RNA기반진화

RNA-based evolution

RNA 기반 진화는 RNA가 단순히 DNA 분자와 단백질의 왓슨과 크릭 모델 사이의 중간체일 뿐만 아니라 표현형을 결정하는데 있어서 훨씬 더 역동적이고 독립적인 역할 플레이어라고 가정하는 이론이다.RNA 처리 이벤트는 DNA 배열에서의 전사, RNA의 안정성 및 메신저 RNA의 번역 능력을 조절함으로써 단일 유전자로부터 다양한 단백질 배열을 합성할 수 있다.RNA 처리는 유전성이기 때문에 다윈이 제안한 자연선택의 대상이며 대부분의 진핵생물들의 진화와 다양성에 기여한다.

기존 진화에서 RNA의 역할

분자생물학의 중심 교의에 따라 RNA는 게놈의 DNA와 [1]유기체 내에서 발현되는 단백질 사이에 정보를 전달한다.따라서 진화적 관점에서 볼 때, DNA 염기 내의 돌연변이는 RNA 전사체의 변화를 초래하고, 이는 표현형의 직접적인 차이로 이어진다.RNA는 또한 지구상 최초의 생명체의 유전 물질이었다고 믿어진다.생명체의 기원에서 RNA의 역할은 40억 [2][3]년 전에 존재했을 가능성이 있는 기본적인 화학적 구성 요소(아미노산, 당, 그리고 수산기산)로부터 RNA를 쉽게 형성할 수 있다는 것에 의해 가장 잘 뒷받침된다.RNA의 분자는 또한 효과적으로 자가 복제하고, 기본 반응을 촉매하며, 유전적인 [4][5]정보를 저장하는 것으로 나타났다.생명이 발전하고 진화함에 따라 RNA보다 화학적으로 훨씬 안정적인 DNA만이 큰 게놈을 지원할 수 있게 되었고 [6]결국 유전 정보의 주요 운반체 역할을 맡게 되었다.

RNA 처리의 가변성

지난 10년 동안의 연구는 RNA 가닥이 단순히 DNA의 영역에서 전사되어 단백질로 변환되는 것이 아니라는 것을 보여주었다.오히려 RNA는 DNA로부터의 이전의 독립성을 유지했고, 게놈 [7]DNA에 의해 제한되는 단백질 발현을 바꾸는 처리 사건의 네트워크의 대상이다.RNA의 처리는 DNA 배열의 전사, RNA의 안정성, 메신저 RNA의 번역을 관리함으로써 단백질 발현에 영향을 미친다.

대체 스플라이싱

스플라이싱은 RNA의 비부호화 영역이 제거되는 과정입니다.스플라이싱 이벤트의 수와 조합은 전사 시퀀스 및 환경 요인의 차이에 따라 크게 달라집니다.대체 스플라이싱에 의한 표현형의 변화는 D. melanogaster의 성별 결정에서 가장 잘 나타난다.수컷 파리의 성 결정 요인인 Tra 유전자는 스플라이싱 이벤트가 RNA 분자의 길이를 조절하는 정지 코돈을 제거하지 못함에 따라 잘립니다.다른 경우에는 정지 신호가 최종 RNA 분자 내에 유지되고 기능성 Tra 단백질이 생성되어 암컷 표현형이 [8]된다.따라서, 대체 RNA 스플라이싱 이벤트는 코드화 DNA 배열의 동일성에 관계없이 차등 표현형을 허용합니다.

RNA 안정성

표현형은 또한 RNA 분자의 수에 의해 결정될 수 있는데, 더 많은 RNA 전사가 단백질의 더 큰 발현으로 이어지기 때문이다.분해를 방지하기 위해 RNA 분자의 끝에 반복 핵산의 짧은 꼬리가 첨가되어 [9]단백질로 변환될 수 있는 RNA 가닥의 수를 효과적으로 증가시킨다.포유류의 간 재생 동안 성장 인자의 RNA 분자는 신호 [10]꼬리의 추가에 의해 증가한다.더 많은 녹취록이 존재할수록 성장 인자는 더 높은 속도로 생성되어 기관의 재건 과정을 돕는다.

RNA 사일링

RNA의 사일런싱은 일련의 효소 반응에 의해 이중 가닥 RNA 분자가 처리되어 상보적인 [11][12]RNA 서열을 분해하는 RNA 조각이 생성될 때 발생합니다.전사물을 분해함으로써 보다 적은 양의 단백질 생성물을 번역하고, 또 다른 RNA 처리 이벤트에 의해 표현형을 변화시킨다.

진화 메커니즘

대부분의 RNA 처리 이벤트는 서로 협력하여 작동하며 [7]게놈에 의해 엄격하게 지시된 것보다 더 다양한 단백질이 발현될 수 있도록 하는 조절 과정의 네트워크를 생성합니다.이러한 RNA 처리 이벤트는 또한 [7][13]게놈에 역전사를 통해 세대에서 세대로 전달될 수 있습니다.시간이 지남에 따라, 가장 적합한 표현형을 생산하는 RNA 네트워크는 진화에 기여하면서 집단에서 더 잘 유지될 것입니다.연구에 따르면 RNA 처리 사건은 척추동물의 빠른 표현형 진화에 특히 중요했다. 즉, RNA 처리 [14]사건의 변화에 의해 설명되는 표현형의 큰 증가이다.인간 게놈 검색은 또한 RNA 처리 사건을 밝혀냈으며, 이는 "더 많은 가변성을 위한 배열 공간"[15]을 의미했다.전반적으로, RNA 처리는 주어진 유전자형의 가능한 표현형을 확장하고 생명의 진화와 다양성에 기여합니다.

RNA바이러스진화

RNA 바이러스의 진화는 바이러스 게놈 [16]복제 중 교정 메커니즘의 부족으로 인한 높은 돌연변이율에 의해 촉진되는 것으로 보인다.돌연변이 외에도 RNA 바이러스 진화는 유전자 [16]재조합에 의해 촉진된다.유전자 재조합은 적어도 두 개의 RNA 바이러스 게놈이 같은 숙주 세포에 존재할 때 발생할 수 있으며 수많은 RNA [17]바이러스에서 연구되어 왔다.RNA 재조합은 Picornaviridae (+) ssRNA (예: 폴리오바이러스)[18] 사이의 바이러스 진화의 주요 원동력으로 보인다.Retroviridae((+)ssRNA)(예를 들어 HIV)에서 RNA 게놈의 [19][20][21]손상은 유전자 재조합의 한 형태인 가닥 전환에 의한 역전사 동안 회피되는 것으로 보인다.재조합은 코로나바이러스과(+) ssRNA(SARS)[22]에서도 일어난다.RNA 바이러스의 재조합은 게놈 [17]손상에 대처하기 위한 적응으로 보인다.재조합은 같은 종이지만 혈통이 다른 동물 바이러스들 사이에서 드물게 발생할 수 있다.그 결과 발생하는 재조합 바이러스는 때때로 사람에게 [22]감염의 발생을 일으킬 수 있다.

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레퍼런스

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