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스플라이싱 메커니즘

스플라이싱은 pre-mRNA에서 intron을 잘라내고 exon을 이어 붙이는 과정입니다. splice site, branch point, polypyrimidine tract가 어떻게 읽히는지부터 스플라이소좀 조립, 두 단계 반응, major·minor spliceosome의 차이까지 차례로 따라갑니다.

작성자: 김현하  ·  스플라이싱 학습 자료 정리  ·  업데이트: 2026-05-10
스플라이스 부위 인식 — 네 가지 신호 서열

스플라이소좀이 인트론을 정확히 인식하려면 네 가지 cis-acting 서열 요소가 필요합니다. 이 신호들은 각각 특정 snRNA와 단백질에 의해 인식됩니다.

5' 스플라이스 부위 (Donor)
MAG|GURAGU
엑손/인트론 경계. 인트론은 항상 GU로 시작. U1 snRNA가 상보적 염기쌍으로 인식. | = 경계
분지점 (Branch Point)
YNYURAY
3'SS 상류 18–40 nt. 중심 A(아데노신)가 친핵체로 작용. U2 snRNA가 인식.
폴리피리미딘 트랙 (PPT)
UUUUUUCCCC
BP와 3'SS 사이의 피리미딘 풍부 구간. U2AF65가 결합. 길이와 강도가 3'SS 선택에 영향.
3' 스플라이스 부위 (Acceptor)
YAG|
인트론 말단은 항상 AG. U2AF35가 AG를 직접 인식. | = 경계
EXON 1
MAG|GU·RAGU
5′ Splice Site
U1 snRNA
· · · · · · · ·
YNYURAY
Branch Point (BP)
U2 snRNA
· · · · ·
UUUUUUCC
폴리피리미딘 트랙
U2AF65
· · · ·
Y·AG|
3′ Splice Site
U2AF35
EXON 2
중요: 인간 게놈에서 ~98.5%의 인트론이 GU-AG 규칙을 따릅니다(U2-type). ~1%는 GC-AG 인트론으로 역시 U2-type spliceosome이 처리합니다. 인간 게놈의 ~700–800개 인트론은 AT-AC 또는 GT-AG consensus를 가진 U12-type 인트론으로, minor spliceosome에 의해 처리됩니다.
조절 서열 요소 (Splicing Regulatory Elements)

스플라이소좀의 4가지 핵심 신호만으로는 스플라이싱 결과를 완전히 예측할 수 없습니다. RNA 결합 단백질(RBP)이 결합하는 보조 서열 요소가 스플라이싱 효율과 대안 스플라이싱을 미세 조정합니다.

ESE (Exonic Splicing Enhancer)

엑손 안쪽의 SR 단백질 결합 서열입니다. 인접 스플라이스 부위가 더 잘 쓰이게 해 엑손 포함을 늘립니다. ESE가 변이로 깨지면 엑손 스킵으로 이어질 수 있습니다.

ESS (Exonic Splicing Silencer)

엑손 안쪽의 hnRNP 결합 서열입니다. 스플라이싱을 억제해 엑손 제외를 유도합니다. 변이가 새 ESS를 만들거나 ESE를 깨뜨리면 엑손 스킵이 생길 수 있습니다.

ISE / ISS (Intronic)

인트론 안쪽의 enhancer/silencer입니다. 딥 인트로닉 변이가 ISS를 깨거나 새 ISE를 만들면 cryptic exon이 활성화될 수 있습니다. SpliceAI 같은 AI 모델이 주로 겨냥하는 영역입니다.

스플라이소좀 조립 단계 — E → A → B → Bact → C → C* → P
스플라이소좀 조립 경로 — 전체 개요
Spliceosome assembly pathway: E, A, B, Bact, C complexes
스플라이소좀 조립 경로. U1 snRNP(E complex)→ U2 snRNP(A complex) → U4/U5/U6 tri-snRNP(B complex) → 활성화(Bact) → Step 1(C complex) 순서로 진행된다.
Fig. 2 from: Seo H & Bhatt DL (2021). Spliceosomal snRNA Epitranscriptomics. Frontiers in Genetics 12:652129. doi:10.3389/fgene.2021.652129 — CC BY 4.0
스플라이싱 트랜스에스테르화 반응

스플라이싱은 두 번의 SN2 트랜스에스테르화(transesterification) 반응으로 이루어집니다. 에너지 소비 없이(ATP 불필요) 인산이에스테르 결합의 위치만 바뀝니다.

Step 1: 분지화 반응 (Branching)

분지점(BP) 아데노신의 2'-OH가 친핵체로 작용하여 5' 스플라이스 부위의 인산이에스테르 결합을 공격합니다.

BP-A
2'-OH
→
5'SS
공격
→
Lariat
형성
  • 5' 엑손의 3'-OH 유리
  • 인트론 5' 말단이 BP-A의 2' 위치에 연결
  • 올가미(lariat) 중간체 형성 — 2'-5' 인산이에스테르 결합
Step 2: 엑손 연결 반응 (Exon Ligation)

유리된 5' 엑손의 3'-OH가 친핵체로 작용하여 3' 스플라이스 부위를 공격합니다.

5' 엑손
3'-OH
→
3'SS
공격
→
엑손
연결
  • 엑손 1 + 엑손 2 연결
  • 인트론 lariat 방출
  • Lariat는 DBR1 효소에 의해 linearize → 분해
핵심: 두 트랜스에스테르화 반응 모두 에너지(ATP)를 소비하지 않습니다. 인산이에스테르 결합의 수는 변하지 않고, 위치만 바뀝니다. ATP는 스플라이소좀의 재배열과 RNA 언와인딩(DEAD-box helicase: Prp5, Prp28, Brr2, Prp2, Prp16, Prp22, Prp43)에 필요합니다.
트랜스에스테르화 반응 경로 — 전체 개요
Pre-mRNA splicing: two-step transesterification pathway showing lariat formation and exon ligation
pre-mRNA 스플라이싱 트랜스에스테르화 반응 경로. Step 1: 분지점 아데노신의 2'-OH가 5' SS 인산이에스테르 결합을 공격 → Lariat-3' exon 중간체 형성. Step 2: 유리된 5' 엑손의 3'-OH가 3' SS를 공격 → 성숙 mRNA 생성 및 Lariat 방출.
Fig. 1 from: Seo H & Bhatt DL (2021). Spliceosomal snRNA Epitranscriptomics. Frontiers in Genetics 12:652129. doi:10.3389/fgene.2021.652129 — CC BY 4.0
Major (U2-type) vs Minor (U12-type) 스플라이소좀

Major 스플라이소좀 (U2-type)

~99.5%

대부분의 인트론 처리. U1, U2, U4, U5, U6 snRNP + 수백 종 단백질. GT-AG 규칙.

Minor 스플라이소좀 (U12-type)

~0.5%

소수의 특수 인트론 처리. U11, U12, U4atac, U6atac, U5 snRNP. AT-AC 또는 GT-AG 규칙. 신경계·발달 유전자에 집중.

특성 Major (U2-type) Minor (U12-type)
snRNP 구성 U1, U2, U4, U5, U6 U11, U12, U4atac, U6atac, U5
5'SS 컨센서스 GU|RAGU AU|AUCCUU (AT-AC) 또는 GU|AUCC
3'SS 컨센서스 YAG| AC| (AT-AC) 또는 AG|
분지점 컨센서스 YNYURAY (약한 컨센서스) UCCUURAY (강한 컨센서스)
인트론 수 (인간) ~200,000+ ~700–800
관련 질환 다양한 스플라이싱 질환 MOPD1, Roifman syndrome (RNU4ATAC 변이)
속도 빠름 (수 분) 느림 (major보다 느림)
공전사 스플라이싱 (Co-transcriptional Splicing)

대부분의 스플라이싱은 전사가 끝난 뒤가 아니라, RNA 중합효소 II가 DNA를 읽는 동안 함께 일어납니다. 그래서 전사 속도와 스플라이싱 결과는 서로 맞물려 있습니다.

키네틱 커플링 (Kinetic Coupling)
  • 느린 전사: 약한 스플라이스 부위를 가진 엑손도 스플라이소좀이 조립할 시간을 얻음 → 엑손 포함↑
  • 빠른 전사: 강한 스플라이스 부위만 사용, 약한 스플라이스 부위는 건너뜀 → 엑손 스킵↑
  • RNAPII의 elongation rate (~2 kb/min)와 스플라이소좀 조립 속도가 경쟁
CTD 커플링
  • RNAPII의 C-terminal domain (CTD)이 스플라이싱 인자를 모집
  • 인산화 패턴(Ser2-P, Ser5-P)이 전사 단계에 따라 달라짐
  • CTD가 스플라이소좀과 직접 상호작용하여 공전사 스플라이싱 촉진
  • 히스톤 변형(H3K36me3)도 국소적 스플라이싱 조절에 기여
임상적 의미
Splicing Effects of Synonymous Variants: 코딩 서열의 동의어 변이(synonymous)도 공전사 스플라이싱을 흔들 수 있습니다. 아미노산이 바뀌지 않아도 ESE를 파괴하거나 전사 일시정지(polymerase pausing)를 바꾸면 대안적 스플라이싱이 생깁니다.

Exon Definition

포유류에서 엑손은 상대적으로 짧고(평균 ~150 nt), 인트론은 매우 깁니다(수 kb). 스플라이소좀은 인트론 전체를 한꺼번에 잡기보다 엑손 단위로 양쪽 스플라이스 부위를 인식합니다.

Recursive Splicing

매우 긴 인트론(>100 kb)에서 보이는 단계적 스플라이싱입니다. 중간 "RS 부위"를 거치며 인트론을 순차적으로 제거합니다. DSCAM, NRXN1 같은 신경계 유전자에서 자주 보입니다.

참고 문헌
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  2. Townsend C, Agafonov DE, Dybkov O et al. "Mechanism of protein-guided folding of the active site U2/U6 RNA during spliceosome activation." Science. 2020. doi:10.1126/science.abc3753. PMID: 33243851
  3. Yeo G & Burge CB. "Maximum entropy modeling of short sequence motifs with applications to RNA splicing signals." J Comput Biol. 2004. PMID: 15285897
  4. "Activation of a cryptic 5' splice site by U1 snRNA." 1991. PMID: 11333015
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  6. Wang Y et al. "Intronic Splicing Enhancers, Cognate Splicing Factors and Context Dependent Regulation Rules." Nat Struct Mol Biol. 2012. doi:10.1038/nsmb.2377. PMID: 22983564
  7. Sibley CR et al. "Recursive splicing in long vertebrate genes." Nature. 2015. doi:10.1038/nature14466. PMID: 25970246
  8. Ochoa S et al. "A deep intronic splice–altering AIRE variant causes APECED syndrome through antisense oligonucleotide-targetable pseudoexon inclusion." Sci Transl Med. 2024. doi:10.1126/scitranslmed.adk0845. PMID: 39292801