공통 서열

분자생물학과 생물정보학에서 공통 서열, 컨센서스 서열(consensus sequence), 공통 배열 또는 정식 서열(canonical sequence)은 서열 정렬의 각 위치에서 발견되는 가장 빈번한 잔기(residue), 즉 뉴클레오타이드 또는 아미노산,의 계산된 서열이다. 이는 관련 서열들을 서로 비교하고 유사한 서열 모티프를 계산한 다중 서열 정렬의 결과를 나타낸다. 이러한 정보는 RNA 중합효소와 같은 서열 의존 효소를 고려할 때 중요하다.Pierce, Benjamin A. 2002. Genetics : A Conceptual Approach. 1st ed. New York: W.H. Freeman and Co.

각 위치에 단일 잔기로 변동성을 줄이는 공통 서열의 한계를 해결하기 위해 서열 로고는 정렬된 서열에 대한 더 풍부한 시각적 표현을 제공한다. 로고는 각 위치를 문자(뉴클레오타이드 또는 아미노산) 스택으로 표시하며, 문자의 높이는 정렬에서 해당 문자의 빈도에 해당하고 전체 스택 높이는 정보 내용( 비트로 측정됨)을 반영한다. 가장 빈번한 잔기는 스택의 맨 위에 나타나 컨센서스를 유지하면서 기능적으로 중요하지만 빈도가 낮은 잔기(예: 대체 시작 코돈 또는 전사인자 결합 부위)와 같은 미묘한 패턴도 보여준다.

섬네일|뉴클레오타이드 공통 서열의 예시

생물학적 중요성
공통 서열로 표현되는 단백질 결합 부위는 유전체에서 여러 번 발견되며 다른 위치에서 동일한 역할을 한다고 여겨지는 짧은 뉴클레오타이드 서열일 수 있다. 예를 들어, 많은 전사인자는 조절하는 유전자의 프로모터에서 특정 패턴을 인식한다. 이와 동일하게, 제한 효소는 일반적으로 회문 공통 서열을 가지며, 이는 일반적으로 DNA를 절단하는 부위에 해당한다. 트랜스포존은 전이를 위한 표적 서열을 식별하는 데 거의 동일한 방식으로 작용한다. 마지막으로, 스플라이싱 부위(엑손-인트론 경계를 즉시 둘러싸는 서열)도 공통 서열로 간주될 수 있다.

따라서 공통 서열은 추정적인 DNA 결합 부위의 모델이다. 이는 특정 인식 부위의 알려진 모든 예시를 정렬하고 각 위치에서 우세한 염기를 나타내는 이상적인 서열로 정의함으로써 얻어진다. 모든 실제 예시는 컨센서스와 몇 가지 치환 이상으로 차이가 나서는 안 되지만, 이러한 방식으로 불일치를 세는 것은 불일치로 이어질 수 있다.

핵심 프로모터 서열에서 돌연변이된 뉴클레오타이드가 공통 서열과 더 유사하게 보이도록 허용하는 모든 돌연변이를 상향 돌연변이(up mutation)라고 한다. 이러한 종류의 돌연변이는 일반적으로 프로모터를 더 강하게 만들고, 따라서 RNA 중합효소가 전사하려는 DNA에 더 단단히 결합하여 전사가 상향 조절된다. 반대로, 공통 서열에서 보존된 뉴클레오타이드를 파괴하는 돌연변이는 하향 돌연변이(down mutation)라고 한다. 이러한 유형의 돌연변이는 RNA 중합효소가 핵심 프로모터 서열에 더 이상 단단히 결합할 수 없기 때문에 전사를 하향 조절한다.

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.

표기법
보존된 서열 모티프를 공통 서열이라고 하며, 어떤 잔기가 보존되고 어떤 잔기가 가변적인지를 보여준다. 다음 DNA 서열의 예를 고려해 보자.

A[CT]N{A}YR

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.

소프트웨어
생물정보학 도구는 공통 서열을 계산하고 시각화할 수 있다. 도구의 예시로는 JalView와 UGENE이 있다.

 같이 보기 

 위치 특이적 점수 행렬
 정규 표현식 — 형식 언어 이론에서 여러 기호 서열을 나타냄
 서열 모티프
 서열 로고

 각주 

분류:생물정보학
분류:DNA