mRNA 백신은 기존 DNA백신을 대체할 새로운 백신으로 과거부터 연구되어왔다가 코로나바이러스-19의 대유행으로 급부상한 백신의 종류이다. mRNA백신은 어떻게 작동하고, 기존 백신과 무엇이 다를까? 이번 글에서는 mRNA 백신을 이해하기 위한 기본 지식, mRNA에 대해 알아본다. mRNA는 Messenger RNA의 줄임말로 단백질 합성을 위해 핵 속의 DNA 정보를 복사해서 핵 밖으로 전달해주는 역할을 한다. ATGC 4개의 염기로 구성된 DNA와 달리 mRNA는 AUGC 염기로 이루어져 있다. 티민 대신 우리실 염기를 가지고 있다. 물론 대응관계는 DNA와 동일하게 AU, GC이다. 다음은 DNA가 mRNA로 전사된 예시이다. DNA: 이때 mRNA와 DNA의 방향이 다른데, 이는 mRNA로 DNA를 전사할 때 DNA의 3'에서 mRNA의 5'을 합성하기 시작해서 DNA의 5'에서 mRNA의 3'을 합성하기 때문이다. mRNA에 염기 3개가 붙으면 하나의 코돈을 이룬다. 하나의 코돈은 하나의 아미노산로 해석되는데, 각각의 코돈이 의미하는 아미노산은 다음과 같다.  mRNA는 5'에서 3'방향으로 읽는다. 즉, 앞이 5'이고, 뒤가 3'이다. 위 테이블을 보면 코돈 AUG는 Met(메싸이오닌)를, AGU와 AGC는 Ser(세린)을 합성한다. 그런데 AUG에는 Start가, UGA, UAA, UAG에는 Stop이 적혀있다. 이들은 각각 개시코돈, 종결코돈이다. 개시코돈인 AUG는 메싸이오닌을 합성함과 동시에 여기부터 mRNA 번역을 시작해야 함을 알리고, 종결코돈은 아무 아미노산도 만들지 않으며, 번역을 여기서 끝내야 함을 알린다. 예를 들어 다음 mRNA가 만드는 아미노산은 다음과 같다. ACCUGAUGUGUAAACUUUCAUAAGGCAUCCAAA 여기서 초록색으로 표시된 부분은 실제 아미노산으로 번역되는 부분으로 엑손(exon)이라고 한다. 반면 붉은색으로 표시된 부분은 번역되지 않으며 번역 이전에 mRNA 이어 맞추기(mRNA spliing) 과정에서 모두 제거된다. 이러한 부분을 인트론(intron)이라고 한다. 이후 mRNA는 리보솜으로 이동하여 아미노산으로 번역된다. 그런데 mRNA가 특이한 게 같은 아미노산을 합성한다고 해서 다른 코돈을 가지는 mRNA 가닥이 같은 역할을 한다고 할 수 없다. 바로 코돈 최적화(Codon Optimization)가 있기 때문이다. 코돈 최적화로 최적화된 mRNA는 그렇지 못한 mRNA에 비해 같은 아미노산은 만들지언정 더 효율적일 수 있다. 코돈 최적화는 다음 방법들이 있다.
이 외에도 아미노산 합성이 효과적으로 이루어질 수 있게 하는 여러 최적화 기법이 있고, 이러한 방법으로 몸속에서 mRNA가 잘 합성될 수 있게 할 수 있다. 이것이 왜 중요하냐? 바로 이 기술이 mRNA 백신에 사용될 염기서열이 몸속에서 의도한 대로 작동할 수 있도록 성공 확률을 높여주는 역할을 하기 때문이다. #유전자, #유전자암호, #염기, #DNA, #유전 1. DNA 구조 DNA는 나선구조를 이루는 뼈대(Backbone chain)와 핵염기(Nucleobase)로 구성되어 있으며, 이들 모두 공유결합으로 연결되어 있다. 뼈대는 단당류인 디옥시리보스(Deoxyribose)에 인산기(Phosphate)가 결합되어 긴 사슬과 같은 형태를 띄고 있다. 염기에는 퓨린(purine)과 피리미딘(pyrimidine)의 두가지 종류가 있으며, 퓨린에는 다시 아데닌(Adenine; A)과 구아닌(Guanine; G)의 두 가지가 존재하고, 피리미딘에는 시토신(cytosine; C), 티민(thymine; T), 우라실(uracil; U)의 세 가지가 존재한다. 이 중 우라실은 DNA에는 존재하지 않으며, RNA에만 존재하는 염기이다. DNA가 이중나선을이루고 있을 때, 각각의 퓨린은 하나의 피리미딘과 수소결합을 통해 결합한다. 즉, A와 T 그리고, G와 C가 항상 짝을 이루어 존재하게 된다. 이러한 수소 결합은 DNA의 이중 나선구조를 안정하게 만들어 주는 힘이다. 이 때, A-T의 결합에는 2개의 수소 결합이, G-C의 결합 사이에는 3개의 수소 결합이 존재한다. - DNA의 굵기는 약 2㎚ - 1회전 사이의 길이는 약 3.4㎚ . 2. DNA의 염기 서열이 유전 정보로 나타난다. DNA 염기 서열 → 단백질의 아미노산 배열 순서를 결정 ※DNA의 염기가 최소 3개 이상 짝을 지어 유전 암호로 작용해야 하는 이유 아미노산은 20종류이나 DNA의 염기는 4종류뿐이다. 따라서 염기 3개 이상이 짝을 이루어 하나의 아미노산을 지정해야 20종의 아미노산을 모두 지정할 수 있다. (가모브의 가설 - 3염기설,1954년에 만듬) ※유전 암호 수
> 여러개의 암호가 한 가지의 아미노산을 지정하기도 하고, 어떤 것은 단백질 합성 개시와 종결만 지시하는 암호가 되기도 함. 3. 트리플렛 코드(triplet code) 3개의 DNA 염기가 한 조가 되어 하나의 아미노산을 지정하는 DNA의 유전 암호, 이들의 수와 배열 순서를 유전 정보. 4. 코돈(codon) DNA의 트리플렛 코드를 상보적으로 전사한 mRNA의 3개의 염기 조합. 3개의 염기가 한 조. 아미노산의 종류는 20가지인 데 비해 코돈의 종류는 64가지(43)이므로, 하나의 코돈이 한 가지 아미노산을 지정하는 경우도 있지만 여러 개의 코돈이 한 가지 아미노산을 지정하기도 한다. 한 종의 아미노산은 두 개 이상의 유전암호를 가질 수 있음 예) Alanine 지정 코돈 : GCU, GCC, GCA, GCG mRNA의 염기 서열에 따라 단백질을 구성하는 아미노산의 종류와 결합 순서가 결정된다. 하나의 아미노산을 지정하는 코돈이 둘 이상인 경우 대부분 3개의 염기 중 앞의 두 염기는 서로 같다. → 세 번째 염기에 돌연변이가 일어나더라도 그 자리에 결합하는 아미노산이 바뀌지 않으므로 돌연변이가 일어날 확률이 감소하게 된다. 메싸이오닌을 지정하는 코돈인 AUG는 개시 코돈으로도 사용된다. 따라서 단백질 합성 과정에서 최초로 리보솜에 결합하는 아미노산은 항상 메싸이오닌이다. 개시 코돈(AUG)은 번역이 시작되는 위치를 결정한다. UAA, UAG, UGA는 종결 코돈으로, 리보솜이 이곳에 도달하면 상보적으로 결합할 수 있는 tRNA가 없기 때문에 단백질 합성은 종결된다. mRNA 코돈은 지구상의 대부분의 생물체에서 공통적으로 사용된다. mRNA의 코돈에는 쉼표나 띄어쓰기가 없기 때문에 어디서부터 읽기 시작하는가에 따라 내용이 전혀 다르게 읽히게 된다. - 종결코돈(termination codon) : mRNA의 유전암호가 아미노산으로 번역되다가 종결 ∙ UAG(amber), UGA(ocher), UAA(opal) - 개시코돈(initiation codon) : mRNA의 유전암호 번역이 시작되는 지점 ∙ AUG(methionine) |
메 싸이 오닌 코돈 - me ssai onin kodon
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