잘못된 mRNA를 세포가 찾아내는 NMD 과정

우리 세포는 단백질을 만들기 전에 mRNA의 모든 글자를 일일이 검사하지 않습니다. 대신 리보솜이 실제로 mRNA를 번역하다가 이상한 곳에서 너무 일찍 멈추면 그때 문제를 감지합니다.

이렇게 잘못된 mRNA를 찾아 제거하는 대표적인 시스템이 NMD입니다.

NMD란 무엇일까?

NMD는 Nonsense-Mediated mRNA Decay의 약자로, 우리말로는 ‘넌센스 매개 mRNA 분해’라고 합니다.

주요 역할은 정상적인 위치보다 앞에 나타난 조기 종결 코돈, 즉 PTC가 포함된 mRNA를 찾아내 분해하는 것입니다.

책을 읽는데 문장 한가운데 갑자기 마침표가 찍혀 있는 것과 비슷합니다.

잘못된 종결 코돈은 어떻게 생길까?

DNA 돌연변이 때문에 원래 아미노산을 지정해야 할 위치가 종결 코돈으로 변할 수 있습니다.

RNA 스플라이싱 과정에서 오류가 발생하거나 선택적 스플라이싱의 결과로 조기 종결 코돈이 만들어지는 경우도 있습니다.

이런 mRNA가 그대로 번역되면 정상보다 짧은 단백질이 만들어질 수 있습니다.

세포는 어떻게 너무 일찍 멈췄다는 것을 알까?

사람을 포함한 포유류에서는 스플라이싱이 끝난 뒤 엑손과 엑손이 연결된 부근에 EJC라는 단백질 복합체가 남습니다.

정상적인 번역에서는 리보솜이 mRNA를 따라가며 이런 EJC를 제거합니다.

그런데 리보솜이 너무 일찍 종결 코돈을 만나 멈추면 뒤쪽에 EJC가 남을 수 있습니다. 특히 종결 코돈보다 약 50~55개의 염기 이상 뒤에 엑손 연결 부위가 존재하는 경우 NMD가 일어나기 쉬운 것으로 알려져 있습니다.

UPF1이 mRNA 폐기 신호를 만든다

NMD 과정의 핵심 단백질 가운데 하나가 UPF1입니다.

비정상적인 번역 종료가 감지되면 UPF1과 UPF2, UPF3 및 SMG 계열 단백질이 작동합니다. UPF1이 활성화되면 여러 mRNA 분해 인자가 동원됩니다.

이후 mRNA는 잘리거나, 양쪽 끝의 보호 구조가 제거된 뒤 분해될 수 있습니다.

세포 입장에서 불량 설계도를 발견하고 생산라인에 들어가기 전에 폐기하는 것과 비슷합니다.

NMD는 잘못된 mRNA만 제거할까?

흥미롭게도 그렇지는 않습니다.

NMD는 비정상적인 mRNA를 제거하는 품질관리 시스템이면서 동시에 정상적인 유전자 발현량을 조절하는 기능도 가지고 있습니다. 일부 정상 mRNA도 구조와 번역 조건에 따라 NMD의 대상이 될 수 있습니다.

따라서 NMD를 단순한 ‘오류 삭제 기능’으로만 생각하면 부족합니다.

세포는 리보솜의 번역 과정 자체를 이용해 mRNA가 정상적인지 확인하고, 문제가 있다고 판단하면 UPF1을 중심으로 한 시스템을 가동해 해당 mRNA를 제거합니다.

DNA의 정보를 RNA로 옮기는 것만큼이나, 잘못 옮겨진 정보를 지우는 과정도 생명체에는 중요한 셈입니다.