4. 짧은 쪽이 대개 낫다 — 구조가 스캐닝을 막는다 · Dr. Son's mRNA Vaccine Design, First Steps VI

복도를 걸어 교실 문 앞까지 가야 합니다. 복도가 짧고 비어 있으면 금방 닿습니다. 복도가 길고 중간중간 책상이 쌓여 있으면 늦거나 못 갑니다.

리보솜이 캡에 붙어 시작코돈까지 가는 길이 그 복도입니다. 이 훑어 내려가기를 스캐닝(scanning) 이라고 합니다.

논문의 지침은 두 줄입니다.

짧은 쪽이 대개 낫다 · 구조가 많으면 번역 효율이 떨어진다

5′ UTR 길이와 구조 세기를 밀어 보세요. 시작코돈까지 도착하는 비율이 바뀝니다.

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두 가지가 각각 다르게 방해한다

길이가 길면

가야 할 거리가 늡니다. 도중에 떨어져 나갈 기회도 늡니다. 그리고 원치 않는 AUG 가 섞일 확률이 함께 늡니다 (5강)

구조가 단단하면

매듭 하나가 길이와 무관하게 길을 막습니다. 짧은 UTR 이라도 강한 머리핀이 하나 있으면 번역이 안 됩니다

그래서 “짧게” 와 “풀린 채로” 는 따로 챙겨야 하는 두 목표입니다. 짧게 만든 것만으로 안심할 수 없습니다.

이 함수는 RNAfold 가 아닙니다. 브라우저에 ViennaRNA 가 없어 만든 교육용 대역이고, 모양만 보여 줍니다.

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# 접힘 에너지의 '교육용 대역' 하나를 만든다.
# 진짜 RNAfold 가 아니다 — 브라우저에는 ViennaRNA 가 없다.
# 길이와 GC 함량만 보는 아주 거친 선형 모형이고, 논문의 두 값에 맞춰 눈금을 잡았다.
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

def mfe_toy(seq):
    gc = (seq.count("G") + seq.count("C")) / len(seq)
    return -0.313 * len(seq) * (0.55 + 0.9 * gc)

# 논문 값과 견주기 — 최적화한 MEVC 927 nt, GC 53.61%, RNAfold MFE -299.50 kcal/mol
n = 927
g = int(round(n * 0.5361))
mock = "G" * g + "A" * (n - g)
print("교육용 대역이 내놓는 값  %.1f kcal/mol" % mfe_toy(mock))
print("논문의 RNAfold 값        -299.50 kcal/mol")
print()

# 전체 CDS 3819 nt, GC 50.35%, 논문 MFE -1231.20
n2 = 3819
g2 = int(round(n2 * 0.5035))
mock2 = "G" * g2 + "A" * (n2 - g2)
print("전체 CDS — 대역 %.1f  vs  논문 -1231.20 kcal/mol" % mfe_toy(mock2))
print("몇 퍼센트 어긋난다. 눈금을 맞춘 장난감이라 그렇다.")
print()

# 길이를 늘리면 MFE 가 어떻게 되나
L = np.arange(20, 400, 10)
vals = [mfe_toy("G" * int(x * 0.5) + "A" * (x - int(x * 0.5))) for x in L]
fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 3.4))
ax.plot(L, vals, lw=2)
ax.set_xlabel("5' UTR length (nt, illustrative)")
ax.set_ylabel("toy folding energy (kcal/mol)")
plt.show()
print("길이가 늘면 값이 계속 내려간다 — MFE 는 길이에 따라 커진다(IV 권의 교훈).")
print("그래서 서로 다른 길이의 MFE 를 그대로 견주면 안 된다.")

MFE 를 길이와 함께 읽어야 하는 까닭

IV 권에서 본 두 값입니다.

무엇	길이	RNAfold MFE	nt 당
최적화한 전체 CDS	3819 nt	−1231.20 kcal/mol	약 −0.32
최적화한 MEVC	927 nt	−299.50 kcal/mol	약 −0.32

둘의 nt 당 값이 거의 같습니다. MFE 는 길이에 따라 커집니다. UTR 을 붙이면 전체 길이가 늘어나므로 MFE 는 반드시 더 낮아집니다. 그 숫자가 낮아졌다고 “더 안정해졌다” 고 말하려면 길이를 맞춰서 봐야 합니다.

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5′ UTR 이 길고 구조가 많으면 어떻게 되나?

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UTR 을 붙인 뒤 MFE 가 더 낮아졌다. 어떻게 읽어야 하나?

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짧은 5′ UTR 이면 구조 걱정을 안 해도 되나?