5. 머리핀과 고리 — mRNA 가 스스로 접혀 길을 막는다 · Dr. Son's mRNA Vaccine Design, First Steps IV

DNA 는 두 가닥이 마주 붙어 있습니다. mRNA 는 한 가닥입니다. 짝이 없으니 편할 것 같지만, 실제로는 자기 자신과 짝을 짓습니다.

서열 어딘가에 GGGCC 가 있고 조금 뒤에 GGCCC 가 있으면, 그 사이가 접혀 두 토막이 마주 붙습니다. 붙지 못한 가운데 부분은 고리로 남습니다. 이 모양을 머리핀(hairpin) 이라고 합니다.

한 가닥 + 자기와 맞는 토막 = 접힘

짝이 되는 규칙

짝	세기	메모
G · C	강하다 — 수소결합 셋	GC 가 많으면 접힘이 단단해진다
A · U	약하다 — 수소결합 둘	쉽게 풀린다
G · U	가장 약하다 — 흔들림 짝	DNA 에는 없는 RNA 만의 짝

세 번째 줄이 중요합니다. RNA 는 DNA 보다 짝을 지을 방법이 하나 더 있습니다. 그래서 RNA 는 DNA 를 보고 짐작하는 것보다 더 잘 접힙니다.

예시 서열의 짝을 찾아 접어 봅니다. 글자를 바꾸면 머리핀이 생기고 사라집니다.

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왜 하필 5′ 쪽이 문제인가

리보솜은 mRNA 의 앞머리(5′ 끝) 에 붙어서 시작코돈을 찾아 훑으며 내려옵니다. 이것을 스캐닝이라고 합니다. 훑는 도중에 단단한 머리핀을 만나면 어떻게 될까요.

앞머리와 시작코돈 부근의 접힘

리보솜이 붙지도 못하고 훑지도 못합니다. 번역이 시작조차 안 됩니다. 가장 나쁜 자리입니다.

가운데 부분의 접힘

이미 올라탄 리보솜이 밀고 지나갑니다. 느려지기는 해도 멈추지는 않습니다.

그래서 구조는 얼마나 많으냐 만큼이나 어디에 있느냐 가 중요합니다. 이 생각이 15강의 접근성 으로 이어집니다 — 논문이 CRITICAL STEP 이라고 못 박은 자리입니다.

되짚어 붙는 토막을 찾는 것이 접힘 예측의 가장 단순한 형태입니다. 실제 도구는 훨씬 정교합니다.

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# 접힘을 아주 단순하게 흉내 내 본다 — 되짚어 붙는 토막 찾기.
# 이것은 RNAfold 가 아니다. 교육용 대역이다.
seq = "AUGGGCGCGCCCUUUAAAGGGCGCGCCCAUGAAACCCGGGUUUCCCGGGAAAUUU"   # 예시 서열

pair = {"A": "U", "U": "A", "G": "C", "C": "G"}

def revcomp(s):
    out = []
    for ch in reversed(s):
        out.append(pair[ch])
    return "".join(out)

print("예시 서열 (교육용, 논문의 서열이 아니다)")
print("  " + seq)
print("  길이 %d nt" % len(seq))
print()

# 길이 k 짜리 토막이, 뒤쪽 어딘가의 상보 토막과 맞는지 본다
found = []
k = 5
for i in range(len(seq) - k + 1):
    left = seq[i:i + k]
    want = revcomp(left)
    j = seq.find(want, i + k + 3)       # 고리로 쓸 자리를 최소 3 nt 둔다
    if j >= 0:
        loop = j - (i + k)
        found.append((i, j, left, want, loop))

print("찾은 머리핀 후보 (짝 길이 %d nt, 고리 3 nt 이상)" % k)
if found:
    print("  시작  끝   왼쪽줄기  오른쪽줄기  고리크기  GC짝수")
    for i, j, lt, rt, loop in found[:8]:
        gc = 0
        for ch in lt:
            if ch in "GC":
                gc += 1
        print("  %4d %4d  %-8s  %-10s  %6d   %d/%d" % (i, j, lt, rt, loop, gc, k))
else:
    print("  없음")
print()
print("줄기에 G 와 C 가 많을수록 단단하다 — 6강에서 이것을 에너지로 잰다.")

접힘의 두 얼굴

🛡️

지켜 준다

접힌 mRNA 는 분해효소가 물기 어렵습니다. 오래 버팁니다

🚧

막는다

접힌 mRNA 는 리보솜도 읽기 어렵습니다. 덜 만들어집니다

같은 성질이 한쪽에서는 이득이고 다른 쪽에서는 손해입니다. 그래서 "접힘은 좋다/나쁘다" 로 답할 수 없습니다. 얼마나, 어디에 가 답입니다. 6강에서 이 당김을 숫자 하나로 옮깁니다.

🤔 Check yourself

mRNA 가 스스로 접히는 직접적인 까닭은?

🤔 Check yourself

같은 세기의 머리핀이 가장 나쁜 자리는?

🤔 Check yourself

RNA 가 DNA 보다 더 잘 접히는 까닭 가운데 이 강에서 든 것은?