In-vitro transcription(IVT)라고도 알려진 mRNA 합성은 특정 유전자의 mRNA를 합성하거나 연구 목적으로 RNA 분자를 만들기 위해 사용됩니다. IVT는 RNA polymerase와 전사에 필요한 다양한 요소들을 결합시켜 유전자의 RNA를 생산하는 과정으로 진행됩니다.
1. Cap:
- Cap은 진핵생물의 mRNA의 5' 말단에 위치한 특이한 nucleotide로 이루어져 있습니다.
- Cap은 mRNA의 보호, translation 효율 증가, 면역반응 조절 등을 위해 필수적인 요소입니다.
- Cap-0: mRNA 5’말단에 7-메틸구아니노(m7G)라는 특이한 nucleotide로 이루어져 있습니다.
- Cap-1: Cap-0에 추가적으로 첫 번째 nucleotide의 2’-OH기를 methyl기로 치환한 구조를 의미합니다.
2. 5' & 3’ Untranslated Region (UTR):
- UTR은 mRNA의 번역되지 않는 영역을 의미합니다. UTR은 mRNA의 5' 말단(5' UTR)과 3' 말단(3' UTR)에 위치하며, mRNA의 번역 효율, 안정성, 국소화 등을 조절하는 중요한 역할을 합니다.
- 5' UTR: mRNA 분자의 5' 말단에 위치하며, 코딩 영역(CDS) 앞에 위치합니다. 5' UTR은 다음과 같은 기능을 수행합니다:
- 번역 개시: 번역 개시 복합체(eIF4F)가 결합하여 번역을 시작하는 위치를 결정합니다.
- 번역 효율 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 번역 효율을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.
- mRNA 안정성 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 mRNA의 안정성을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.
- 3' UTR: mRNA 분자의 3' 말단에 위치하며, 코딩 영역(CDS) 뒤에 위치합니다. 3' UTR은 다음과 같은 기능을 수행합니다:
- mRNA 안정성 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 mRNA의 안정성을 증가시키거나 감소시킬 수 있습니다.
- mRNA 국소화 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 mRNA가 세포 내 특정 위치로 이동하도록 조절할 수 있습니다.
- 번역 후 조절: UTR 내에 존재하는 특정 구조 요소는 단백질 번역 후 mRNA의 분해, 개질, 운송 등을 조절할 수 있습니다.
3. Coding Region Sequence (CDS):
- CDS는 유전 정보를 담고 있는 핵심적인 부분이며 단백질 발현의 기본 단위입니다.
- mRNA는 4가지 염기(A, U, C, G)로 구성되어 있으며, 3개의 염기 서열(codon)은 특정 아미노산을 코딩합니다. 시작 codon(ATG)으로 시작하고 종결 codon(TAA, TAG, TGA)으로 끝나는 연속적인 codon 서열로 이루어져 있습니다.
- CDS는 원하는 단백질 서열을 바탕으로 DNA 서열을 설계할 수 있으며 유전자 합성 기술을 통해 원하는 DNA 서열을 합성할 수 있습니다.
4. Poly(A) tail:
- Poly(A) tail은 아데닌(A) nucleotide가 연속적으로 연결된 꼬리를 의미합니다. mRNA의 3' 말단에 위치하며, 약 50~250개의 아데닌(A) nucleotide로 구성됩니다.
- Poly(A) tail은 nuclease(RNA 분해 효소)로부터 mRNA를 보호하여 mRNA의 분해를 방지하고 안정성을 높입니다.
