3. 5′ UTR 과 코자크 서열 — 리보솜을 옳은 자리에 세운다 · Dr. Son's mRNA Vaccine Design, First Steps VI

책을 펴고 “여기서부터 읽으세요” 를 표시하는 방법이 두 가지 있습니다. 하나는 첫 글자에 점을 찍는 것. 다른 하나는 그 줄 앞뒤를 굵게 칠하는 것.

리보솜에게는 둘 다 필요합니다. 점이 시작코돈 AUG 고, 굵게 칠한 자리가 코자크(Kozak) 서열입니다.

코자크 서열 = 시작코돈을 둘러싼 보존 모티프

논문의 서술은 짧고 분명합니다 — 5′ UTR 은 리보솜을 모집하고 결합하며, 그 안에 코자크 서열이 박혀 있어 리보솜을 옳은 개시 자리로 이끈다.

왜 “옳은 자리” 라는 말이 필요한가

AUG 는 세 글자입니다. 무작위 서열에서도 64 번에 한 번쯤 나옵니다. 500 글자짜리 5′ UTR 이면 AUG 가 여럿 들어 있을 수 있습니다.

리보솜은 어느 AUG 가 진짜인지 모릅니다. 앞뒤 맥락을 보고 판단합니다. 맥락이 좋은 AUG 에서 대개 멈추고, 나쁜 맥락은 그냥 지나칩니다. 이 “지나침” 을 누출 스캐닝(leaky scanning) 이라고 부릅니다.

−3 과 +4 자리를 눌러 바꿔 보세요. 같은 AUG 인데 개시 등급이 달라집니다.

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가중치는 교육용입니다. 가져갈 것은 −3 과 +4 를 본다는 규칙입니다.

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# 코자크 맥락에 점수를 매기는 아주 단순한 자 하나.
# 가중치는 교육용이다 — 논문에 코자크 점수표는 없다.
def kozak_score(ctx, atg_at):
    # ctx: 서열 문자열 (예시), atg_at: AUG 의 A 위치 (0부터)
    pos_m3 = atg_at - 3
    pos_p4 = atg_at + 3
    s = 0
    detail = []
    if pos_m3 >= 0 and ctx[pos_m3] in "AG":
        s += 2
        detail.append("-3 이 퓨린(%s) : +2" % ctx[pos_m3])
    else:
        detail.append("-3 이 퓨린이 아니다 : +0")
    if pos_p4 < len(ctx) and ctx[pos_p4] == "G":
        s += 1
        detail.append("+4 가 G : +1")
    else:
        detail.append("+4 가 G 가 아니다 : +0")
    return s, detail

def grade(s):
    return ["약함", "약함", "중간", "강함"][s]

# 모두 '예시' 서열이다. 논문에 UTR 서열은 없다.
CASES = [
    ("GCCACCAUGG", 6, "교과서적 강한 맥락 (예시)"),
    ("UUUUUCAUGA", 6, "-3 도 +4 도 나쁘다 (예시)"),
    ("GCCUCCAUGA", 6, "-3 만 좋다 (예시)"),
    ("UUCUUCAUGG", 6, "+4 만 좋다 (예시)"),
]
for seq, at, memo in CASES:
    s, d = kozak_score(seq, at)
    print("%-12s AUG at %d  점수 %d  등급 %s   %s" % (seq, at, s, grade(s), memo))
    for line in d:
        print("     " + line)
    print()
print("자를 바꾸면 등급이 바뀐다. 그래서 '점수' 가 아니라 '어느 자리를 보았나' 를 기억할 것.")

이 강에서 정하는 것

결정은 “시작코돈 앞뒤를 어떻게 둘 것인가” 입니다. 다르게 정하면 무엇이 뒤집히나 —

−3 · +4 맥락	리보솜이 하는 일	결과
강함 (−3 퓨린 · +4 G)	여기서 멈춰 번역을 시작한다	항원이 제대로 만들어진다
중간	일부는 멈추고 일부는 지나친다	발현량이 준다
약함	대개 지나친다	뒤의 다른 AUG 에서 시작 — 엉뚱한 단백질

맨 아래 줄이 5강의 주제입니다. 리보솜이 우리 시작코돈을 지나치면 그 다음 AUG 에서 시작하고, 그 AUG 가 프레임이 다르면 전혀 다른 아미노산 사슬이 나옵니다.

누출 스캐닝을 그림으로

강한 맥락

리보솜이 대부분 여기서 멈춥니다. 뒤에 있는 AUG 들은 거의 쓰이지 않습니다

약한 맥락

상당수가 지나칩니다. 지나친 리보솜은 다음 AUG 를 찾습니다 — 그 AUG 가 어디 있고 프레임이 어떤지는 아무도 설계하지 않았습니다

오른쪽 상자의 마지막 줄이 무섭습니다. 약한 코자크는 “발현이 좀 줄어든다” 로 끝나지 않습니다. 설계하지 않은 단백질이 만들어질 문을 엽니다.

🤔 Check yourself

코자크 서열이 하는 일을 옳게 말한 것은?

🤔 Check yourself

코자크 맥락이 약하면 어떤 일이 일어나기 쉬운가?

🤔 Check yourself

무작위 서열에서 AUG 가 대략 얼마나 자주 나오나?