용|last1=Beaudry|first1=Amber|last2=Joyce|first2=Gerald|title=Directed Evolution of an RNA Enzyme|journal=Science|date=1992|volume=257|issue=5070|pages=635–641|doi=10.1126/science.1496376}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[RNA]]
* [[가수분해]]

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:RNA]]