제17장 DNA가 바뀔 때

DNA의 안전성 DNA의 안정성은 뉴클레오티드의 배열 방식에서 기인한다. 뉴클레오티드의 염기는 골격의 내부에 보호되어 있으며, 염기의 반응 측기는 보통 수소결합에 의해 고정되어 있다. 기하학적으로 아주 견고한 분자구조로 인해 DNA의 안정성은 더욱 증가된다. 고등생물의 DNA는 뉴클레오솜 내에 단단하게 감겨 있다. DNA에 결합되어 있는 히스톤과 염색체의 특수한 배열이 DNA가 직접 노출되지 않도록 막아 준다.

모든 생명체에서 DNA는 상보적인 염기쌍을 형성하기 때문에 손상으로부터 자신을 보호할 수 있다. 돌연변이성 변화 하나 혹은 몇 개의 뉴클레오티드를 변화시키는 점돌연변이 (point mutation) 염색체 절편의 재배열, 결실, 또는 복제를 일으키는 염색체 돌연변이 (chromosomal mutation) DNA 사본이 게놈 내에서 새로운 위치로 삽입되는 전위 (transposition)

돌연변이 “돌연변이들은 대립유전자들의 원천이다”. 돌연변이는 예측 가능한 비율로 발생하지만, 언제 어디에서 발생하며 그 효과가 어떠할지는 예측할 수 없다. 돌연변이는 개체의 표현형을 변화시킬 수 있다. 돌연변이율(Mutation rate): DNA 복제 중이나 그 사이에서 변화가 일어날 확률. 배우자당 돌연변이율은 약 10-5~10-6. 치사성 돌연변이(lethal mutation): 개체의 죽음을 유발하는 돌연변이 중성돌연변이(neutral mutation): 적응적 이점이나 해를 미치지 않는 돌연변이. 환경 변화에 따라 영향력을 발휘할 수도 있다. 이롭거나 중성적인 돌연변이들은 세대를 거쳐 다양한 자손들로 축적된다.

뉴클레오티드 수준에서 일어나는 DNA 손상의 성질 돌연변이를 일이키는 물질은 돌연변이원 (mutagen) 대표적인 돌연변이원은 방사선과 화학물질 감마선이나 X선과 같은 고에너지 전자기파는 매우 강력한 돌연변이원 태양으로부터 발산되는 자외선도 중요한 돌연변이원

1차적 손상: 어떤 돌연변이원이든지 DNA에 무작위적인 화학변화를 초래 1차적 손상: 어떤 돌연변이원이든지 DNA에 무작위적인 화학변화를 초래. 대부분의 1차적 손상은 일시적이고 DNA 회복 과정에 의해 매우 효율적으로 제거됨 이중 나선의 한 가닥을 절단: X선이나 다른 고에너지 방사선에 노출되었을 때 빈번히 일어남. 전사와 복제가 효율적으로 일어나지 못함 피리미딘 이합체 형성: 태양광선의 자외선에 오랫동안 피부노출 시. 같은 가닥 내에 인접해 있는 티민 (또는 시토신)들끼리 서로 연결됨

화학적 돌연변이원은 삽입성물질 (intercalating agent), 염기유사물 (base analog), DNA 변형물질 (DNA modifying agent)

DNA 회복 피리미딘 이합체의 절제 수선 회복효소 복합체가 피리미딘이합체를 탐지한다. DNA의 손상 부위와 이합체 양옆으로 각각 약 10개의 염기가 제거된다. 회복중합효소가 반대쪽 가닥을 주형으로 사용하여 절단된 부위를 제합성한다. 사람에게는 색소성 건피증 (xeroderma pigmentosum) 이라는 희귀한 열성유전자 이상이 있음. 절제수선 효소가 자외선에 의한 피리미딘이합체 등의 1차적 손상을 회복시키지 못하기 때문에 생김

점돌연변이 염기치환 (base substitution) 침묵돌연변이 (silent mutation): 단백질 구조에 영향을 미치지 않는 돌연변이 중립돌연변이 (neutral mutation): 단백질의 구조는 변화시키난 기능에는 영향을 주지 않는 돌연변이

사슬종결돌연변이 (chain-termination mutation): 종결코돈은 번역을 미리 종결시킴 첨가 (addition), 결실 (deletion), 격자이동 돌연변이 (frameshift mutation)

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.

전위 (transposition) 전위는 DNA 절편의 사본이 게놈상의 새로운 위치로 삽입되어 들어가는 것 도약유전자 (jumping gene)는 게놈의 한 장소에서 다른 장소로 이동할 수 있는 DNA 절편인 트란스포존 (transposon)의 또 다른 이름 전위인자가 색소 유전자 안이나 바로 옆에 존재하게 되면 색깔을 띠어야 할 알갱이가 색깔을 띠지 못하게 된다 (옥수수 등).