생명의 기원과 RNA의 세계

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현존하는 지구상 생물의 게놈 정보 대부분은 DNA에 저장되고 유전자의 정보는 기능성 분자인 단백질에 의해 이루어진다. RNA는 센트럴 도그마(Central dogma)가 나타내는 것처럼 단순히 DNA와 단백질 사이의 메신저일 뿐일까?. 실은 생명의 기원까지 내려가면 DNA도 단백질도 존재하지 않는 RNA의 세계(RNA world)가 있고 RNA가 게놈의 역할과 기능성 분자의 역할을 모두 겸비하고 있었다는 견해가 유력해진다.

RNA가 게놈의 역할을 할 수 있는 것은 지금도 RNA 게놈을 가진 생물이 존재하는 것에서 알 수 있다. RNA가 기능적인 역할을 하는 것에 대해서는 전이 RNA나 리보솜 RNA 등 옛날부터 알려져 있었는데, 1981년에 Thomas R. Cech 등은 당시 단백질밖에 할 수 없다고 생각되었던 효소작용을 가진 RNA가 있다는 것을 발견했고 'ribozyme'이라고 명명했다. 또한 자연계에 존재하는 RNA뿐만 아니라 실험실 내에서 자연도태에 상당하는 분자진화를 일으켜 새로운 기능을 가진 RNA를 설계함으로써 RNA는 폭넓은 기능을 가질 수 있는 분자인 것이 분명해져 가고 있다.
　
생명은 자기복제계로서 RNA로부터 시작되었다면 RNA의 세계에서 센트럴 도그마는 그림과 같이 진화를 해온 것이다. RNA 게놈으로부터 유전자 부분을 잘라내어 기능성 RNA 분자를 만들어내기 위한 처리, 그 흔적이 RNA splicing이나 RNA 에디팅으로서 지금도 남아 있는 것은 아닐까. 생명의 기원과 진화의 수수께끼를 푸는 단서는 RNA에 있다고 해도 과언이 아니다. 그런데 유전자라고 하면 단백질을 떠올리는 경우가 많은데 전이 RNA의 유전자, 리보솜 RNA의 유전자 등도 있어, 게놈 중에서 기능성 분자의 만드는 방법을 규정하고 있는 부분, 즉 전사되는 부분이 유전자라고 정의하는 것이 좋을 것 같다. 그러면 번역도 포함한 전사 후처리에 의해 만들어지는 기능성 분자는 단백질이어도 RNA여도 된다. RNA splicing은 생물종에 따라 몇 가지 유형이 있으며, 또한 RNA에서 단백질로 번역할 때의 유전암호도 당초 생각했던 것처럼 유니버설이 아니고, 미토콘드리아나 엽록체의 일부에서 다양성이 있다. 이것들은 센트럴 도그마 자체가 개별 생물종과 함께 진화해 왔음을 시사하는 것으로 보인다.

RNA는 아데닌(A), 우라실(U), 구아닌(G), 시토신(C) 4종류의 뉴클레오티드가 1차원적으로 나란히 만들어진 사슬모양의 생체 고분자이다. RNA를 구성하는 뉴클레오티드(리보뉴클레오티드)는 DNA를 구성하는 뉴클레오티드(데옥시리보뉴클레오티드)와 당이 리보스인지 데옥시리보스인지 약간의 차이만 있고 화학적으로 유사한 분자이다. ATP, cyclic AMP, NAD, 보효소 A와 같이 생체 내에서 중요한 역할을 하는 뉴클레오티드가 데옥시리보뉴클레오티드가 아닌 리보뉴클레오티드인 것도 RNA의 세계의 흔적으로 여겨지고 있다. RNA의 1차 구조에 대해서는 DNA보다 훨씬 빨리 Robert W. Holley가 1965년에 알라닌의 전이 RNA로 결정했다. 입체구조에 대해서도 1973년에 X선 결정해석으로 페닐알라닌의 전이 RNA의 구조가 결정되었다. 그러나 단백질의 입체구조가 X선 결정해석이나 NMR에 의해 지금까지 다수 해명되고 있는 반면 입체구조가 해명된 RNA는 극히 적고, RNA의 구조와 기능의 관련에 대해서는 아직 미지의 부분이 많다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- ＲＮＡの世界
https://www.kanehisa.jp/Japanese/tutorial/01-05.html