제11장. 염색체와 인류 유전학 염색체와 유전 – 성결정, 핵형분석, 교차 인류유전의 패턴 – 사람의 유전 질환들 염색체 이상 – 염색체 수나 구조의 변화 인류 유전학의 전망 -윤리 John Forbes Nash, Jr. “A Beautiful Mind”의 주역 모델인 천재 수학자. 망상적 정신분열증으로 고통 받으면서도 노벨상 수상의 영예를 안았다. 천재와 정신이상, 유전자 사이에는 어떤 관련이 있을까?

1. 유전의 염색체적 기초 유전자(gene)은 유전 형질의 정보 단위이며 염색체에는 많은 유전자들이 위치한다. 2배체 생물들은 상동염색체를 가진다. 돌연변이에 의해 상동염색체상의 유전자들은 약간씩 다르게 존재한다(대립인자). 야생형(wild type) 대립인자는 집단에서 가장 빈번하게 나타나는 형태로 돌연변이 대립인자의 기준형이다. 같은 염색체 상의 유전자들은 물리적으로 연결되어 있고, 그 거리가 멀수록 이들 사이에서 교차(crossing-over)가 발생하기 쉽다. 염색체 구조나 수의 이상은 개체의 표현형에 중대한 영향을 미친다.

상염색체(autosome)와 성염색체(Sex chromosome) 성 염색체 ~ 개체의 성 결정에 관여하는 염색체. 사람의 경우 X 와 Y 염색체. 상염색체 ~ 성염색체를 제외한 나머지 염색체. 두 성에 동일하게 존재한다. 사람의 성 결정 ~ Y염색체 상에 존재하는 SRY 유전자는 정소(testes)의 형성을 유도함으로써 1차 성징을 결정한다. Y 염색체의 부재로 여성이 발달한다.

인간의 성 결정 양식 남성은 하나의 X 염색체와 Y 염색체를, 여성은 두 개의 X 염색체를 가지게 된다.

성의 발달 발생 초기의 미분화 성기는 남성성기나 여성 성기의 어느쪽으로도 발달할 수 있다. 이 발달 스위치로 작동하는 것이 SRY유전자 산물이다.

2. 핵형 분석(Karyotyping) a. 시료를 유사분열시킨후 콜히친 처리(중기에 멈춤) : 개체의 체세포에 존재하는 염색체의 구조와 수에 대한 이미지를 알 수 있도록 하는 진단기술. b.원심분리 c.세포에 저장액 처리 d. 공기건조(고정), 염색 f. 각 염색체를 동원체를 중심으로 분포시킨 후 크기, 모양, 길이에 따라 배열한다. e.염색체 사진을 오려 정리

3. 유전에 미치는 교차의 영향 동일한 염색체 상에 위치하는 유전자들은 같은 연관군으로서 감수분열 동안 독립적으로 분배되지 않는다. 교차는 유전자간의 연관을 깨뜨려 부모 염색체와 다른 조합의 염색체가 생기게 한다. 두 유전자가 멀리 떨어져 있을수록 이들 사이에서 교차가 일어날 확률은 커진다. 상동 염색체의 비자매 염색분체간의 교차는 유전에서 패턴을 파괴하는 중요한 사건이다.

연관된 유전자들의 행동 연관군(Linkage group) ~ 한 염색체 상에 존재하는 유전자 그룹. 몰려서 유전되는 경향이 있다. 완전 연관 vs. 불완전 연관 : 교차의 발생 여부에 따라 자손의 유전자 조합이 달라진다.

4. 사람의 유전분석 인간의 유전 연구는 자손의 수가 많지 않고, 세대가 길며, 교배를 조절할 수 없기 때문에 가계도를 조사하여 연구한다. 가계도(Pedigree) ~ 개인 간의 유전적 관계를 나타내는 도표. 인간의 가계도 조사에서 멘델 유전패턴이 드러나면 특정 대립인자를 물려받을 확률을 추론할 수 있다. 유전병(genetic disease)~환경 요소가 아닌 유전적 돌연변이에 의한 질병. 해로운 대립유전자의 집단 내 보유 원인: 새로운 돌연변이에 의한 도입. 이형접합성 개체에서의 비발현. 중앙아시아 남성의 8%는 동일 조상으로부터 유래한 것으로 보이는 동일한 Y염색체를 갖는다. 많은 수의 중앙아시아 남성들은 모두 칭기즈칸의 후예일까?

가계도의 작성 가계도 작성에 사용되는 표준화된 기호들. 엘리스 반 크레벨드 증후군의 다지증 현상을 기록한 것이다.

헌팅턴 증후군-상염색체성 우성질환 웩슬러 박사가 연구하는 베네수엘라의 헌팅턴 증후군 가계도. 이 질병은 신경계 퇴화를 일으키는 상염색체성 우성 치사성 질병이다.

사람의 유전질환들

인류 유전 패턴-상염색체 우성 or 열성 선천성 연골발육부전증(Achondroplasia)는 동형접합성일때는 출생전 사망하지만 이형접합일 때는 키가 자라지 않는 표현형을 나타내며 생식에는 문제가 없다. 우성으로 표현형에 영향을 미친다. 상염색체 열성 질환의 경우는 동형접합성일 때에만 표현형에 영향을 미친다.

상염색체 열성 질환-갈락토오스혈증(Galactosemia) 신생아 10만명당 한명꼴로 영향을 미치며, 젖당을 분해하는 효소의 결핍으로 과도하게 갈락토오스가 존재하게 된다. 이는 영양실조, 구토, 간이나 뇌의 손상을 일으킨다. 조기 발견으로 적절한 유제품을 섭취하면 증세 없이 자랄 수 있다.

X연관 유전- 혈우병(Hemophilia A) 혈우병 A를 일으키는 X-연관 대립인자를 가진 빅토리아 여왕의 일부 가계도. 역사적으로 유명한 러시아의 마지막 황제의 비였던 알렉산드라는 이 인자를 가진 보인자였고 로마노프 왕의 아들 알렉시스는 혈우병 환자였다. X-연관 유전은 남자에서 더 자주 나타나며 아들은 어머니로부터 인자를 물려받는다.

적록색맹(Red/Green color blindness]-X연관 반성유전의 예 색맹의 표준 검사법에서 사용되는 숫자.

6. 조로증(Progeria) 자발적 돌연변이, 상염색체성 우성 질환? 아직 10세 이전인데도 전형적인 노화의 과정을 보이는 어린이들.

7. 염색체 돌연변이 중복(Duplication) ~ 정상 서열의 반복으로 유전자량이 늘어난 경우. 진화적으로 중요한 기작. 역위(Inversion) ~ DNA의 소실 없이 유전자의 순서만 뒤바뀐 것. 감수분열시 염색체의 짝짓기 과정에 교차가 발생하면 염색체 결손을 유발할 수 있다. 결실(Deletion) ~ 염색체 일정 부분의 소실. 전좌(Translocation)~ 비상동 염색체 사이의 조각 이동. 상호 전좌/비상호전좌 염색체 구조의 진화: 중복, 돌연변이, 유전자 치환 등이 유전자를 진화시킨 것으로 생각됨.

염색체 이상-결실에 의한 표현형 5번 염색체 결실에 의해 나타나는 묘성증후군(Cri-du-chat syndrome).

상호전좌(Reciprocal translocation)에 의한 표현형 9번 염색체의 세포분열 조절 인자가 22번에 옮겨 붙어 과다발현되면 암의 한 종류인 만성골수성 백혈병(CML)을 발생시킨다.

8. 염색체 수의 변화 이수성(aneuploidy): 염색체 한 두 개가 많거나 적음. 2n±1, 2n±2,… 배수성(polyploidy):모든 염색체들이 2개 이상일 경우. 2n, 3n, 4n… 원인: 염색체의 비분리 현상. 세포 분열시 염색체의 비분리현상(non-disjunction)은 배우자의 염색체 수 이상을 일으킨다(이수성).

상염색체 수의 변화-다운증후군 Down Syndrome 95% 이상이 감수분열 중의 비분리에 의해 발생 정신지체, 심장병, 비정상적 골격발달 등의 문제가 빈발함. 언어능력과 운동능력의 발달이 더딤. 의료혜택을 받는 경우 55세 정도까지 생존 가능함. 염색체 비분리를 일으키는 요인들은 여러 가지가 있다. 산모의 나이도 영향인자가 된다.

성염색체 수의 변화 400명당 한명꼴로 발생 학습과 언어, 운동 장애 여성의 성염색체의 비정상 - XO(터너 증후군) 남성의 성염색체 비정상 -XXY: 클라인펠터 증후군 -XYY 조건: 대부분 정상. 대부분의 성염색체 수 변화는 감수분열동안 생긴 염색체 비분리에 기인하며, 미세한 학습 능력 저하와 언어 및 다른 운동 능력 저하를 유발할 수 있다. 터너 증후군(47, XO) : 성 염색체는 다른 상염색체들보다 수 이상의 표현형이 심각하지 않다.

9. 인류유전학의 전망 유전검색 : 개인과 보인자들이 징후를 나타내기 전에 예방조치를 취할 수 있게 함. Ex. PKU에 대한 신생아검사 표현형적 치료: 수술, 약물, 호르몬 대체 요법, 식이요법 등으로 증상을 최소화. 출생전 검진: 양수검사(Amniocentesis), 장막융모표본법(CVS), 태아경법(fetoscopy) 등으로 태아의 유전자 검사가 가능하다. 유전상담: 예비 부모들의 검진과 자손의 유전병 가능성을 타진한 후 임신과 출산에 대한 준비. 낙태(abortion) : 출생전 검사에 따른 개인의 선택(pro-life와 pro-choice간의 논쟁) 착상전 검진 : 시험관 수정을 통해 착상전 배의 유전상태를 점검하고 문제가 없을 경우 착상시킨다. 심각한 유전질환을 가진 부부들이 건강한 아이를 가질 수 있도록 함.

출생전 진단들 인간의 유전병은 사회적으로 제거되어야 하는 것인가? 양수검사 : 초음파 분석기로 산모의 복부를 촬영하며 양수를 채취한다. 양수에는 태아 세포와 분비물이 들어있다.

태아경법 (fetoscopy) 출생전 검진을 위한 태아경법. 내시경을 통해 직접 관찰이 가능하고 태아 혈액 일부를 채취할 수 있으므로 겸상적혈구 빈혈증, 혈우병 등 혈액 세포 이상을 진단하기에 유용하다.

착상전 검진 시험관 수정에 성공하면 난할을 통해 여러 개의 세포가 생긴다. 유전적 내용이 동일한 이 미분화 세포를 취해 여러 가지 유전적 검사를 한 후에 착상시킬 수 있다. 세포 및 다세포 단계의 인체 발달.