2. 5′ 캡 — 리보솜에게 건네는 첫인사 · 손박사의 mRNA백신 설계 첫걸음 VI

택배 상자에 붙은 스티커를 생각합니다. 그 스티커가 셋을 한꺼번에 합니다 — 이게 우리 회사 물건임을 알리고, 어디서 뜯을지 표시하고, 봉인해서 아무나 못 열게 합니다.

5′ 캡이 정확히 그 스티커입니다. 논문이 적은 세 가지 노릇입니다.

👁️

리보솜 인식

리보솜이 “이건 번역할 것” 이라고 알아봅니다

▶️

번역 개시

여기서 붙어 3′ 쪽으로 훑어 내려가기 시작합니다

🛡️

보호

엑소뉴클레아제가 5′ 끝부터 갉아먹는 것을 막습니다

캡을 씌우거나 벗기고, 분해 효소의 세기를 바꿔 보세요. 남는 양이 어떻게 달라지는지 보입니다.

불러오는 중…

반감기 값은 교육용 가정입니다. 가져갈 것은 숫자가 아니라 끝을 막으면 번역 기회의 총량이 커진다는 모양입니다.

Python 브라우저에서 실행

# 캡이 있는 것과 없는 것 — 남는 양을 시간에 따라 그린다.
# 분해 속도 상수는 모두 교육용 가정이다. 논문에 이 값은 없다.
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

t = np.linspace(0, 24, 200)          # 시간 (h)
k_capped   = np.log(2) / 12.0        # 가정: 반감기 12 h
k_uncapped = np.log(2) / 0.5         # 가정: 반감기 30분

y1 = np.exp(-k_capped * t)
y2 = np.exp(-k_uncapped * t)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 3.6))
ax.plot(t, y1, lw=2, label="cap + poly(A) (reference)")
ax.plot(t, y2, lw=2, label="no cap (assumed)")
ax.axhline(0.5, ls=":", lw=1)
ax.set_xlabel("time (h)")
ax.set_ylabel("fraction remaining")
ax.set_ylim(0, 1.02)
ax.legend()
plt.show()

print("두 곡선의 차이는 '얼마나 오래 번역할 수 있나' 다.")
print("반감기 12h 인 것과 0.5h 인 것은 24시간 동안 만드는 단백질 총량이 크게 다르다.")
area1 = np.sum(y1) * (t[1] - t[0])
area2 = np.sum(y2) * (t[1] - t[0])
print("곡선 아래 면적(번역 기회의 총량, 임의단위): %.2f vs %.2f" % (area1, area2))
print("비율 %.0f 배" % (area1 / area2))

캡은 설계자가 “고르는” 것인가

이 논문의 절차에서 캡은 고르는 대상이 아닙니다. 5′ UTR 과 3′ UTR 은 우리가 골라서 붙입니다. 캡은 mRNA 를 실제로 만들 때(시험관 내 전사) 붙는 것이고, 이 논문은 계산 설계에서 멈춥니다.

그래서 이 강의에서 캡은 왜 필요한지 아는 것까지가 목표입니다. 붙이는 방법은 합성 공정의 이야기이고, 이 논문의 범위가 아닙니다.

이 권에서 우리가 손으로 고르는 것
  · 5′ UTR 유전자   ← 8강
  · 3′ UTR 유전자   ← 9강
  · 뉴클레오사이드 변형 ← 16~17강
이 권에서 고르지 않는 것
  · 캡 구조, 꼬리 길이, 전달체(LNP) — 합성·전달 공정의 영역

두 끝을 막는 일은 둘이 나눠 한다

자르는 방식	어디를 자르나	막는 방법이 있나
엔도뉴클레아제	가운데를 끊는다	끝을 막아도 소용없다 — 서열과 구조로 버틴다
엑소뉴클레아제	끝에서부터 한 개씩	있다 — 5′ 은 캡, 3′ 은 poly(A) 꼬리

그래서 “안정한 mRNA” 는 한 가지 일이 아니라 두 가지 일입니다. 양끝을 막는 것은 이 강과 6강에서 하고, 가운데를 지키는 것은 16~17강의 변형이 맡습니다.

🤔 확인 문제

mRNA 를 자르는 두 갈래 효소 가운데 끝을 막아서 피할 수 있는 것은?

🤔 확인 문제

5′ 캡이 맡은 일이 아닌 것은?

🤔 확인 문제

mRNA 의 두 끝을 막는 것을 짝지으면?