mRNA는 뭔가요?

 mRNA는 DNA에 저장된 유전정보를 단백질 합성에 필요한 형태로 전달하는 역할을 합니다. 이는 중심 원리인 '중심식 원리'에 의해 이루어지며, 이 과정에는 전사(transcription)와 번역(translation)의 두 가지 주요 단계가 있습니다.

전사 과정
전사는 DNA에서 mRNA로 유전정보가 복사되는 과정입니다. 이는 세포 핵 내부에서 일어납니다. 전사 시작을 위해서는 promoter라는 특정 DNA 서열이 필요한데, 여기에 RNA 중합효소라는 효소가 결합하여 전사가 이루어집니다. 

RNA 중합효소는 DNA 이중나선을 풀고 한 가닥을 주형(template)으로 사용하여 mRNA를 합성합니다. 이때 DNA의 염기 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C)은 각각 mRNA의 우라실(U), 아데닌(A), 시토신(C), 구아닌(G)으로 대응됩니다. 

전사 과정 중에는 여러 단백질 인자들이 관여하여 전사의 개시, 연장, 종결을 조절합니다. 또한 mRNA 전구체(pre-mRNA)에서 인트론(intron) 부분을 잘라내고 엑손(exon) 부분만 연결하는 RNA 가공 과정도 수반됩니다.

가공된 성숙 mRNA는 5' 캡 구조와 3' 폴리A 테일 등의 변형을 거쳐 핵 외막을 통과하여 세포질로 나옵니다. 이때 수송체 단백질 등이 관여합니다.

번역 과정
세포질로 나온 mRNA는 리보솜에서 번역되어 단백질로 합성됩니다. 리보솜은 작은 서브유닛과 큰 서브유닛으로 구성된 복합체로, mRNA에 결합하여 폴리펩타이드(단백질 사슬)를 만듭니다. 

이 과정에는 전사 인자, tRNA(transfer RNA) 등이 관여합니다. mRNA의 코돈(3염기 서열)을 tRNA가 인식하고, tRNA에 운반된 해당 아미노산이 연결되면서 폴리펩타이드 사슬이 길어집니다. 

번역 개시, 펩타이드 연장, 번역 종료 등 번역의 각 단계에는 서로 다른 인자들이 작용합니다. 완성된 폴리펩타이드는 3차 구조를 형성하여 기능을 가진 단백질로 만들어집니다. 

mRNA 조절 기작
mRNA는 유전자 발현의 핵심 매개체이므로, 다양한 조절 기작에 의해서도 통제됩니다. 전사 수준 조절, 전사 후 조절, 번역 수준 조절 등이 그 예시입니다.

전사 수준에서는 프로모터, 인핸서, 실렌서 등의 조절 서열이나 전사 인자들에 의해 전사 개시와 효율이 조절됩니다. 전사 후 조절에서는 RNA 가공, mRNA 핵-세포질 수송, mRNA 반감기 등이 조절됩니다. 

번역 수준에서는 리보솜 결합, tRNA 수용도, 번역 후 인자 작용, mRNA 국재화, miRNA 등에 의한 단백질 생산량 조절이 일어납니다. 이처럼 mRNA 발현은 다중 수준에서 엄격히 조절됩니다.

mRNA 활용 기술
최근에는 mRNA 자체를 이용한 치료법과 백신이 연구되고 있습니다. 특정 유전자의 mRNA를 세포에 주입하면 세포가 그 단백질을 일시적으로 만들게 되어 치료 효과를 기대할 수 있습니다. 

2020년 코로나19 팬데믹 상황에서 mRNA 백신이 중요한 역할을 하였습니다. 바이러스 표면 단백질 유전자의 mRNA를 주입하여 체내에서 해당 단백질을 발현시키면 면역반응이 유도되는 원리입니다. 정확한 디자인과 전달 기술을 통해 mRNA 활용도가 높아지고 있습니다.

이처럼 mRNA는 유전 정보를 전달하고 단백질 생합성을 매개하는 핵심 분자입니다. 전사, 번역, 조절 과정을 거치며 세포의 기능과 생명 현상을 조율하는 중요한 역할을 수행합니다. 나아가 유전자 치료, 백신과 같은 첨단 기술에도 활용되고 있어 그 중요성이 점점 커지고 있습니다.