오늘은 cDNA 라이브러리(cDNA library)에 대해 살펴보겠습니다. 지난 시간에 살펴본 게놈 라이브러리(genomic library)는 한 개체의 게놈 전체를 제한효소로 잘라서 플라스미드 같은 벡터와 재조합하여 대장균 같은 숙주세포에 넣어서 많은 수의 클론을 만드는 것이었습니다. 물론 이렇게 복제한 게놈은 인간 게놈 프로젝트 같은 곳에, DNA 염기서열을 동시에 분석할 수 있도록 복사본을 제공하였습니다.

그렇다면 cDNA는 무엇일까요? 영어로는 complementary DNA입니다. 컴플리멘터리는 상호보완적이라는 의미인데, 간단히 말하면 DNA 염기 A에 상호보완적인 염기는 T, C에는 G가 보완적입니다. 결국 평소 게놈의 DNA처럼 상호보완적인 두 가닥의 DNA를 뜻합니다. 하지만 게놈과 다른 점도 있습니다.

진핵생물(eukaryote)과 원핵생물(prokaryote)

진핵생물의 대표주자는 사람이고, 원핵생물의 대표는 미생물입니다. 진핵생물은 진짜 핵(막)이 있는 생물이고, 원핵생물은 원래부터 핵이 없는 생물입니다. 자세한 설명은 생략하니 이해 바랍니다.

진핵생물

출처: 위키백과

진핵생물의 게놈은 핵 안에 있습니다. 세포 외부에서 어떤 단백질이 필요하다고 신호가 들어오면 신호전달체계에 의해 게놈에 전달됩니다. 이 신호에 따라 필요한 단백질을 암호화하고 있는 DNA(유전자)에 여러 효소가 붙어서 여러개의 mRNA 탁본을 뜹니다. 물론 DNA에서 mRNA로 가는 동안 중간에 쓸데 없는 부분은 잘라서 버리는 가공 과정이 있습니다. 쓸데 없는 인트론 부분은 버리고 엑손만 붙여서 mRNA가 됩니다. 만들어진 mRNA들은 핵 바깥으로 나가서 tRNA와 rRNA 및 여러 효소의 도움으로 해당 단백질을 합성합니다.

원핵생물

출처: 위키백과
원핵생물은 핵이 없습니다. 단백질이 필요하다는 신호가 접수되면 DNA에서 바로 mRNA를 만듭니다. 엑손이나 인트론의 구분이 없기 때문에 유전자(DNA)에서 바로 mRNA가 나오고 여기에서 바로 단백질 합성이 동시에 일어납니다. 핵이 없기 때문에 mRNA가 합성되면서 동시에 mRNA에 tRNA와 rRNA 및 여러 효소가 붙어서 즉시 단백질이 만들어지는 것입니다. 상황 변화에 더욱 빠르게 대응합니다.

cDNA 라이브러리는?

진핵생물의 게놈에 있는 염기서열(DNA sequence)에는 단백질의 암호를 저장하고 있는 엑손도 있지만, 단백질의 정보를 담고 있지 않지만 중요한 역할을 하는 인트론도 있습니다. cDNA는 인트론을 제외한 단백질을 암호화하고 있는 엑손 부분만의 DNA 이중나선 조각입니다.

또 한가지 특성은, 게놈 라이브러리는 한 개체의 게놈 전체를 포함하지만, cDNA 라이브러리는 특정한 조건에서 발현되는 유전자의 mRNA만을 뽑아서 이중나선 DNA로 만드는 것이므로 게놈 전체가 아니라 특정 조건에서 발현하는 일부분의 유전자만을 가집니다.

cDNA 라이브러리 만들기

출처: 위키백과
진핵생물의 DNA에서 mRNA로 전사(transcription)되면 엑손끼리만 붙고 인트론은 떨어져 나갑니다. 그렇다면 mRNA를 토대로 DNA를 만든다면 인트론이 없는, 엑손만을 가진 한 가닥의 DNA를 만들 수 있습니다. 예전에 바이러스에서 말씀드렸던 역전사효소(reverse transcriptase)가 mRNA에 붙어서 DNA를 합성합니다. 이렇게 만들어진 한 가닥의 DNA에 DNA 중합효소(DNA polymerase)로 상호보완적인 나머지 한 가닥을 합성해주면, cDNA가 완성됩니다.

cDNA 라이브러리의 활용

cDNA 라이브러리는 진핵생물의 유전자를 원핵생물에 넣어서 원하는 단백질을 합성하는데 사용합니다. 진핵생물의 유전자에는 엑손과 인트론이 있는데, 이것을 그대로 원핵생물에 넣어주면, 원핵생물은 엑손과 인트론을 구분하지 못합니다. 따라서 진핵생물의 유전자에서 인트론을 뺀 엑손만으로 만든 cDNA를 진핵생물에 넣어주면 그 cDNA가 암호화하고 있는 단백질을 생산하게 할 수 있습니다.

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향문사 재배학을 해설하고 있습니다. 89P에 해당되는 내용입니다.