9강 / 20강

씨앗 — miRNA 가 표적을 고르는 일곱 글자

22 염기 중 2~8 번만 쓴다 · 왜 하필 일곱인가

miRNA 가 표적을 찾는 방식은 놀랄 만큼 단순합니다. 염기쌍을 맞춰 보는 것이 전부예요. A는 U(T)와, G는 C와 짝을 이룹니다.

그런데 22 염기 전부를 맞추지 않습니다. 5' 끝에서 2번부터 8번까지, 일곱 글자만 봅니다. 이 일곱 글자를 씨앗(seed) 이라고 부릅니다.

miRNA (5'→3') AGGCAGUGUAAUUAGCUGAUUGU

번호 123456789…

표적 3'UTR (3'→5') CCGTCAC

표적 쪽 3'UTR 에서는 이것을 거꾸로 뒤집고 상보로 바꾼 서열, 즉 CACTGCC 를 찾으면 됩니다.

고등학생22 염기 중 7 개만 쓴다

miRNA 는 22 염기쯤이다. 그런데 표적을 고를 때는 2~8번 위치의 7 염기 만 결정적이다.

이 부분을 씨앗(seed)이라 한다

위치	역할
1	거의 안 씀 (A 면 조금 유리)
2~8	씨앗 — 상보 결합
9~11	대개 안 붙음
12~17	때때로 보조 결합

왜 전부를 안 쓰나

22 염기가 전부 맞아야 한다면 표적이 거의 없을 것이다. 7 염기만 맞으면 되니 수백 개 를 조절할 수 있다.

짧게 인식하는 것이 결함이 아니라 여럿을 한꺼번에 조절하기 위한 설계다

자리의 세 등급

씨앗이 맞는 방식에 따라 억제의 세기가 다릅니다. 표준적으로 셋으로 나눕니다.

이름	맞는 범위	3'UTR 에서 찾을 것	세기
8mer	miRNA 2~8 + 표적 쪽 A	`CACTGCC` 다음에 `A`	가장 강함
7mer-m8	miRNA 2~8	`CACTGCC` (뒤가 A 아님)	중간
7mer-1a	miRNA 2~7 + 표적 쪽 A	`ACTGCC` 다음에 `A`	약함

여기서 A 가 왜 끼어 있을까요? miRNA 의 1번 염기와 짝을 짓는 것이 아닙니다 (1번은 파묻혀 있으니까요). Argonaute 단백질에 A 를 알아보는 주머니가 따로 있어서, 표적 쪽에 A 가 있으면 결합이 더 단단해집니다. 그래서 8mer 는 "일곱 글자 + A" 라는 여덟 글자짜리 조건이 됩니다.

고등학생왜 하필 일곱인가

확률로 계산해 보자. 7 염기가 우연히 맞을 확률은 (1/4)⁷ = 1/16,384.

씨앗 길이	우연 확률	3'UTR 200만 염기에서 기대
6	1/4,096	약 500회
7	1/16,384	약 120회
8	1/65,536	약 30회

7 이 절묘한 지점이다

6 이면 너무 흔해서 구별이 안 된다. 9~10 이면 너무 드물어서 표적이 몇 개 안 된다.

7 이면 유전체 규모에서 수백 개 의 표적이 나온다. "여럿을 조금씩 조절" 하기에 적당한 수다.

인식 길이가 곧 표적 개수를 정한다 — 진화가 그 균형점을 골랐다

[1:8] — 파이썬은 0부터 세므로 '2~8번'은 인덱스 1부터 7까지입니다.

Python 브라우저에서 실행

# 씨앗과, 3'UTR 에서 찾아야 할 서열의 관계를 코드로 확인합니다.
COMP = {"A": "T", "C": "G", "G": "C", "U": "A", "T": "A"}

def site_word(seed7):
    "씨앗의 역상보 — 3'UTR 에서 실제로 찾을 일곱 글자"
    return "".join(COMP[c] for c in reversed(seed7))

for name, mature in [("mmu-miR-34b-5p", "AGGCAGUGUAAUUAGCUGAUUGU"),
                     ("mmu-miR-21a-5p", "UAGCUUAUCAGACUGAUGUUGA"),
                     ("mmu-let-7a-5p",  "UGAGGUAGUAGGUUGUAUAGUU")]:
    seed = mature[1:8]                      # 2번부터 8번까지 = 파이썬으로는 [1:8]
    print(f"{name}")
    print(f"   성숙 서열 : {mature}")
    print(f"   씨앗(2-8) : {' ' * 1}{seed}")
    print(f"   UTR 에서 찾을 것 : {site_word(seed)}   (8mer 이면 뒤에 A 까지)")
    print()

고등학생자리의 종류

씨앗 결합에도 세기 가 있다.

종류	구성	세기
8mer	씨앗 7개 + t1A	가장 강함
7mer-m8	씨앗 7개 (8번 포함)	중간
7mer-1a	씨앗 6개 + t1A	약함
6mer	씨앗 6개만	매우 약함

t1A 가 무엇인가

표적 쪽의 1번 위치가 A 인 것을 말한다. miRNA 와 상보 결합하는 것이 아니라, Ago 단백질의 주머니 가 A 를 좋아해서 생기는 효과다.

서열 상보성이 아니라 단백질 구조 가 만드는 규칙이다.

15강에서 이 순서를 확인한다

자리가 강할수록 표적이 더 내려가야 한다. 용량반응 관계다. 그것이 실제로 보이는지 본다.

결합 세기에 순서가 있다면 억제 정도에도 순서가 있어야 한다

🎮 씨앗 실험실

miRNA 서열을 고르고, 짝이 맞는 표적 서열이 어떻게 만들어지는지 한 글자씩 확인하세요.

고등학생왜 3'UTR 만 보나

표적 자리는 mRNA 어디에나 있을 수 있는데, 관행적으로 3'UTR(번역 종료 이후 구간)만 본다.

구간	표적 자리의 효과
5'UTR	약함
코딩 서열 (CDS)	약함 — 리보솜이 밀어냄
3'UTR	강함

리보솜이 밀어낸다

코딩 서열에는 리보솜이 계속 지나간다. miRNA 복합체가 붙어 있어도 밀려난다.

3'UTR 에는 리보솜이 안 간다. 그래서 miRNA 가 오래 머물 수 있다.

그래도 예외가 있다

CDS 표적도 작동한다는 보고가 있다. 3'UTR 만 보는 것은 대부분을 잡는 실용적 선택 이지 전부를 잡는 것은 아니다.

관행에는 이유가 있고, 그 이유가 곧 그 관행의 한계다

🤔 확인 문제

miRNA 의 1번 염기가 씨앗에 포함되지 않는 이유는?

🤔 확인 문제

8mer 자리의 마지막 A 는 무엇과 짝을 짓는가?

🤔 확인 문제

씨앗이 GGCAGUG 인 miRNA 의 표적 자리를 3'UTR 에서 찾으려면 무엇을 검색해야 하는가?

해설 두 가닥은 반대 방향으로 마주 봅니다. 그래서 순서를 뒤집고(reverse) 염기를 상보로 바꿉니다(complement). G→C, G→C, C→G, A→T, G→C, U→A, G→C 를 거꾸로 읽으면 CACTGCC 입니다.