hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
공통 서열 서열 분석
패턴 인식 소프트웨어 개발은 유전학, 분자생물학, 생물정보학의 주요 주제이다. 특정 서열 모티프는 생합성을 제어하는 조절 서열로 기능하거나, 세포 내 특정 부위로 분자를 유도하거나 성숙을 조절하는 신호 펩타이드로 기능할 수 있다. 이러한 서열의 조절 기능이 중요하기 때문에, 이들은 오랜 진화 기간 동안 보존되어 온 것으로 생각된다. 일부 경우에, 이러한 부위의 보존 정도에 의해 진화적 관련성을 추정할 수 있다.
보존된 서열 모티프를 공통 서열이라고 하며, 어떤 잔기가 보존되고 어떤 잔기가 가변적인지를 보여준다. 다음 DNA 서열의 예를 고려해 보자.
A[CT]N{A}YR
공통 서열 서열 분석
이 표기법에서 A는 그 위치에 항상 A가 발견됨을 의미한다. [CT]는 C 또는 T를 나타낸다. N은 모든 염기를 나타내며, {A}는 A를 제외한 모든 염기를 의미한다. Y는 모든 피리미딘을 나타내고, R은 모든 퓨린을 나타낸다.
이 예에서 [CT] 표기법은 해당 위치에서 C 또는 T가 발생하는 상대적 빈도에 대한 어떤 지표도 제공하지 않는다. 그리고 이를 ACNCCA와 같은 단일 공통 서열로 작성하는 것은 불가능하다. 공통 서열을 나타내는 대체 방법은 서열 로고를 사용하는 것이다. 이것은 공통 서열의 그래픽 표현으로, 기호의 크기는 특정 위치에서 주어진 뉴클레오타이드(또는 아미노산)가 발생하는 빈도와 관련된다. 서열 로고에서 잔기가 더 보존될수록 해당 잔기에 대한 기호는 더 크게 그려진다. 빈도가 낮을수록 기호는 더 작아진다. 서열 로고는 WebLogo를 사용하거나 시스템 생물학 연구소(Institute for Systems Biology)의 구스타보 글루스만(Gustavo Glusman)이 작성한 공개 시각화 도구인 Gestalt Workbench를 사용하여 생성할 수 있다.
공통 서열 소프트웨어
생물정보학 도구는 공통 서열을 계산하고 시각화할 수 있다. 도구의 예시로는 JalView와 UGENE이 있다.
TATA 박스
분자생물학에서 TATA 박스(TATA box) 또는 골드버그-호그네스 박스(Goldberg–Hogness box)는 고세균과 진핵생물의 유전자 촉진유전자 영역에서 발견되는 DNA의 염기서열이다. TATA 박스의 세균 상동성은 더 짧은 컨센서스 서열을 가진 프리브노우 박스라고 불린다.
TATA 박스는 비암호화 DNA 염기서열 (시스 조절 요소라고도 함)로 간주된다. 반복되는 T와 A 염기쌍으로 특징지어지는 컨센서스 서열을 포함하고 있어 "TATA 박스"라고 불렸다. "박스"라는 용어가 어떻게 생겨났는지는 불분명하다. 1980년대에 쥐 유전체 (생명과학) 유전자자리에서 염기서열을 조사하는 동안, 호그네스 박스 서열이 발견되어 -31 위치에 "박스 안"에 위치했다. 컨센서스 뉴클레오타이드와 대안적인 뉴클레오타이드를 비교했을 때, 연구자들은 상동 영역을 "박스"로 표시했다. 서열을 박스로 표시한 것이 "박스"라는 용어의 기원을 설명한다.
TATA 박스
TATA 박스는 1978년 진핵 촉진유전자의 구성 요소로 처음 식별되었다. TATA 함유 유전자에서 전사 (생물학)는 TATA 박스에서 시작된다. TATA 박스는 일부 진핵 유전자에서 TATA-결합 단백질 (TBP) 및 기타 전사인자의 결합 부위이다. RNA 중합효소 II에 의한 유전자 전사는 인핸서 및 사일런서와 같은 장거리 조절 요소에 의한 핵심 촉진유전자의 조절에 달려 있다. 전사의 적절한 조절이 없으면 진핵생물은 환경에 적절하게 반응할 수 없을 것이다.
TATA 박스 개시의 서열과 메커니즘을 기반으로, 이 컨센서스 서열에 대한 결실, 점 돌연변이 및 삽입과 같은 돌연변이는 표현형 변화를 초래할 수 있다. 이러한 표현형 변화는 질병 표현형으로 이어질 수 있다. TATA 박스의 돌연변이와 관련된 일부 질병에는 위암, 척수소뇌성 실조증, 헌팅턴병, 실명, β-지중해 빈혈증, 면역억제, 길버트 증후군 및 HIV-1이 포함된다. TATA-결합 단백질 (TBP)은 또한 바이러스 전사의 수단으로 바이러스에 의해 표적이 될 수 있다.
TATA 박스 역사
TATA 박스는 1978년 미국의 생화학자 데이비드 호그네스가 스위스 바젤 대학교에서 안식년을 보내던 중 그의 대학원생 마이클 골드버그와 함께 처음으로 진핵 핵심 촉진유전자 모티프로 식별했다. 그들은 초파리, 포유류 및 바이러스 유전자의 5' DNA 촉진유전자 서열을 분석하는 동안 처음으로 TATA 서열을 발견했다. TATA 박스는 RNA 중합효소 II에 의해 전사되는 단백질 코딩 유전자에서 발견되었다.
TATA 박스 역사
TATA 박스에 대한 대부분의 연구는 효모, 인간 및 초파리 유전체에서 수행되었지만, 유사한 요소가 고세균 및 고대 진핵생물에서도 발견되었다. 고세균 종에서 촉진유전자는 전사 시작 부위로부터 약 24bp 상류에 위치한 8bp의 AT 풍부 서열을 포함한다. 이 서열은 원래 Box A라고 불렸으며, 현재는 고세균 TATA-결합 단백질 (TBP)의 상동체와 상호작용하는 서열로 알려져 있다. 또한, 일부 연구에서 몇 가지 유사점이 밝혀졌지만, 고세균 및 진핵 TBP 간에 주목할 만한 차이를 감지한 다른 연구도 있다. 고세균 단백질은 1차 서열과 정전기학 전하 분포에서 더 큰 대칭성을 보이며, 이는 더 높은 대칭성이 단백질이 TATA 박스를 극성 방식으로 결합하는 능력을 낮추기 때문에 중요하다.
TATA 박스가 많은 진핵 촉진유전자에 존재하지만, 대부분의 촉진유전자에는 포함되어 있지 않다. 한 연구에 따르면 인간의 1031개의 잠재적 촉진유전자 영역 중 30% 미만이 추정 TATA 박스 모티프를 포함하고 있다. 초파리에서는 205개의 핵심 촉진유전자 중 40% 미만이 TATA 박스를 포함하고 있다. TATA 박스가 없고 TBP가 존재하지 않을 때, 다운스트림 프로모터 요소 (DPE)는 개시인 요소 (Inr)와 협력하여 전사인자 II D (TFIID)에 결합하여 TATA-없는 촉진유전자에서 전사를 개시한다. DPE는 세 개의 초파리 TATA-없는 촉진유전자와 TATA-없는 인간 IRF-1 촉진유전자에서 확인되었다.
TATA 박스 특징
촉진유전자 서열은 세균과 진핵생물 사이에 다르다. 진핵생물에서 TATA 박스는 Rpb4/Rbp7이 전사 (생물학)를 개시하는 시작 부위로부터 25 염기쌍 상류에 위치한다. 후생동물에서 TATA 박스는 전사 시작 부위로부터 30 염기쌍 상류에 위치한다. 반면 효모인 S. cerevisiae에서는 TATA 박스의 위치가 다양하여 시작 부위로부터 40~100bp 상류에 위치할 수 있다. TATA 박스는 또한 액틴 세포골격과 세포의 수축성 고리 장치를 코딩하는 유전자의 촉진유전자 중 40%에서 발견된다.
핵심 촉진유전자 유형은 유전자의 전사 및 발현 수준에 영향을 미친다. TATA-결합 단백질은 RNA 중합효소 II의 보조인자인 SAGA 또는 TFIID에 의해 두 가지 방식으로 모집될 수 있다. 촉진유전자가 SAGA/TATA 박스 복합체를 사용하여 RNA 중합효소 II를 모집할 때, 그들은 TFIID/TBP 모집 방식을 사용하는 촉진유전자보다 더 고도로 조절되며 더 높은 발현 수준을 보인다.
TATA 박스 특징
세균에서 촉진유전자 영역은 진핵 TATA 박스와 유사한 목적을 수행하는 프리브노우 박스를 포함할 수 있다. 프리브노우 박스는 -10 위치 주변에 6bp 영역과 -35 영역 주변에 8-12bp 서열을 가지며 둘 다 보존되어 있다.
CAAT 박스 (또는 CAT 박스)는 5' GGCCAATCT 3'의 컨센서스 서열을 가진 뉴클레오타이드 영역이다. CAAT 박스는 전사 개시 부위로부터 약 75-80 염기 상류, TATA 박스로부터 약 150 염기 상류에 위치한다. 그것은 전사인자 (CAAT TF 또는 CTF)에 결합하여 RNA 중합효소의 더 쉬운 결합을 위해 주변의 전사 개시 복합체를 안정화시킨다. CAAT 박스는 모든 세포 유형에서 유비쿼터스한 단백질을 발현하는 유전자에서는 거의 발견되지 않는다.
TATA 박스 구조
TATA 박스는 진핵 촉진유전자의 구성 요소이며 일반적으로 5'-TATA(A/T)A(A/T)-3'의 컨센서스 서열을 포함한다. 예를 들어 효모에서 한 연구는 다양한 사카로미세스 유전체가 5'-TATA(A/T)A(A/T)(A/G)-3'의 컨센서스 서열을 가지고 있지만, 약 20%의 효모 유전자만이 TATA 서열을 포함하고 있다는 것을 발견했다. 마찬가지로 인간의 유전자 중 24%만이 TATA 박스를 포함하는 촉진유전자 영역을 가지고 있다. TATA 박스를 포함하는 유전자는 세포 스트레스 반응 및 특정 유형의 물질대사와 관련되는 경향이 있으며 TATA-없는 유전자보다 더 고도로 조절된다. 일반적으로 TATA 함유 유전자는 고도로 조절되는 특성 때문에 세포 생장, DNA 복제, 전사 (생물학) 및 번역 (생물학)과 같은 필수 세포 기능에는 관여하지 않는다.
TATA 박스 구조
TATA 박스는 일반적으로 전사 시작 부위로부터 25-35 염기쌍 상류에 위치한다. TATA 박스를 포함하는 유전자는 일반적으로 전사 시작 부위 바로 상류에 위치한 개시인 요소 부위와 다운스트림 프로모터 요소 (DCE)를 포함한 추가적인 촉진유전자 요소를 필요로 한다. 이러한 추가 촉진유전자 영역은 TATA 박스와 함께 작동하여 진핵생물에서 전사 개시를 조절한다.
TATA 박스 기능
TATA 박스는 전사 개시 복합체 형성 부위이며, 이는 진핵생물에서 전사 개시의 첫 번째 단계이다. 전사 개시 복합체의 형성은 다중 서브유닛 전사인자 II D (TFIID)가 TATA-결합 단백질 서브유닛을 통해 TATA 박스에 결합할 때 시작된다. TBP는 단백질의 역평행 베타 병풍 영역을 통해 TATA 박스의 작은 홈에 결합한다. 세 가지 유형의 분자 상호작용이 TATA-결합 단백질이 TATA 박스에 결합하는 데 기여한다.
TATA 박스 기능
또한, TATA-결합 단백질의 결합은 TATA 박스 주변의 DNA (G-C가 풍부한 서열로 구성됨)와의 안정화 상호작용에 의해 촉진된다. 이러한 2차 상호작용은 DNA의 굽힘과 나선 풀림을 유도한다. DNA 굽힘 정도는 종과 서열에 따라 다르다. 예를 들어, 한 연구는 아데노바이러스 TATA 촉진유전자 서열 (5'-CGCTATAAAAGGGC-3')을 모델 결합 서열로 사용하여 인간 TBP가 TATA 박스에 결합하면 큰 홈 쪽으로 97° 굽힘이 유도되는 반면, 효모 TBP 단백질은 82° 굽힘만 유도한다는 것을 발견했다. TBP/TATA-박스 복합체의 엑스선결정학 연구는 일반적으로 TBP 결합 과정에서 DNA가 약 80° 굽힘을 겪는다는 데 동의한다.
TATA 박스 기능
TATA-결합 단백질이 TATA 박스에 결합하여 유도되는 형태 변화는 추가적인 전사인자 및 RNA 중합효소 II가 촉진유전자 영역에 결합할 수 있도록 한다. TFIID는 먼저 TATA 박스에 결합하며, 이는 TFIIA가 TFIID 복합체의 상류 부분에 결합함으로써 촉진된다. TFIIB는 TATA 박스의 상류 및 하류 상호작용을 통해 TFIID-TFIIA-DNA 복합체에 결합한다. RNA 중합효소 II는 TFIIF의 도움으로 이 다중 단백질 복합체에 모집된다. 그런 다음 추가적인 전사인자들이 결합하는데, 먼저 TFIIE, 그 다음 TFIIH이다. 이것은 진핵생물 전사를 위한 전사 개시 복합체의 조립을 완료한다.
RNA 중합효소 II와 다양한 전사인자들의 이 클러스터는 기본 전사 복합체(BTC)로 알려져 있다. 이 상태에서는 낮은 수준의 전사만을 수행한다. 전사 수준을 높이려면 다른 요소들이 BTC를 자극해야 한다. 이러한 BTC 자극 DNA 영역의 한 예는 CAAT 박스이다. 매개자 복합체, 전사 조절 단백질, 뉴클레오솜 변형 효소를 포함한 추가 요소들도 생체내에서 전사 (생물학)를 향상시킨다.
특정 세포 유형 또는 특정 촉진유전자에서 TBP는 여러 TBP 관련 인자(초파리의 TRF1, 후생동물의 TBPL1/TRF2, 척추동물의 TBPL2/TRF3) 중 하나로 대체될 수 있으며, 이들 중 일부는 TATA-결합 단백질과 유사하게 TATA 박스와 상호작용한다. TATA 박스와 다양한 활성인자 또는 억제자의 상호작용은 여러 방식으로 유전자의 전사 (생물학)에 영향을 미칠 수 있다. 인핸서는 촉진유전자 활성을 증가시키는 장거리 조절 요소인 반면, 사일런서는 촉진유전자 활성을 억제한다.
TATA 박스 돌연변이
TATA 박스에 대한 돌연변이는 결실 또는 삽입에서 점 돌연변이까지 다양하며, 돌연변이된 유전자에 따라 다양한 영향을 미 미친다. 이 돌연변이는 전사 (생물학) 개시를 위한 TATA-결합 단백질의 결합을 변화시킨다. 따라서 발현되지 않는 유전자에 따라 표현형의 변화가 발생한다 (그림 3).
TATA 박스 돌연변이에 대한 최초의 연구 중 하나는 근두암종병의 옥토핀형 사이토키닌 유전자의 DNA 서열을 조사했다. 이 특정 유전자에는 세 개의 TATA 박스가 있다. 세 개의 TATA 박스가 모두 결실되었을 때만 표현형 변화가 관찰되었다. 마지막 TATA 박스와 전사 시작 부위 사이에 추가 염기쌍이 삽입되면 시작 부위가 이동하여 표현형 변화가 발생했다.  이 원래 돌연변이 연구에서 전사를 촉진하는 TATA 박스가 없을 때 전사의 변화가 나타나지만, 서열에 삽입이 있을 때는 유전자의 전사가 발생할 것이다. 결과적인 표현형의 특성은 삽입으로 인해 영향을 받을 수 있다.
TATA 박스 돌연변이
옥수수 촉진유전자의 돌연변이는 식물 기관 특이적인 방식으로 촉진유전자 유전자의 발현에 영향을 미친다. TATA 박스의 중복은 배아방패와 뿌리에서 효소 활성을 크게 감소시키지만, 꽃가루 효소 수준에는 영향을 미치지 않는다. TATA 박스의 결실은 배아방패와 뿌리에서 효소 활성을 약간 감소시키지만, 꽃가루에서 효소 수준을 크게 감소시킨다.
TATA 박스에 대한 점 돌연변이는 영향을 받는 유전자에 따라 유사하게 다양한 표현형 변화를 갖는다. 연구에 따르면 TATA 박스 서열 내 돌연변이의 위치가 TATA-결합 단백질의 결합을 방해한다는 것도 나타났다. 예를 들어, TATAAAA에서 CATAAAA로의 돌연변이가 전사 (생물학)를 변화시키기에 충분히 결합을 완전히 방해하지는 않지만, 인접 서열은 변화가 있는지 여부에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 헬라 세포에서 TATAAAA가 TATACAA로 변하면 전사 (생물학)가 20배 감소하는 것을 볼 수 있다. 특정 유전자 전사 (생물학)의 이러한 불충분성으로 인해 발생할 수 있는 일부 질병은 다음과 같다.  지중해 빈혈증, 폐암, 만성 용혈성 빈혈, 면역억제, 혈우병 B 라이든, 혈전정맥염 및 심근 경색이다.
TATA 박스 돌연변이
Savinkova 외 연구진은 선택된 TATA 박스 서열과 TATA-결합 단백질에 대한 KD 값을 예측하는 시뮬레이션을 작성했다. 이것은 TATA-결합 단백질이 TATA 박스에 얼마나 단단히 결합하는지에 따라 선택된 돌연변이로 인한 표현형 특성을 직접 예측하는 데 사용될 수 있다.
TATA 박스 영역의 돌연변이는 전사 개시를 위한 TATA-결합 단백질의 결합에 영향을 미치며, 이는 운반자가 질병 표현형을 가질 수 있게 한다.
위암은 TATA 박스 다형성 (생물학)과 관련이 있다. TATA 박스에는 PG2 유전자의 전사인자 결합 부위가 있다. 이 유전자는 PG2 혈청을 생성하며, 이는 위암의 신생물에 대한 바이오마커로 사용된다. 더 긴 TATA 박스 서열은 더 높은 수준의 PG2 혈청과 관련되어 위암 상태를 나타낸다. 더 짧은 TATA 박스 서열을 가진 운반자는 더 낮은 수준의 PG2 혈청을 생성할 수 있다.
TATA 박스 돌연변이
몇몇 신경계 질환은 TATA 박스 돌연변이와 관련이 있다. 척수소뇌성 실조증과 헌팅턴병 두 가지 질환이 강조되었다. 척수소뇌성 실조증에서는 TATA-결합 단백질의 폴리글루타민 반복 확장으로 인해 질병 표현형이 발생한다. 환자의 뇌 조직에서 단백질 응집체가 나타나듯이 이러한 폴리글루타민-TBP 세포의 축적이 발생하여 신경 세포 손실을 초래한다.
실명은 TATA 박스가 MicroRNA에 의해 산화 스트레스 유전자 수준을 증가시키기 위해 표적화될 때 과도한 백내장 형성으로 인해 발생할 수 있다. MicroRNA는 3'-비번역 영역을 표적화하고 TATA 박스에 결합하여 산화 스트레스 관련 유전자의 전사 (생물학)를 활성화할 수 있다.
TATA 박스의 단일염기 다형성은 B-지중해 빈혈증, 면역억제 및 기타 신경계 질환과 관련이 있다. 단일염기 다형성은 TBP/TATA 복합체를 불안정화시켜 TATA-결합 단백질이 TATA 박스에 결합하는 속도를 현저히 감소시킨다. 이는 전사 (생물학) 수준을 낮추어 질병의 심각도에 영향을 미친다. 연구 결과는 지금까지 시험관내 상호작용을 보여주었지만, 결과는 생체내와 비교할 수 있을 것이다.
길버트 증후군은 UTG1A1 TATA 박스 다형성 (생물학)과 관련이 있다. 이것은 신생아의 황달 발병 위험을 높인다.
MicroRNA는 HIV-1과 같은 바이러스 복제에도 중요한 역할을 한다. 새로운 HIV-1 인코딩 MicroRNA는 TATA 박스 영역을 표적화하여 바이러스 생산을 향상시키고 HIV-1 잠복기를 활성화하는 것으로 밝혀졌다.
TATA 박스 임상적 중요성
지금까지 많은 연구가 시험관내에서 수행되어 세포에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지에 대한 실시간 표현이 아니라 예측만을 제공했다. 2016년 최근 연구에서는 생체내에서 TATA 결합 활성을 입증하는 작업이 이루어졌다. 정규 TBP/TFIID 의존성 기본 전사 (생물학) 기계에 의한 전사 개시의 핵심 촉진유전자 특이적 메커니즘은 TATA 결합에 관여하는 인간 ACTB 유전자의 혈청 반응 인자 의존성 상류 활성화 서열 (UAS)에 의한 활성화를 보여주는 생체내에서 최근 문서화되었다.
TATA 박스 임상적 중요성
제약 회사는 수년 동안 전통적인 방법으로 DNA를 표적으로 하는 암 치료 약을 설계해 왔으며 성공적인 것으로 입증되었다. 그러나 이러한 약물의 독성도는 과학자들이 대신 표적이 될 수 있는 DNA 관련 다른 과정을 탐구하도록 만들었다. 최근 몇 년 동안 TATA 결합 모티프를 포함하는 단백질-DNA 복합체와 같은 암 특이적 분자 표적을 찾기 위한 공동 노력이 이루어졌다. 단백질-DNA 복합체 중간체를 포획하는 화합물은 DNA 처리 이벤트를 만나면 세포에 유독할 수 있다. 이러한 화합물을 포함하는 약의 예로는 토포테칸, SN-38 (토포아이소머레이스 I), 독소루비신, 미토잔트론 (토포아이소머레이스 II)이 있다. 시스플라틴은 DNA의 큰 홈에 인접한 구아닌에 공유 결합하여 DNA를 변형시켜 작은 홈에 DNA 결합 단백질이 접근할 수 있도록 하는 화합물이다. 이것은 TATA-결합 단백질이 TATA 박스에 결합하는 상호작용을 불안정하게 만들 것이다. 결과는 TATA-결합 단백질을 DNA에 고정시켜 전사 (생물학) 개시를 하향 조절하는 것이다.
TATA 박스 유전 공학
진화적 변화는 식물이 변화하는 환경 조건에 적응하도록 만들었다. 지구의 역사에서 지구의 호기성 지구 대기권 발달은 식물의 철 결핍을 초래했다. 같은 종의 다른 구성원에 비해 Malus baccata var. xiaojinensis는 철 조절 수송체 1 (IRT1) 촉진유전자의 상류 촉진유전자에 TATA 박스가 삽입되어 있다. 결과적으로 촉진유전자 활성 수준이 향상되어 TFIID 활성 및 이어서 전사 (생물학) 개시가 증가하여 철 효율적인 표현형이 된다. 유전 공학을 통해 담배 및 애기장대와 같은 모델 종과 같은 다른 식물에도 유사한 변형을 할 수 있다.
비번역 부위
분자유전학에서 비번역 부위(Untranslated region, UTR)는 mRNA 가닥의 부호화 서열 양쪽에 있는 두 섹션 중 하나를 나타낸다. 5' 쪽에 있으면 5' 비번역 부위(또는 선도 서열)라고 하고, 3' 쪽에 있으면 3' 비번역 부위(또는 후행 서열)라고 한다. mRNA는 DNA에서 리보솜, 즉 세포 내 단백질 합성(번역) 장소로 정보를 운반하는 RNA이다. mRNA는 해당 DNA 서열로부터 처음 전사된 다음 단백질로 번역된다. 그러나 5' 및 3' UTR을 포함하여 mRNA의 여러 영역은 일반적으로 단백질로 번역되지 않는다.
비록 비번역 부위라고 불리며 유전자의 부호화 영역을 형성하지 않지만, 5' UTR 내에 위치한 uORF는 펩타이드로 번역될 수 있다.
5' UTR은 부호화 서열의 상류에 있다. 5' UTR 내에는 리보솜이 인식하여 결합하고 번역을 개시할 수 있도록 하는 서열이 있다. 번역 개시 메커니즘은 원핵생물과 진핵생물에서 다르다. 3' UTR은 번역 종결 코돈 바로 뒤에 있다. 3' UTR은 번역 종결뿐만 아니라 전사 후 변형에도 중요한 역할을 한다.
비번역 부위
이러한 종종 긴 서열들은 한때 진화적 시간 동안 단순히 축적된 쓸모없거나 정크 mRNA로 여겨졌다. 그러나 이제 mRNA의 비번역 부위는 진핵생물의 유전자 발현의 많은 조절 측면에 관여하는 것으로 알려져 있다. 이러한 비부호화 영역의 중요성은 자연선택이 그렇지 않았다면 이 쓸모없는 RNA를 제거했을 것이라는 진화론적 추론에 의해 뒷받침된다.
5' 및 3' UTR을 다른 비단백질 부호화 RNA와 구별하는 것이 중요하다. 프리-mRNA의 부호화 서열 내에는 단백질 산물에 포함되지 않을 RNA 섹션이 발견될 수 있다. 이러한 RNA 섹션을 인트론이라고 한다. RNA 스플라이싱으로 생성되는 RNA는 엑손 서열이다. 인트론이 비번역 부위로 간주되지 않는 이유는 RNA 스플라이싱 과정에서 인트론이 스플라이싱되기 때문이다. 인트론은 번역될 성숙 mRNA 분자에 포함되지 않으므로 비단백질 부호화 RNA로 간주된다.
비번역 부위 역사
mRNA의 비번역 부위는 첫 번째 mRNA 분자가 완전히 서열화된 후 1970년대 후반부터 연구 주제가 되었다. 1978년에 인간 감마-글로빈 mRNA의 5' UTR이 완전히 서열화되었다. 1980년에는 중복된 인간 알파-글로빈 유전자의 3' UTR에 대한 연구가 수행되었다.
비번역 부위 진화
비번역 부위는 원핵생물과 진핵생물 모두에서 볼 수 있지만 길이와 구성은 다를 수 있다. 원핵생물에서 5' UTR은 일반적으로 3~10개의 뉴클레오타이드 길이이다. 진핵생물에서 5' UTR은 수백에서 수천 개의 뉴클레오타이드 길이에 달할 수 있다. 이는 원핵생물에 비해 진핵생물의 게놈이 더 복잡하다는 것과 일치한다. 3' UTR도 길이가 다양하다. 폴리-A 꼬리는 mRNA가 분해되는 것을 방지하는 데 필수적이다. 5' 및 3' UTR의 길이에는 차이가 있지만, 5' UTR의 길이가 3' UTR의 길이보다 진화적으로 더 보존되어 있는 것으로 밝혀졌다.
원핵생물의 5' UTR은 샤인-달가노 서열(5'-AGGAGGU-3')로 구성된다. 이 서열은 개시 코돈으로부터 3~10 염기쌍 상류에 있다. 개시 코돈은 단백질로 번역이 시작되는 지점이다.
진핵생물의 5' UTR은 원핵생물보다 더 복잡하다. 이는 코자크 합의 서열(ACCAUGG)을 포함한다. 이 서열은 개시 코돈을 포함한다. 개시 코돈은 단백질로 번역이 시작되는 지점이다.
비번역 부위 질병과의 연관성
mRNA의 이러한 비번역 부위의 중요성은 이제 막 이해되기 시작하고 있다. 비번역 부위의 돌연변이와 암과 같은 특정 질병 발생 위험 증가 사이의 연관성을 발견한 다양한 의학 연구가 진행 중이다. 예를 들어, HLA-G 3'UTR 영역의 다형성과 대장암 발생 사이의 연관성이 발견되었다. 다른 유전자의 3' UTR에서 단일 염기 다형성도 조산에 대한 감수성과 연관되어 있다. APP 유전자의 3' UTR 돌연변이는 뇌 아밀로이드 혈관병증 발생과 관련이 있다.
비번역 부위 추가 연구
최근 비번역 부위에 대한 연구를 통해 이러한 요소의 본질과 기능에 대한 일반적인 정보가 수집되었다. 그러나 mRNA의 이러한 영역에 대해 알려지지 않은 것이 여전히 많다. 유전자 발현 조절이 세포의 적절한 기능에 중요하므로, 이는 더 깊이 연구되어야 할 분야이다. 3' 비번역 부위의 돌연변이가 관련 없어 보이는 여러 유전자의 발현을 변경할 가능성이 있다는 점을 고려하는 것이 중요하다. 우리는 비번역 부위의 적절한 기능과 세포의 질병 상태 사이의 연관성을 이제 막 이해하기 시작하고 있다.
이온 밀링 머신
이온 밀링(영어: Ion milling)은 재료 분석 기술 준비에 중요한 특수 물리적 에칭 기술이다. 이온 밀링을 거친 시편은 표면이 훨씬 더 매끄럽고 선명해져 과학자들이 재료를 훨씬 쉽게 연구할 수 있다. 이온 밀은 고에너지 입자를 생성하여 시편 표면의 물질을 제거하는데, 이는 협곡에서 모래와 먼지 입자가 바위를 침식하여 매끄러운 표면을 만드는 것과 유사하다. 다른 기술에 비해 이온 밀링은 표면 손상이 훨씬 적어 표면 민감 분석 기술에 완벽하다. 이 글에서는 이온 밀링의 원리, 장비, 응용 분야 및 중요성에 대해 설명한다.
이온 밀링 머신 원리
이온 밀링은 스퍼터링 및 침식 원리에 따라 작동한다. 스퍼터링은 고에너지 이온이 시료 표면을 충격할 때 발생한다. 이온은 표면의 원자 및 분자와 충돌하여 표면 원자를 떼어낸다. 고에너지 이온이 재료 표면에 직접 향하면 충돌 캐스케이드가 발생한다. 이온은 시편 표면을 충격하고 에너지는 이온에서 표면 원자로 전달된다. 전달된 에너지가 목표 원자의 결합 에너지를 초과하면 표면에서 분리된다. 돌출된 물질은 표면 결합 에너지가 적고 스퍼터링을 통해 더 쉽게 배출된다. 이온 밀링 과정이 계속됨에 따라 시료 표면은 서서히 침식되어 얇고 평평하며 손상 없는 표면을 생성한다. 이온의 입사각, 이온 에너지 및 사용되는 이온 유형을 변경하여 특정 결과를 얻을 수 있다.
이온 밀링 머신 장비
이온 소스는 이온 밀링의 기본이다. 이온 소스의 설계 및 작동은 정확한 결과를 얻는 데 중요하다. 가장 일반적으로 사용되는 이온 소스는 무선 주파수(RF) 이온 소스와 직류(DC) 전기장을 사용하여 기체, 일반적으로 아르곤이나 제논과 같은 비활성 기체에서 이온을 생성하고 가속한다. RF장은 높은 수준의 제어 및 효율성을 허용하기 때문에 이온화에 사용된다. RF 이온 소스는 공명기에서 교류 무선 주파수 전기장을 생성하여 효율적으로 이온을 생성할 수 있다. RF는 수 메가헤르츠의 주파수를 사용하며, 이는 대부분의 사용되는 기체에 가장 적합하다. RF장은 기체가 이온화 및 전자 분리 사이클을 반복하게 하여 플라스마를 생성한다. 교류 전기장은 전자를 떼어내고 양이온을 남겨 기체를 이온화한다. 그런 다음 이온은 DC 전기장을 사용하여 플라스마에서 가속된다. DC 전기장이 있는 추출 전극은 전극과 플라스마 영역 사이의 전압 차이로 인해 이온을 시편 쪽으로 가속한다. RF 및 DC장 간의 시너지는 이온 소스 성능 최적화에 중요하다. 이들 장 간의 정확한 조합은 이온 빔에 에너지 및 전류와 같은 필요한 특정 특성을 제공한다.
이온 밀링 머신 장비
표면이 균일하게 침식되도록 이온 밀이 작동하는 동안 시편이 제자리에 고정되어야 한다. 시편 자체는 대부분 평평하고 깨끗한 표면을 가져야 한다. 이온 밀링 전에 표면은 상당히 평평해야 하는데, 그 이유는 이 과정이 많은 물질을 제거하지 않기 때문이다. 시편 표면이 더럽거나 그 위에 다른 입자가 있으면 이온 밀은 실제 시편 표면이 아닌 상단층에서 작동한다.
최적의 밀링 결과를 얻으려면 시편이 고진공 환경에 있어야 한다. 진공은 이온 빔을 방해할 수 있는 공기 입자가 거의 없도록 한다. 이 방법으로 에너지 빔의 모든 에너지를 훨씬 적은 에너지 손실로 표면에 전달할 수 있다.
이온 밀링 머신 분석
이온 밀링 과정을 분석하고 모니터링하는 것은 원하는 결과를 얻고 결과의 품질을 보장하는 데 중요하다. 이온 밀링 중 주요 매개변수를 확인하는 많은 기술과 장비가 있다.
SEM은 이온 밀링 후 시료의 표면 형태를 분석하는 데 사용된다. SEM 이미징은 물질 제거, 표면 거칠기 및 단면 특징을 평가하는 데 사용된다.
시료를 밀링한 후 SIMS를 사용하여 원소 및 동위 원소 분석이 수행된다. 1차 이온이 표면을 충격한 후, 표면 충격 중에 2차 이온 및 입자가 방출된다. 과학자들은 밀링에 사용되는 이온과 방출되는 2차 이온을 이해함으로써 재료의 구성에 대한 포괄적인 데이터를 수집할 수 있다. [90]
이온 밀링 머신 분석
XPS는 표면의 화학적 조성을 분석하는 데 사용된다. X선은 시료를 조사하고 방출된 광전자의 에너지를 측정하는 데 사용된다. XPS는 표면 화학을 평가하고 이온 밀링으로 유도된 모든 화학적 변화를 감지할 수 있다. 이 과정은 이온 충격 후 이온 밀링이 표면에 가한 손상의 양을 알려줄 수 있다.
현장 모니터링 기술은 이온 밀링 과정을 실시간으로 관찰한다. 현장 모니터링의 한 유형은 광학 방출 분광학 (OES)이다. OES는 이온 밀링 중 빛의 방출을 모니터링하고 플라스마에 대한 정보를 제공한다.
이온 밀링 머신 응용 분야
이온 밀링은 투과전자현미경(TEM)에서 전자 투명성을 위해 시편을 얇게 만드는 데 사용될 수 있다.
이온 밀링이 제공하는 정확하고 손상 없는 표면은 반도체의 정밀한 제조에 완벽하다. 미세전자공학에 이온 밀링을 사용하면 반도체 웨이퍼에 잘 정의된 특징과 패턴을 만들 수 있다.
이온 밀링은 재료의 단면 시료를 만드는 데 사용될 수 있다. 단면은 재료의 계면, 층 구조 및 결함을 보여준다.
이온 밀링은 한 번에 몇 개의 원자를 제거할 수 있어 특정 재료의 매끄럽고 연마된 표면을 만들 수 있다. 표면 품질 향상은 광학 또는 반도체와 같이 정밀도를 요구하는 모든 분야에서 중요하다.
이온 밀링 머신 결론
이온 밀링은 재료 공학 및 기계 공학 분야에 혁명을 일으켜 연구자와 과학자들이 첨단 재료 분석을 위한 고품질 시편을 얻을 수 있게 했다. 다양한 산업에서의 응용과 미세전자공학 발전에 기여하는 역할은 현대 연구 개발에 필수적인 도구이다.
인간 유전체 기구
인간 유전체 기구(Human Genome Organisation, HUGO)는 1988년에 설립된 비영리 단체이다. HUGO는 인간 유전체 프로젝트와 같은 이니셔티브에 대한 국제 조정 과학 단체를 대표한다. HUGO는 HUGO 유전자 명명 위원회(HGNC)와 HUGO 윤리, 법률 및 사회 위원회(CELS)를 포함한 4개의 활동 위원회를 가지고 있다.
인간 유전체 기구 역사
HUGO는 1988년 콜드 스프링 하버에서 열린 게놈 매핑 및 시퀀싱에 관한 첫 회의에서 설립되었다. 이 조직을 시작하려는 아이디어는 유전 코드 및 분자 생물학의 다른 분야에 대한 중요한 공헌과 2002년 노벨 생리학·의학상을 수상한 것으로 가장 잘 알려진 남아프리카 생물학자 시드니 브레너로부터 시작되었다.
회의에서는 17개국 42명의 과학자로 구성된 창립 이사회가 선출되었으며, 빅터 A. 맥큐식이 창립 회장으로 재임했다. 2016년에 HUGO는 대한민국 서울의 이화여자대학교에 위치했다. 2020년에 HUGO 본부는 미국 코네티컷주 파밍턴으로 이전했다.
HUGO는 1996년부터 매년 인간 유전체 회의(HGM)를 개최해왔다.
첸 재단의 설립자인 유전학자 위안쭝 천 및 앨리스 더샨 천과 협력하여, HUGO는 아시아 태평양 지역의 인간 유전학 및 유전체학 연구 성과를 가진 사람들에게 첸 상을 수여한다.
2020년에 HUGO는 인간 유전체 변이 학회(HGVS) 및 휴먼 바리오메 프로젝트(HVP)와 합병했다.
인간 유전체 기구 HUGO 윤리, 법률 및 사회 위원회
HUGO의 윤리, 법률 및 사회 위원회(CELS)는 개념적 수준에서 국제적 관점으로 유전체학 분야의 생명윤리 문제를 분석하는 독특한 위치에 있는 다학제적 학술 연구 그룹이다. 이를 위해 CELS의 임무는 일반적으로 학술적 참여, 생각을 자극하는 논문, 그리고 정책 지침을 통해 유전학 및 유전체학의 윤리적 측면에 대한 전문적 담론을 탐구하고 정보를 제공하는 것이다.
HUGO 윤리 위원회의 첫 회의는 1992년 10월 암스테르담에서 낸시 웩슬러(컬럼비아 대학교)가 의장을 맡아 진행되었다. 2010년, 당시 HUGO 회장 에디슨 리우(잭슨 연구소)와 새 의장 루스 채드윅(카디프 대학교)의 리더십 아래, 위원회는 HUGO 윤리, 법률 및 사회 위원회(CELS)가 되었다. 벤자민 캡스는 2017년 바르셀로나에서 열린 HUGO 인간 유전체 회의에서 현 의장으로 지명되었다.
2017년–현재: 벤자민 캡스 (영국, 캐나다)
2010년–2017년: 루스 채드윅 (영국)
1996년–2008년: 바르타 크노퍼스 (캐나다)
1992년–1996년: 낸시 웩슬러 (미국)
인간 유전체 기구 HUGO 윤리, 법률 및 사회 위원회
생태 유전체 프로젝트와 생태 유전체학이 사회에 미치는 약속: 하나의 건강으로서 공유 비전 실현 (Bioethics, 온라인 조기 2025)
인간 유전체 기구(HUGO)와 생태 유전체학 비전: 생태 유전체 프로젝트 (Human Genomics 17: 115), 2023
인간 유전체 기구(HUGO)와 2020년 코로나19 팬데믹 (Human Genomics 15:12), 2021
생물정보학과 사회를 위한 유전체 시퀀싱의 이점 확보에 대한 성명 (Human Genomics 13, 24), 2019
쓰러지는 거인과 유전자 편집의 부상: 윤리, 사적 이익 및 공공의 선 (Human Genomics 11, 20), 2017
연대성 관점에서 본 CRISPR 기술 및 유전자 편집의 윤리적 문제 (British Medical Bulletin 122(1): 17-29), 2017
상상된 미래: 사회를 위한 유전체 시퀀싱의 이점 확보 (Technical Report) 2013
대법원 성명: 유전자는 특허 대상이 아니다, 2013년 6월
인간 유전체 기구 HUGO 윤리, 법률 및 사회 위원회
약리유전체학(PGx)에 대한 성명: 연대성, 공평성 및 거버넌스 (Life Sciences, Society and Policy 3, 44), 2007년 4월
줄기세포에 대한 성명 (Eubios Ethics Institute), 2004년 11월
유전자 특허 범위, 연구 면제 및 진단을 위한 특허 유전자 서열 라이선싱에 대한 성명 (Journal international de bioéthique et d'éthique des sciences, Sep-Dec;14(3-4): 201-5), 2003
인간 유전체 데이터베이스에 대한 성명 (Eubios Journal of Asian and International Bioethics 13: 99), 2003년 12월
유전자 치료 연구에 대한 성명 (Eubios Journal of Asian and International Bioethics 11: 98-99), 2001년 4월
이익 공유에 대한 성명 (Clinical Genetics 58(5): 364-6), 2000년 4월
복제에 대한 성명 (Eubios Journal of Asian and International Bioethics 9: 70), 1999년 3월
DNA 샘플링: 통제 및 접근에 대한 성명 (Eubios Journal of Asian and International Bioethics 8: 56-57), 1998년 2월
유전학 연구의 원칙적 수행에 대한 성명, 1996년 3월
리보스위치
분자생물학에서 리보스위치(riboswitch)는 작은 분자에 결합하여 전령 RNA 분자에 의해 인코딩된 단백질의 생산 변화를 초래하는 전령 RNA 분자의 조절 부분이다. 따라서 리보스위치를 포함하는 mRNA는 효과인자 분자의 농도에 반응하여 자신의 활성을 직접 조절하는 데 관여한다. 현대 유기체가 RNA를 사용하여 작은 분자에 결합하고 밀접하게 관련된 유사체와 구별한다는 발견은 RNA의 알려진 자연적 능력을 단백질을 코딩하거나, 반응을 촉매하거나, 다른 RNA 또는 단백질 고분자에 결합하는 능력 이상으로 확장시켰다.
"리보스위치"라는 용어의 원래 정의는 작은 분자 대사물질 농도를 직접 감지한다고 명시했다. 이 정의는 여전히 일반적으로 사용되지만, 일부 생물학자들은 다른 시스 조절 RNA를 포함하는 더 넓은 정의를 사용했다. 그러나 이 글에서는 대사물질 결합 리보스위치만 다룰 것이다.
대부분의 알려진 리보스위치는 세균에서 발생하지만, 한 유형의 기능적 리보스위치 (TPP 리보스위치)는 고세균, 식물 및 특정 균류에서 발견되었다. TPP 리보스위치는 고세균에서도 예측되었지만, 실험적으로는 검증되지 않았다.
리보스위치 역사 및 발견
리보스위치 발견 이전에는 여러 대사 경로에 관여하는 일부 유전자가 조절되는 메커니즘이 미스터리로 남아있었다. 관련 mRNA가 대사물질에 직접 결합하여 자체 조절에 영향을 미칠 수 있다는 전례 없는 아이디어를 뒷받침하는 증거가 점점 더 많이 축적되었다. 이러한 데이터에는 관련 유전자의 비번역 영역(UTR)에서 자주 발견되는 보존된 RNA 2차 구조와 압타머라고 불리는 인공 소분자 결합 RNA를 만드는 절차의 성공이 포함되었다. 2002년, 단백질이 없는 결합 분석을 포함한 여러 종류의 리보스위치에 대한 첫 번째 포괄적인 증거가 발표되었고, 대사물질 결합 리보스위치는 유전자 조절의 새로운 메커니즘으로 확립되었다.
리보스위치 역사 및 발견
가장 초기에 발견된 많은 리보스위치들은 5' UTR에 보존된 서열 "모티프" (패턴)에 해당했으며, 이는 구조화된 RNA에 해당되는 것으로 보였다. 예를 들어, 공동 조절될 것으로 예상되는 여러 유전자의 상류 영역에 대한 비교 분석을 통해 S-박스 (현재 SAM-I 리보스위치), THI-박스 (TPP 리보스위치 내의 영역), RFN 요소 (현재 FMN 리보스위치) 및 B12-박스 (코발라민 리보스위치의 일부)의 기술로 이어졌고, 일부 경우에는 미지의 메커니즘을 통해 유전자 조절에 관여한다는 실험적 증명이 있었다. 생물정보학은 기본적인 비교유전체학 전략의 자동화가 증가하면서 최근 발견에서 중요한 역할을 했다. Barrick 등 (2004)은 BLAST를 사용하여 고초균의 모든 UTR과 상동성을 가진 UTR을 찾았다. 이 상동성 세트 중 일부는 보존된 구조를 검사하여 10개의 RNA 유사 모티프를 발견했다. 이들 중 3개는 나중에 glmS, 글리신 및 PreQ1-I 리보스위치로 실험적으로 확인되었다 (아래 참조). 추가 세균 분류군과 개선된 컴퓨터 알고리즘을 사용한 후속 비교유전체학 연구를 통해 실험적으로 확인된 추가 리보스위치와 리보스위치로 기능한다고 가설화된 보존된 RNA 구조가 확인되었다.
리보스위치 메커니즘
리보스위치는 종종 개념적으로 두 부분으로 나뉜다: 압타머와 발현 플랫폼. 압타머는 작은 분자를 직접 결합하고, 발현 플랫폼은 압타머의 변화에 반응하여 구조적 변화를 겪는다. 발현 플랫폼이 유전자 발현을 조절하는 부분이다.
발현 플랫폼은 일반적으로 작은 분자에 반응하여 유전자 발현을 억제하지만, 일부는 유전자 발현을 활성화시킨다. 다음 리보스위치 메커니즘이 실험적으로 입증되었다.
리스테리아 모노사이토제네스의 리보스위치는 하류 유전자의 발현을 조절한다. 그러나 리보스위치 전사체는 게놈의 다른 곳에 위치한 유전자의 발현을 조절한다. 이 트랜스 조절은 원거리 유전자의 mRNA에 대한 염기쌍 결합을 통해 발생한다. 세균의 온도가 증가하면 리보스위치가 녹아 전사가 가능해진다. 미공개 학부 연구에서는 리스테리아 모노사이토제네스 서열의 무작위 돌연변이를 통해 유사한 리보스위치 또는 '열 센서'를 만들었다.
리보스위치 종류
다음은 리간드별로 정리된 실험적으로 검증된 리보스위치 목록이다.
고리형 di-GMP 리보스위치는 이 2차 전령에 의해 조절되는 다양한 유전자를 조절하기 위해 신호 분자인 고리형 di-GMP에 결합한다. 고리형 di-GMP 리보스위치에는 고리형 di-GMP-I 리보스위치와 고리형 di-GMP-II 리보스위치 두 가지 종류가 알려져 있다. 이들 종류는 구조적으로 관련이 없는 것으로 보인다.
PreQ1 리보스위치는 Pre-queuosine1에 결합하여 큐오신의 전구체 합성 또는 운반에 관련된 유전자를 조절한다. PreQ1 리보스위치에는 PreQ1-I 리보스위치, PreQ1-II 리보스위치, PreQ1-III 리보스위치의 세 가지 완전히 다른 종류가 알려져 있다. PreQ1-I 리보스위치의 결합 도메인은 자연 발생 리보스위치 중에서도 이례적으로 작다. 스트렙토코커스(Streptococcus) 및 락토코커스(Lactococcus) 속의 특정 종에서만 발견되는 PreQ1-II 리보스위치는 완전히 다른 구조를 가지며, PreQ1-III 리보스위치와 마찬가지로 더 크다.
리보스위치 종류
퓨린 리보스위치는 퓨린에 결합하여 퓨린 대사 및 운반을 조절한다. 퓨린 리보스위치의 다른 형태는 구아닌 (원래 G-박스로 알려진 형태) 또는 아데닌에 결합한다. 구아닌 또는 아데닌에 대한 특이성은 Y74 위치에 있는 리보스위치의 단일 피리미딘과의 왓슨-크릭 상호작용에 전적으로 달려 있다. 구아닌 리보스위치에서는 이 잔기가 항상 사이토신 (즉, C74)이고, 아데닌 잔기에서는 항상 유라실 (즉, U74)이다. 상동성 유형의 퓨린 리보스위치는 디옥시구아노신에 결합하지만, 단일 뉴클레오타이드 돌연변이보다 더 중요한 차이점을 가지고 있다.
리보스위치 종류
SAM 리보스위치는 S-아데노실 메티오닌 (SAM)에 결합하여 메티오닌 및 SAM 생합성 및 운반을 조절한다. 세 가지 독특한 SAM 리보스위치가 알려져 있다: SAM-I (원래 S-박스라고 불림), SAM-II 및 SMK 박스 리보스위치. SAM-I은 세균에 널리 퍼져 있지만, SAM-II는 알파, 베타 및 일부 감마프로테오박테리아에서만 발견된다. SMK 박스 리보스위치는 유산균목에서만 발견된다. 이 세 가지 종류의 리보스위치는 서열이나 구조 측면에서 명백한 유사성이 없다. 네 번째 종류인 SAM-IV 리보스위치는 SAM-I 리보스위치와 유사한 리간드 결합 코어를 가지지만, 독특한 스캐폴드(scaffold)를 가진 것으로 보인다.
추정 리보스위치:
후보 대사물질 결합 리보스위치는 생물정보학을 사용하여 식별되었으며, 중간 정도의 복잡한 2차 구조와 여러 개의 고도로 보존된 뉴클레오타이드 위치를 가진다. 이는 작은 분자와 특이적으로 결합해야 하는 리보스위치의 전형적인 특징이기 때문이다. 리보스위치 후보는 또한 단백질 코딩 유전자의 5' UTR에 지속적으로 위치하며, 이러한 유전자들은 대사물질 결합을 시사하는데, 이는 대부분의 알려진 리보스위치의 특징이기도 하다. 이전 기준과 매우 일치하는 가설적 리보스위치 후보는 다음과 같다: crcB RNA 모티프, manA RNA 모티프, pfl RNA 모티프, ydaO/yuaA 리더, yjdF RNA 모티프, ykkC-yxkD 리더 (및 관련 ykkC-III RNA 모티프) 및 yybP-ykoY 리더. 이 가설적 리보스위치의 기능은 아직 알려지지 않았다.
리보스위치 전산 모델
리보스위치는 생체 내 (in-silico) 접근법을 사용해서도 조사되었다. 특히, 리보스위치 예측을 위한 해결책은 두 가지 광범위한 범주로 나눌 수 있다:
SwiSpot 도구는 형태 변화 예측을 사용하여 리보스위치 존재를 평가하므로 두 그룹을 모두 다룬다.
다른 전산 연구는 리보스위치 결합 부위의 약물 개발 가능성 특성을 조사하여 잠재적인 새로운 약물 표적으로서의 효능을 평가한다.
리보스위치 RNA 세계 가설
리보스위치는 자연적으로 발생하는 RNA가 작은 분자를 특이적으로 결합할 수 있음을 보여주며, 이는 이전에는 단백질이나 인공적으로 만들어진 압타머의 영역으로 여겨졌던 능력이다. 따라서 모든 생명 영역에서 리보스위치가 존재한다는 것은 생명이 원래 RNA만을 사용하여 존재했으며 단백질은 나중에 나타났다고 주장하는 RNA 세계 가설에 대한 일부 지지를 더한다. 이 가설은 단백질이 수행하는 모든 중요한 기능 (작은 분자 결합 포함)이 RNA에 의해 수행될 수 있어야 한다고 요구한다. 일부 리보스위치는 고대 조절 시스템을 나타내거나, 심지어 결합 도메인이 보존된 RNA 세계 리보자임의 잔재일 수도 있다고 제안되었다.
리보스위치 항생제 표적으로서
RNA는 이미 새로운 약물 표적이다. 여러 요인이 리보스위치를 새로운 항생제의 표적으로 만드는 데 기여한다:
실제로 수십 년 동안 작용 메커니즘이 알려지지 않았던 일부 항생제는 리보스위치를 표적으로 하여 작동하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 항생제 피리티아민이 세포 안으로 들어가면 피리티아민 피로인산염으로 대사된다. 피리티아민 피로인산염은 TPP 리보스위치에 결합하여 활성화시키는 것으로 나타났으며, 이로 인해 세포는 TPP 합성과 유입을 중단한다. 피리티아민 피로인산염은 TPP를 보효소로 대체하지 않으므로 세포는 사멸한다.
리보스위치 조작된 리보스위치
리보스위치는 자연 유기체에서 유전자 발현을 제어하는 효과적인 방법이기 때문에 유전자 치료와 같은 산업 및 의료 응용 분야를 위한 인공 리보스위치 공학에 대한 관심이 있었다.
리보스위치 더 읽어보기
Ferré-D'Amaré, Adrian R.; Winkler, Wade C. (2011). 〈Chapter 5. The Roles of Metal Ions in Regulation by Riboswitches〉.   Astrid Sigel, Helmut Sigel and Roland K. O. Sigel (편집). 《Structural and catalytic roles of metal ions in RNA》. Metal Ions in Life Sciences 9. Cambridge, U.K.: RSC Publishing. 141–173쪽. doi:10.1039/9781849732512-00141. ISBN 978-1-84973-094-5. PMC 3454353. PMID 22010271.
유전자 패밀리
유전자 패밀리(영어: gene family)는 단일 유전자의 복제에 의해 형성된 여러 유사한 유전자의 집합이며, 일반적으로 유사한 생화학적 기능을 가진다. 이러한 패밀리 중 하나는 인간 헤모글로빈 소단위체를 위한 유전자이다. 10개의 유전자는 α-글로빈 및 β-글로빈 유전자좌라고 불리는 다른 염색체의 두 클러스터에 존재한다. 이 두 유전자 클러스터는 약 5억 년 전 전구 유전자가 복제된 결과로 발생한 것으로 생각된다.
유전자는 공유하는 뉴클레오타이드 또는 단백질 서열을 기반으로 패밀리로 분류된다. 계통 발생적 기술을 보다 엄격한 시험으로 사용할 수 있다. 코딩 서열 내 엑손의 위치는 공통 조상을 추론하는 데 사용될 수 있다. 유전자에 의해 암호화된 단백질의 서열을 알면 연구자들은 DNA 서열 간의 유사성 또는 차이점보다 더 많은 정보를 제공하는 단백질 서열 간의 유사성을 찾는 방법을 적용할 수 있다.
유전자 패밀리
유전자 패밀리의 유전자가 단백질을 암호화하는 경우, 단백질 패밀리라는 용어는 유전자 패밀리와 유사한 방식으로 자주 사용된다.
특정 계통에서 유전자 패밀리의 확장 또는 축소는 우연히 발생할 수도 있고 자연 선택의 결과일 수도 있다. 이 두 가지 경우를 실제로 구별하는 것은 종종 어렵다. 최근 연구는 통계 모델과 알고리즘 기술의 조합을 사용하여 자연 선택의 영향을 받는 유전자 패밀리를 감지한다.
HUGO 유전자 명명 위원회(HGNC)는 유전자 패밀리 구성원(유사성 또는 기능에 따라)에 대한 "줄기"(또는 "뿌리") 기호를 사용하여 명명 체계를 만들고, 개별 구성원을 구별하기 위한 계층적 번호 매기기 시스템을 사용한다. 예를 들어, 페록시레독신 패밀리의 경우 PRDX가 루트 기호이며, 패밀리 구성원은 PRDX1, PRDX2, PRDX3, PRDX4, PRDX5 및 PRDX6이다.
유전자 패밀리 기본 구조
게놈 조직의 한 수준은 유전자를 여러 유전자 패밀리로 그룹화하는 것이다. 유전자 패밀리는 공통 조상을 공유하는 관련 유전자 그룹이다. 유전자 패밀리의 구성원은 파라로그 또는 오르토로그일 수 있다. 유전자 파라로그는 동일한 종 내에서 유사한 서열을 가진 유전자이며, 유전자 오르토로그는 다른 종에서 유사한 서열을 가진 유전자이다. 유전자 패밀리는 크기, 서열 다양성 및 배열에서 매우 가변적이다. 패밀리 내 유전자의 다양성과 기능에 따라 패밀리는 다유전자 패밀리 또는 슈퍼패밀리로 분류될 수 있다.
유전자 패밀리 기본 구조
다유전자 패밀리는 일반적으로 유사한 서열과 기능을 가진 구성원으로 구성되지만, 높은 수준의 발산(서열 및 기능 수준에서)이 유전자를 유전자 패밀리에서 제거하는 결과를 초래하지는 않는다. 패밀리의 개별 유전자는 동일한 염색체에 가까이 배열되어 있거나 다른 염색체의 게놈 전체에 분산되어 있을 수 있다. 서열의 유사성과 중복되는 기능으로 인해 패밀리의 개별 유전자는 종종 조절 제어 요소를 공유한다. 일부 경우, 유전자 구성원은 동일하거나 거의 동일한 서열을 가진다. 이러한 패밀리는 필요에 따라 짧은 시간 내에 엄청난 양의 유전자 산물을 발현할 수 있다. 다른 패밀리는 다른 세포 유형에서 또는 유기체 발달의 다른 단계에서 유사하지만 특정한 산물을 발현할 수 있다.
슈퍼패밀리는 단일 다유전자 패밀리보다 훨씬 크다. 슈퍼패밀리에는 여러 다유전자 패밀리와 단일 개별 유전자 구성원을 포함하여 최대 수백 개의 유전자가 포함된다. 많은 수의 구성원은 슈퍼패밀리가 일부 유전자는 군집되어 있고 일부는 멀리 퍼져 있어 널리 분산될 수 있도록 한다. 유전자는 서열과 기능이 다양하여 다양한 수준의 발현과 별도의 조절 제어를 나타낸다.
일부 유전자 패밀리에는 확립된 유전자 서열과 밀접하게 유사하지만 비기능적인 DNA 서열인 위유전자도 포함된다. 여러 유형의 위유전자가 존재한다. 비처리 위유전자는 시간이 지남에 따라 돌연변이를 얻어 비기능적이 된 유전자이다. 처리 위유전자는 레트로트랜스포존에 의해 게놈 내에서 이동된 후 기능을 상실한 유전자이다. 유래된 유전자 패밀리에서 고립된 위유전자는 고아 유전자라고 불린다.