MicroRNA(miRNA)는 길이가 약 18-24개의 뉴클레오타이드로 이루어진 작은 비암호화 RNA로, 유전자 발현을 억제하는 역할을 합니다. mRNA 번역을 억제하거나 RNA를 분해함으로써 유전자 발현을 조절하는 역할을 합니다. 인간 게놈에는 약 2,500개의 miRNA 유전자가 존재하며, 이들은 수백 개의 mRNA 발현을 조절할 수 있습니다. 이는 mRNA와 miRNA 간 상호작용이 6-8개의 뉴클레오타이드 염기쌍으로 이루어지기 때문입니다. miRNA는 전체 인간 전사체의 약 60%를 부정적으로 조절한다고 여겨집니다.
miRNA 생합성
miRNA는 비암호화 유전자 혹은 단백질 암호화 유전자의 인트론 영역에 위치하며, 독립적으로 전사되거나 클러스터로 존재하여 같은 프로모터를 공유하면서 단일 전사 단위로 전사됩니다. miRNA 생합성은 다단계 과정으로, 먼저 핵에서 RNA 폴리메라제 II에 의해 긴 1차 miRNA(pri-miRNA)로 전사된 후 RNase III 효소 Drosha에 의해 절단되어 약 60-70개의 뉴클레오타이드로 이루어진 miRNA 전구체(pre-miRNA)가 됩니다. 이 후 Exportin 5를 통해 세포질로 수출되고, RNase III인 Dicer에 의해 최종적으로 성숙한 miRNA로 처리됩니다.
miRNA는 아고나우트(Ago) 단백질에 로딩되어 RNA 유도 침묵 복합체(RISC)를 형성하며, 표적 mRNA의 3' 비번역 영역에 결합하여 번역 억제 혹은 분해를 유도합니다. 최근에는 Drosha 또는 Dicer 없이도 miRNA를 생성할 수 있는 다양한 비정형 경로가 밝혀졌습니다.
miRNA의 기능
miRNA는 다음과 같은 다양한 생물학적 기능에 관여합니다.
- 발달 조절: miRNA는 세포 분화 및 기관 형성을 포함한 발달 중 유전자 발현을 조절합니다.
- 세포 항상성 유지: 세포 증식, 세포 자멸사, 스트레스 반응 등의 세포 과정 조절을 통해 세포 항상성을 유지합니다.
- 면역 반응: 선천 및 적응 면역과 관련된 유전자 발현을 조절하여 면역 반응을 조절합니다.
- 대사 조절: 포도당과 지질 대사와 같은 대사 과정의 조절에 관여합니다.
- 신경계 기능: 중추 신경계에서 신경 발달, 신경 가소성, 축삭 안내 등에 중요한 역할을 합니다.
- 심혈관 기능: 심장 발달, 혈관 신생 및 재형성에 관여합니다.
- 후성유전학적 조절: DNA 메틸화 및 히스톤 수정과 같은 후성유전학적 변형을 조절합니다.
miRNA의 질병과의 연관성
miRNA의 발현 조절 이상은 암, 심혈관 질환, 신경퇴행성 질환, 대사성 질환, 염증성/자가면역 질환 등의 다양한 질병과 관련이 있습니다.
- 암: miRNA의 비정상적인 발현은 종양 성장, 침윤, 전이에 영향을 미칩니다. 예를 들어 miR-21은 암에서 발현이 증가하여 종양 억제 유전자를 억제하고, miR-34a는 암에서 발현이 감소하여 종양 유전자를 조절함으로써 세포 사멸을 촉진합니다.
- 심혈관 질환: miRNA 발현 이상은 혈관 신생, 염증, 심장 리모델링 등 심혈관 질환의 진행에 영향을 미칩니다.
- 신경퇴행성 질환: miRNA는 신경계에서 중요한 역할을 하며, 그 조절 이상은 파킨슨병, 알츠하이머병, 헌팅턴병 등의 병인에 관여합니다.
- 대사성 질환: 비만, 제2형 당뇨병(T2D), 비알코올성 지방간 질환(NAFLD) 등 대사성 질환의 발병에 miRNA가 관여합니다.
- 염증성/자가면역 질환: 자가면역 및 염증 반응을 조절하며, lupus erythematosus와 같은 자가면역 질환에서 miRNA의 처리 기계에 이상이 관찰되었습니다.
miRNA의 진단 및 치료적 역할
miRNA는 질병 진단 및 예후 예측에 유망한 비침습적 바이오마커로 연구되고 있습니다. 또한 miRNA는 세포 과정 조절 및 질병 병인에 관여하는 만큼, 다양한 질병의 치료 타겟으로 연구되고 있습니다. 예를 들어, 특정 miRNA를 억제하거나 활성화하는 방식으로 암, 심혈관 질환, 신경계 질환 등을 치료하는 연구가 진행되고 있습니다.
miRNA는 유전자 발현을 조절하는 중요한 조절자로, 다양한 생물학적 과정에서 중요한 역할을 하며, 그 기능 및 질병에서의 역할을 이해하는 것은 질병 병인에 대한 이해를 제공하고, 잠재적인 치료 타겟 발굴에 기여할 수 있습니다.