Lesson 8 of 20

DNA 와 RNA — 산소 하나가 갈랐다

2′-OH 와 DV200 > 30%

DNA 와 RNA 의 화학적 차이는 딱 둘입니다.

당의 2′ 자리

DNA 는 −H (디옥시 = 산소가 빠졌다는 뜻).
RNA 는 −OH.

염기 하나

DNA 는 T(티민), RNA 는 U(우라실).
T = U + 메틸기 하나.

이 중 2′-OH 가 훨씬 중요합니다. RNA 의 운명을 정하거든요.

High school산소 하나가 갈랐습니다

DNA 와 RNA 의 차이는 딱 하나입니다.

2번 탄소에 −OH 가 있느냐 없느냐

	2′ 위치	이름
RNA	−OH 있다	리보스
DNA	−H (수소만)	디옥시리보스 (산소가 빠진)

'디옥시'(deoxy) 가 "산소가 없는" 이라는 뜻입니다. 이름에 이미 답이 들어 있어요.

원자 하나 차이인데 결과가 엄청납니다

	DNA	RNA
안정성	아주 안정	잘 부서진다
역할	정보 보관	정보 전달 · 일하기
수명	수천 년 (화석에서도 나온다)	몇 분~몇 시간

원자 하나가 보관용과 소모품을 갈랐다

왜 −OH 가 있으면 잘 부서지나

그 −OH 가 바로 옆의 인산 결합을 공격할 수 있기 때문입니다. 자기 자신을 끊는 셈이에요.

DNA 에는 그 −OH 가 없으니 공격할 것이 없습니다. 그래서 안정해요.

RNA 는 스스로 부서지는 구조를 갖고 있다

그리고 그게 합리적입니다

전령 RNA 는 일이 끝나면 사라져야 합니다. 계속 남아 있으면 단백질이 끝없이 만들어지겠죠.

정보 보관은 안정한 DNA, 그때그때 전달은 사라지는 RNA — 역할에 맞는 화학입니다.

2′-OH 가 제 등뼈를 공격한다

2′-OH 는 바로 옆의 인산에 손이 닿습니다. 염기성 조건에서 이 −OH 가 H⁺ 를 잃으면 −O⁻ 가 되고, 이것이 인산을 공격해 등뼈를 끊어 버립니다.

DNA 에는 그 자리에 −H 밖에 없어 공격할 손이 없습니다. 그래서 DNA 는 수천 년 남고 RNA 는 몇 분 만에 부서집니다.

High school실험이 까다로운 이유가 전부 여기 있습니다

RNA 실험이 어렵다는 말을 들어 봤을 겁니다. 이유가 화학에 있어요.

RNA 를 망가뜨리는 것 셋

원인	왜	대책
염기성 pH	−OH 의 공격이 빨라진다	중성~약산성으로
높은 온도	반응이 빨라진다	얼음 위에서 작업
RNase (효소)	어디에나 있다. 손에도	장갑 · 전용 기구

세 번째가 가장 무섭다 — RNase 는 어디에나 있다

RNase 가 특별한 이유

보통 효소는 열에 약합니다. 끓이면 죽죠(11강). 그런데 RNase 는 —

끓여도 잘 안 죽는다
식으면 다시 접혀 살아난다
사람 손·침·먼지에 잔뜩 있다

아주 튼튼한 효소 — 그래서 막기가 어렵다

왜 이렇게 튼튼할까요? 몸을 지키라고 만들어진 거니까요. 외부에서 들어온 RNA(바이러스 같은)를 부수는 게 임무예요.

그래서 실험실 규칙이 생깁니다

RNA 용 기구를 따로 둔다
장갑을 끼고 자주 바꾼다
말할 때 튀는 침도 조심한다
모든 작업을 얼음 위에서

규칙이 까다로운 것은 이유가 있어서다

화학을 알면 규칙이 외울 것이 아니라 이해할 것이 됩니다. 1강에서 말한 그 이야기예요.

High schoolDV200 > 30% 가 무슨 뜻인가

논문이 Xenium 공간전사체 전에 DV200 > 30% 를 요구했습니다. 무슨 뜻일까요?

DV200 = 길이가 200 뉴클레오타이드 넘는 RNA 의 비율

왜 200 인가

실험에 쓰려면 RNA 가 어느 정도 길어야 합니다. 너무 잘게 부서지면 —

탐침(probe)이 붙을 자리가 없다
어느 유전자인지 알아볼 수 없다
정량이 부정확해진다

200 은 쓸 만한 최소 길이의 어림

30% 라는 문턱

"전체 RNA 의 30% 이상이 200nt 를 넘어야 한다" 는 뜻입니다.

바꿔 말하면 70% 는 부서져 있어도 괜찮다는 거예요. 꽤 관대한 기준입니다 — 그만큼 RNA 가 잘 부서진다는 뜻이죠.

비유 — 찢어진 책으로 도서관 만들기

책이 잔뜩 있는데 페이지가 찢어져 있습니다.

한 장씩 남아 있으면 → 무슨 책인지 알 수 있다 ✔
한 줄씩 조각나 있으면 → 알 수 없다 ✘

DV200 은 "한 장 이상 남은 책이 몇 %인가" 를 재는 셈입니다.

품질 기준은 실험이 통하는 최소선이다

그리고 이게 왜 논문에 적혀 있나

재현을 위해서입니다. 품질이 나쁜 시료로 하면 결과가 다르게 나오니까요.

이런 품질 관문이 논문 방법 문단 곳곳에 있습니다. 숫자만 보면 주문 같지만, 전부 이런 이유가 있어요.

논문에서 이 화학이 숫자로 나오는 곳 — DV200

RNA integrity through DV200 assessment
(threshold 30% > the percentage of RNA fragments over 200 nucleotides in length)

DV200 은 "200 뉴클레오타이드보다 긴 조각이 몇 %인가" 입니다. RNA 가 많이 부서졌으면 짧은 조각뿐이라 이 값이 떨어져요.

논문은 Xenium 을 돌리기 전에 30% 문턱을 걸었습니다. FFPE 조직은 포르말린 고정과 보관 중에 RNA 가 잘게 끊기기 때문입니다.

끊기는 횟수가 늘수록 DV200 이 떨어집니다. 문턱 30%가 어디쯤인지 감이 옵니다.

Python Runs in your browser

# 무작위로 끊기면 조각 길이 분포가 어떻게 되나 — DV200 을 흉내낸다
import numpy as np
rng = np.random.default_rng(20250225)

원본길이 = 2000          # nt
분자수  = 20000

for 끊긴횟수 in [1, 5, 20, 60]:
    조각 = []
    for _ in range(400):
        자른자리 = np.sort(rng.integers(1, 원본길이, 끊긴횟수))
        경계 = np.concatenate(([0], 자른자리, [원본길이]))
        조각.extend(np.diff(경계))
    조각 = np.array(조각)
    질량 = 조각.sum()
    dv200 = 조각[조각 > 200].sum() / 질량 * 100
    판정 = "통과" if dv200 > 30 else "탈락"
    print(f"분자당 {끊긴횟수:>2}번 끊김 → DV200 = {dv200:5.1f}%   {판정}")
print()
print("논문의 문턱은 30%. 무게 기준이라 긴 조각 하나가 짧은 것 여럿보다 무겁게 센다.")

High school끊기는 횟수와 DV200

코드가 끊기는 횟수가 늘수록 DV200 이 떨어지는 것을 보여 줍니다. 직관적이지만 속도가 놀라워요.

한 번 끊길 때마다

긴 RNA 하나가 둘이 됩니다. 그리고 그 둘이 또 끊기면 넷이 되죠.

끊김은 기하급수적으로 조각을 늘린다

끊긴 횟수	조각 수	평균 길이 (2000nt 기준)
0	1	2,000
3	4	500
9	10	200 ← 문턱
19	20	100

즉 열 번만 끊겨도 문턱에 걸립니다

RNA 분자 하나에 수천 개의 결합이 있는데 열 군데만 끊기면 못 쓰게 되는 거예요.

아주 작은 손상이 실험을 못 쓰게 만든다

비유 — 실을 자르기

긴 실을 열 번 자르면 짧은 실 열한 가닥이 됩니다. 전체 길이는 그대로인데 쓸모는 사라졌죠.

바느질에 쓰려면 충분히 길어야 하니까요.

양이 아니라 연결이 중요할 때가 있다

그래서 조직 처리가 중요합니다

환자에게서 조직을 떼어 낸 그 순간부터 RNA 가 부서지기 시작합니다. 얼마나 빨리 얼리느냐가 DV200 을 정해요.

논문의 시료 처리 문단이 분 단위로 적혀 있는 이유입니다. "조직 채취 후 30분 이내" 같은 말이요.

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RNA 가 DNA 보다 훨씬 잘 부서지는 이유는?

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논문이 Xenium 전에 DV200 > 30% 를 요구한 까닭은?