7. 손으로 해 보기 — uAUG 를 찾고 코자크 맥락에 점수를 준다 · Dr. Son's mRNA Vaccine Design, First Steps VI

앞의 네 강에서 5′ UTR 을 보는 눈 네 개를 얻었습니다 — 길이 · 구조 · 상류 AUG · 코자크.

이제 후보 넷을 놓고 넷을 한꺼번에 잽니다. 손으로 합니다.

후보 하나 → 네 항목 점수 → 표 → 순위

이 강에서 쓰는 서열은 모두 예시입니다. 논문에 UTR 서열은 없습니다. 진짜 서열은 12강의 UTRdb 나 Ensembl 에서 받습니다.

예시 후보를 골라 보세요. 상류 AUG 자리와 코자크 등급이 함께 표시됩니다.

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네 항목을 한 표에 올렸습니다. 가중치를 바꾸면 순위가 바뀝니다 — 자를 먼저 밝혀야 합니다.

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# 후보 5' UTR 을 네 항목으로 재는 채점기 하나.
# 서열은 전부 '예시' 다. 가중치도 교육용이다 — 논문에 이런 점수표는 없다.
import pandas as pd

STOPS = ("UAA", "UAG", "UGA")

def count_uaug(utr):
    return sum(1 for i in range(len(utr) - 2) if utr[i:i+3] == "AUG")

def worst_uaug(utr, cds_start):
    # 종결 없이 CDS 로 이어지고 프레임이 다른 AUG 가 몇 개인가
    bad = 0
    for i in range(len(utr) - 2):
        if utr[i:i+3] != "AUG":
            continue
        j, stopped = i, False
        while j + 3 <= len(utr):
            if utr[j:j+3] in STOPS:
                stopped = True
                break
            j += 3
        if not stopped and (i % 3) != (cds_start % 3):
            bad += 1
    return bad

def gc(seq):
    return (seq.count("G") + seq.count("C")) / len(seq)

def mfe_toy(seq):
    return -0.313 * len(seq) * (0.55 + 0.9 * gc(seq))

def kozak_grade(utr, cds):
    # cds 의 앞 4 글자를 함께 보아 -3 과 +4 를 읽는다
    ctx = utr + cds
    at = len(utr)
    m3 = ctx[at-3] if at >= 3 else "N"
    p4 = ctx[at+3] if at + 3 < len(ctx) else "N"
    s = (2 if m3 in "AG" else 0) + (1 if p4 == "G" else 0)
    return s, m3, p4

CDS = "AUGGCUUCUAAGCUAGAAGCUGCUGCUAAG"     # 예시 — MEVC 의 앞부분이라 치자

CAND = [
    ("예시 A — 짧고 깨끗",  "GCCACC"),
    ("예시 B — 조금 길다",  "UUCUCGGCUCAAGCACCACGCCACC"),
    ("예시 C — AUG 가 있다", "GCAAUGCCUACGCGGCCACC"),
    ("예시 D — GC 가 높다",  "GCGCGCGCCGGCCGCGCCACC"),
]

rows = []
for name, utr in CAND:
    ks, m3, p4 = kozak_grade(utr, CDS)
    rows.append((name, len(utr), round(gc(utr) * 100, 1), round(mfe_toy(utr), 1),
                 count_uaug(utr), worst_uaug(utr, len(utr)),
                 ["약함", "약함", "중간", "강함"][ks], m3 + "/" + p4))

df = pd.DataFrame(rows, columns=["후보", "길이", "GC%", "대역 MFE", "uAUG", "프레임 위험",
                                 "코자크", "-3/+4"])
print(df.to_string(index=False))
print()
print("읽는 법")
print("  길이   짧은 쪽이 낫다 (4강)")
print("  대역 MFE  0 에 가까울수록 풀려 있다 — 다만 길이와 함께 읽어야 한다")
print("  uAUG   0 이어야 한다 (5강)")
print("  코자크  강함이어야 한다 (3강)")
print()
best = None
for name, utr in CAND:
    ks, _, _ = kozak_grade(utr, CDS)
    pen = len(utr) * 0.02 + count_uaug(utr) * 5 + worst_uaug(utr, len(utr)) * 10 - ks
    if best is None or pen < best[1]:
        best = (name, pen)
print("이 자로는 '%s' 가 1 등이다." % best[0])
print("자의 가중치를 바꾸면 순위가 바뀐다 — 그래서 '자를 먼저 밝히는' 것이 중요하다.")

왜 손으로 해 보나

8~10강에서 남이 이미 검증한 UTR 을 받아 씁니다. 그러면 이 채점기가 필요 없어 보입니다. 그런데 필요합니다.

🔍

확인

받아 온 서열이 정말 그 유전자의 것인지 봅니다 — 전사체 버전이 여럿입니다

🧩

이음매

UTR 과 CDS 를 이어 붙인 경계에서 새 AUG 가 생길 수 있습니다

🧪

변형

우리 MEVC 는 논문이 시험한 항원이 아닙니다. 이음매는 우리 것입니다

가운데 카드가 특히 중요합니다. 검증된 UTR 도, 검증된 CDS 도 각각 괜찮은데 이어 붙인 자리에서 …A + UG… 가 만나 새 AUG 가 생기는 일이 있습니다. 받아 온 조각을 믿더라도 이음매는 직접 봐야 합니다.

채점기를 쓸 때의 한 가지 규칙

점수를 합치기 전에 항목별로 본다

네 항목을 하나의 숫자로 합치면 편합니다. 그런데 합친 순간 어느 항목이 나빠서 떨어졌는지를 잃습니다.

상류 AUG 가 하나 있는 후보와, 길이가 조금 긴 후보가 같은 점수를 받을 수 있습니다. 둘은 전혀 다른 문제입니다. 앞의 것은 고칠 수 없고(그 유전자의 서열이니까), 뒤의 것은 잘라 쓸 수 있습니다.

그래서 표를 먼저 보고 점수를 나중에 봅니다.

다음 여섯 강이 하는 일

8~13강은 손을 움직이는 구간입니다. 후보를 받아 오고(8·9·12강), 짝을 고르고(10강), 조합을 세고(11강), 실제로 이어 붙입니다(13강).

그동안 이 채점기는 계속 옆에 있습니다. 받아 온 서열마다 한 번씩 돌립니다.

🤔 Check yourself

이 강의 채점기가 재는 네 항목은?

🤔 Check yourself

검증된 UTR 을 받아 쓰더라도 직접 확인해야 하는 것은?

🤔 Check yourself

“자를 먼저 밝힌다” 가 무슨 뜻인가?