유전자 발현의 정의 및 개념

유전자 발현 (gene expression) 의 정의

유전자의 발현 (gene expression) 은 DNA에서 mRNA로 전사 (transcription) 가 일어난 후에 mRNA에서 단백질로 번역 (translation) 순서로 일어나게 된다. 유전자가 기능을 하기 위해서는 최종적으로 단백질이라는 최종 산물을 생성해 내야 한다. 우리는 이 일련의 과정을 유전자의 발현이라고 말한다.

유전자의 발현을 확인하는 실험은 여러가지가 있지만 대표적인 실험 방법들만 알아보도록 하겠다

전사 수준에서의 유전자의 발현을 확인하는 실험은 다음과 같다.

• Reverse transcription quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) : mRNA의 발현 정도를 비교하여 전사 정도를 확인.
• Reporter assay (luciferase assay) : Promoter activity를 측정하여 전사 정도를 확인
• Chromatin immunoprecipitation (ChIP) assay : 해당 유전자의 promoter 부위의 histone marker나 polymerase의 recruitment정도를 확인

번역 수준에서의 유전자의 발현을 확인하는 실험은 다음과 같다.

• Western blot (WB) : 단백질 발현양을 측정하여 유전자의 발현 수준을 확인 및 비교
• Immunohistocytochemistry : 해당 단백질에 형광 단백질을 fusion 하거나 형광 물질이 달린 항체를 이용하여 발현을 확인

보통 유전자의 발현이라고 하는 것은 단백질 까지의 합성을 뜻하는 경우가 많다. 하지만 그 발현과 단백질의 기능 수행은 또 다른 이야기이다.

유전자의 발현을 확인 하기 위해서는 전사와 번역 수준에서 모두 확인하는 것이 좋다. 왜냐하면 mRNA의 높은 발현률이 반드시 높은 수준의 단백질 발현을 보장하는 것은 아니며 설사 높은 수준으로 단백질이 발현된다 하더라도 반드시 100% 기능을 하는 것은 아니기 때문이다.

예를 들어보자. mRNA가 높게 발현되어 단백질 A로의 번역 (translation)이 많이 이뤄졌다고 가정하자. 하지만 단백질 A의 분해에 관여하는 단백질이 함께 많이 발현되었다면 단백질 A는 기능을 수행하기 전에 detradation 되어 버릴 것이다. 실제로 p53 같은 경우는 MDM2와의 feedback loop가 존재하여 p53이 과량으로 증가하면 MDM2의 발현이 증가하여 p53를 degradation 시키는 기작이 존재한다.

이외에도 단백질이 충분히 발현되었다고 하더라도 기능을 가지기 위한 특정 수식화가 이루어지지 않으면 기능을 하지 못하는 경우는 많다. 대표적인 예가 kinase cascade이다. 여러 인산화 효소들은 (kinase) 인산화가 되어야 그 기능을 수행할 수 있는 경우가 많다. 이렇든 높은 수준으로 단백질이 존재하더라도 그 기능을 수행하는 것과는 다른 경우가 종종 있다.