14장 돌연변이(mutation) 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리

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1 14장 돌연변이(mutation) 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 돌연변이(mutation) 돌연변이의 중요성: 표현형적 다양성, 환경 변화에 대한 적응, 진화 기구를 제공. 돌연변이 = 새로운 대립인자들이 생기도록 함(집단 내 유전적 다양성의 기원), 질병이나 세포 사멸을 유도 돌연변이의 이용: 돌연변이 때문에 생기는 표현형적 다양성 변이형질을 만드는 유전자의 추적이 가능해짐(유전적 마커) 유전자 돌연변이(gene mutation)와 수리기구에 대한 논의 (cf. 염색체 돌연변이) Jumping gene/transposon: 돌연변이 요소 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용

2 14장 1. 돌연변이의 분류 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 1. 돌연변이의 분류 돌연변이 표현형에 대한 연구  유전자의 규명과 기능에 대한 연구를 가능하게 함. 자연 돌연변이 vs 유도 돌연변이; 정상적인 화학과정 중에서 자연적으로 발생하는 돌연변이와 인위적인 요소에 의한 영향의 결과로 발생하는 돌연변이 생식세포 돌연변이 vs 체세포 돌연변이; 개체에서 변화가 발생한 장소에 따라 영향력이 다르게 나타난다. 상염색체성이냐, 성염색체성이냐, 우성 혹은 열성이냐, 개체발생 초기의 변형이냐 분화된 후의 변형이냐에 따라 그 효과가 다르다. 다른 범주들; 형태적 돌연변이, 생화학적 돌연변이, 행동돌연변이, 조절 돌연변이, 치사돌연변이, 조건적 돌연변이 등. 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

3 14장 분자적 형태 변화에 따른 돌연변이들의 분류 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 돌연변이를 일컫는 용어들 √ 단원개념
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 분자적 형태 변화에 따른 돌연변이들의 분류 돌연변이를 일컫는 용어들 단원개념 점돌연변이(point mutation) : 단일염기의 변화(결실, 삽입, 치환 등. 염기치환(base substitution) : 단일 염기의 치환. 과오 돌연변이(missense mutation) : 염기의 변화로 삼중자 암호가 지정하는 아미노산이 바뀐 것. 무의미 돌연변이(nonsense mutation): 암호 코돈이 중지코돈으로 바뀌어 번역 종결을 초래하는 것. 침묵 돌연변이(silent mutation): 점 돌연변이에 의해 코돈이 바뀌었으나 아미노산 변화는 없는 것. 전이(transition) : 염기의 계열 내 변화(PuPu/ PyPy) 전환 (transversion) :염기의 계열 간 변화 (PuPy) 틀 이동 돌연변이(frame shift mutation) : 삼중자 암호의 해독 틀이 바뀐 것. 삽입이나 결실에 의해 발생. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

4 14장 돌연변이의 분류-분자적 형태 변화 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 DNA 내 염기서열의 변화가 미치는 영향 √
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 돌연변이의 분류-분자적 형태 변화 DNA 내 염기서열의 변화가 미치는 영향 단원개념 유전자 암호와 인간 언어의 비유. 3문자 단어(triplet code)로 이루어진 한 문장(gene)에서 문자의 변화가 문장에 미치는 영향. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √ 틀 이동 돌연변이(frame-shift mutation): 유전자 내 뉴클레오티드의 첨가나 결실에 의해 세 문자의 번역틀이 바뀌는 것

5 14장 표현형적 영향에 기초한 돌연변이들의 분류 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 표현형적 영향에 기초한 돌연변이들의 분류 돌연변이의 효과: 침묵~우성 치사성까지 다양. 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 기능상실 돌연변이(loss-of-function): 유전자 산물의 기능이 사라진 것 영돌연변이(null mutation): 완전한 기능상실을 초래한 변화. 기능획득 돌연변이(gain-of-function): 변화에 의해 새로운 기능이 생긴 것. 중립 돌연변이(neutral mutation): 유전자 산물에 영향을 미치지 않는 변화. 가시적 돌연변이(visible mutation): 형태적 특징에 영향을 미쳐 관찰이 가능한 형질을 만드는 것. √

6 14장 표현형적 영향에 기초한 돌연변이들의 분류 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 표현형적 영향에 기초한 돌연변이들의 분류 영양(요구)성 돌연변이(nutritional mutation): 특정 아미노산이나 비타민을 합성하지 못하는 것. 생화학적 돌연변이(biochemical mutation): 생화학적 변화로 인해 개체의 생존이나 건강에 영향을 미침. 행동 돌연변이(behavioral mutation): 동물의 행동 패턴에 영향을 미쳐 달라지게 하는 것. 조절 돌연변이(regulatory mutation): 유전자 발현 조절에 영향을 미치는 돌연변이 치사성 돌연변이(lethal mutation):생존에 필수적인 과정이 방해를 받은 것. 조건적 돌연변이(conditional mutation): 환경 조건에 따라 영향이 나타나거나 나타나지 않는 돌연변이. 예)온도 감수성 돌연변이: 허용(permissive)/제한(restrictive) 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

7 2.자연발생적 돌연변이(spontaneous mutation)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 2.자연발생적 돌연변이(spontaneous mutation) 자연돌연변이율: 유도된 돌연변이의 정도를 측정할 수 있는 기준선. 자연돌연변이의 특징 -매우 드물게 발생 -생물마다 다양하게 나타남. -동일 종 내에서도 유전자마다 다른 빈도를 보임. 예) 바이러스, 세균, 붉은 빵곰팡이 : 10-8 옥수수, 초파리, 사람 : 10-6 ~ 10-5 쥐 : 10-5 ~ 10-4 가능한 원인: 복제 실수를 수리하는 효소계의 효율성 반영. 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

8 14장 3-1 자연적 돌연변이의 발생 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 원인 1. DNA 복제 오류
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 3-1 자연적 돌연변이의 발생 원인 1. DNA 복제 오류 단원개념 DNA 중합 효소의 실수 잘못된 뉴클레오티드의 삽입 3’5’ 교정기능에도 불구하고 실수가 잔존할 수 있다. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 원인 2. 복제시 미끄러짐 √ 주형 DNA 한 가닥이 고리를 형성하여 복제 위치를 이탈 하는 경우. DNA 중합효소가 미꾸러져 띄엄띄엄 복제를 진행함 새로운 가닥에 작은 결실들이 생김 DNA 중합효소가 주형가닥에 없는 뉴클레오티드를 도입  삽입이나 결실 유발. replication slippage 현상은 반복 서열에서 자주 발생함(돌연변이 hot spot)

9 14장 3-2 자연적 돌연변이의 발생 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 원인 3. 호변변환(tautomeric shift)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 3-2 자연적 돌연변이의 발생 원인 3. 호변변환(tautomeric shift) 단원개념 호변체(Tautomer): 분자 내의 한 원자만 바뀐 상호변환 상태의 구조 DNA분자 내의 염기들이 호변변환이 일어날 때 염기쌍 형성에 영향을 미칠 수 있다.  돌연변이 발생 원인이 됨. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √ A. 아데닌의 호변체 – 아미노형 vs 이미노형

10 B. 시토신의 호변체 – 아미노형 vs 이미노형 C. 티민의 호변체 – 케토형 vs 에놀형
14장 B. 시토신의 호변체 – 아미노형 vs 이미노형 C. 티민의 호변체 – 케토형 vs 에놀형 C. 구아닌의 호변체 – 케토형 vs 에놀형

11 14장 일반적인 염기들의 호변변환과 염기쌍 형성

12 14장 아데닌에서의 호변변환 결과로 T=A 염기쌍에서 CG염기쌍으로 전이 돌연변이(transition mutation)을 형성하는 과정.

13 14장 3-3 자연 돌연변이의 발생 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 3-3 자연 돌연변이의 발생 원인 4. DNA의 손상: 탈퓨린화(depurination) & 탈아민화(deamination) 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 비퓨린성 부위(apurinic site, AP site. See 214page fig 9-8): 이중나선 DNA 분자내의 A 또는 G의 염기만이 떨어진 상태번역시 암호 변경, 복제시 멈춤이나 부적당한 염기의 삽입으로 돌연변이 발생 가능. 수리기구 활성화로 회복 가능. 탈아민화(deaminiation): 시토신과 아데닌에서 하나의 아미노 그룹이 케토 그룹으로 바뀜. Cytosine  Uracil Adenine  Hypoxanthin CG  U=A  T=A, A=T  HX=C  G C 질산 : 염기들을 탈아민화 시키는 돌연변이원으로 작용. √

14 14장 3-4 자연 돌연변이의 발생 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 3-4 자연 돌연변이의 발생 탈퓨린화(depurination) & 탈아민화(deamination) 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √ 시토신과 아데닌의 탈아민화는 새로운 염기쌍을 만들고 돌연변이를 일으킬 수 있다.

15 14장 3-5 자연 돌연변이의 발생 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 3-5 자연 돌연변이의 발생 원인 5 & 6. 산화적 손상과 트랜스포존(transposon) 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 산화적 손상: 정상적 세포 대사에 의해 생성된 활성산소들(전자 친화성 산화제들; 과산화물, 수산화라디칼, 과산화수소 등)이나 고에너지 방사에 노출되어 생긴 활성 산화제(reactive oxidant)들 DNA 손상 유발  복제 오류 등을 일으킴. 트랜스포존(transposon): 가동성 유전인자들이 유전자 내부로 삽입되어 정상적인 암호화 서열을 망가뜨림(자발적 돌연변이원) √

16 14장 4. 유도 돌연변이의 발생 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 원인 1. 염기 유사체(Base analog)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 4. 유도 돌연변이의 발생 원인 1. 염기 유사체(Base analog) 단원개념 핵산 합성시에 피리미딘이나 퓨린을 대체함으로써 돌연변이를 일으키는 화학물질. 5-브롬화우라실(5-bromouracil, 5BU); 우라실의 5번 탄소에 할로겐화(Br). 티민 유사체로 작용. 호변변환 가능(ketoenol)(염기쌍 형성에 영향). 2-아미노퓨린(2-aminopurine, 2AP); 아데닌 유사체로 작용(T와 염기쌍, C와 염기쌍 형성 가능) 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

17 14장 5-BU의 토토머 전환과 염기쌍 형성 티민 유사체로 작용하는 5-BU은 일반적인 keto형일 때는 아데닌과 염기쌍을 형성한다. 드물게 형성되는 enol형일때는 구아닌과 염기쌍을 형성하므로 A-T염기쌍을 G-C쌍으로 변화시킬 수 있다. (transition발생)

18 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 원인 2. 알킬화제(Alkylating agent)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 원인 2. 알킬화제(Alkylating agent) 단원개념 뉴클레오티드의 아미노 그룹이나 케토 그룹에 CH3나 CH3-CH2를 공여하는 것. 에틸메틸설폰산(Ethylmethylsulfonate, EMS); 구아닌의 6번과 티민의 4번 케토 그룹을 알킬화. 6-에틸구아닌(6-ethylguanine); 구아닌의 6번 탄소가 알킬화된 물질. 아데닌 유사체로 작용하여 티민과 염기쌍을 형성한다. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

19 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 원인 3. 아크리딘 염료(Acridine dye)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 원인 3. 아크리딘 염료(Acridine dye) 단원개념 틀이동 돌연변이(frame shift mutation)을 유발. 프로플라빈(Proflavin)인 아크리딘 오렌지: 염기쌍들의 크기와 비슷하여 DNA의 이중나선 사이에 끼어들어 구조를 찌그러뜨림으로써 결실이나 염기결실이나 삽입을 유발. DNA 복제나 재조합시 생긴 DNA의 빈틈에서 틀이동돌연변이가 생기기 쉽고 아크리딘 계열의 염료들은 이러한 엇갈린 구조물의 형성을 돕는다. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

20 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 원인 4. 자외선과 이온화 방사선
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 원인 4. 자외선과 이온화 방사선 단원개념 가시광선보다 짧은 파장의 전자기 스펙트럼의 구성분들은 에너지가 높아 생물체에 파괴적 영향을 미침. 자외선(UV) 방사의 효과: 피리미딘 이합체(pyrimidine dimer)의 형성 DNA형태를 왜곡시켜 정상적 복제를 방해함. 광범위하게 적용하여 살균의 목적으로 사용. 이온화 방사선(Ionizing Radiation); X-ray, r-ray, cosmic ray 등은 짧은 파장으로 조직 깊숙이 침투하여 분자들의 이온화를 유발(자유 라디칼과 반응성 이온들이 많아짐에 따라 다양한 화학반응이 유발됨). 이온화 방사선 자체가 DNA의 퓨린과 피리미딘을 변화시키고 인산 이에스테르 결합을 파괴할 수 있다 염색체의 결실, 전좌, 절단 등을 유발. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

21 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 전자기 스펙트럼의 구성 성분과 이들의 파장 √ 단파 장파 단원개념 돌연변이의 분류
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 전자기 스펙트럼의 구성 성분과 이들의 파장 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √ 단파 장파

22 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 UV 방사에 의한 티민 이합체(Thymine dimer)의 형성 √ √ 단원개념
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 UV 방사에 의한 티민 이합체(Thymine dimer)의 형성 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √ √

23 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 X-선량의 증가와 X-연관 열성 돌연변이의 발생 √ 단원개념
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 X-선량의 증가와 X-연관 열성 돌연변이의 발생 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √ X-선량과 돌연변이 발생사이의 직선적인 관계가 뚜렷함. 선량이 2배가 될 때 마다 돌연변이도 2배로 증가했다.

24 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 5-1 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이의 이해 1. ABO식 혈액형
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 5-1 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이의 이해 1. ABO식 혈액형 단원개념 글리코실 전이효소(Glycosyltransferase)에 의해 H 기질이 A 혹은 B형 항원으로 변형됨(IA, IB유전자 산물) H 기질의 변형 실패  IO 대립인자의 결과. 이들 유전자들에 대한 서열 분석 결과 IA와 IB유전자의 서열; 4개의 뉴클레오티드 치환(글리코실 전이효소의 아미노산 변화로 효소 기능 변화 H기질에 약간 다른 변형을 일으킴) IO 대립인자; 글리코실 전이효소의 활성 결여로 H기질이 변형되지 않음. 암호화서열의 앞쪽에서 단일뉴클레오티드 결실로 격자이동 돌연변이 발생 번역시 조기종결로 활성 없는 효소생산. ABO식 유전자 체계: 돌연변이의 결과! 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

25 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 5-2 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 5-2 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이 2. 근이영양증(Muscular Dystrophy) 단원개념 증상: 중증의 근육퇴와, 근병증(Myopathy), 사망. X-연관 열성 질환, 빈도: 1/3500남아출생. -Type 1(듀헤너 근이영양증, DMD): 더 흔하고 중증. 디스트로핀 단백질 부재. -Type 2(베커 근이영양증, BMD): 드물고 경증. 디스트로핀 존재. 유전자 산물: 디스트로핀(Dystrophin) ; 1.4kb의 RNA에서 3685개의 아미노산으로 번역됨. 가설: BMD의 돌연변이는 해독틀 변형은 아닐 것이고 DMD는 해독틀 돌연변이에 의해 조기종결이 발생했을 것. 관찰: 해독틀 가설과 부합. 무작위적 염기 전환보다 해독틀 돌연변이가 더 파괴적인 효과를 나타낸다. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

26 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 5-3 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 5-3 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이 염기 치환 돌연변이와 격자이동 돌연변이의 효과 단원개념 여러 암호가 하나의 아미노산을 지정하기 때문에 하나의 뉴클레오티드 치환은 암호화하는 아미노산을 바꾸지 않을 수도 있다(동위암호). 하나의 아미노산 치환이 발생해도 그 변화가 단백질의 기능에 영향을 미치지 않을 수도 있다.(비촉매 부위) 기능적으로 중요한 부위에서의 아미노산 변형이 일어나도 단백질 기능에 미치는 영향이 미미할 수 있다(화학적 성질이 비슷한 아미노산으로 대치되었거나 단백질 구조에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 바뀌었을 경우) 단순히 단백질의 효율성만 떨어뜨리고 유전자 산물의 기능을 완전히 없애지는 않음. 따라서 격자이동 돌연변이를 많이 나타내는 DMD 형이 치환돌연변이가 많은 BMD보다 중증일 것으로 생각된다. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

27 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 5-4 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 5-4 유전자 서열 분석과 인간의 돌연변이 3. 취약 X 증후군과 근경직성 이영양증, 헌팅턴씨 병 단원개념 세 뉴클레오티드 반복 서열이 확장되는 현상에 의해 발생. 취약 X 증후군(fragile X syndrome): FMR-1 유전자의 5’-비번역 부위에 CGG로 이루어진 서열을 수백~수천 번 반복적으로 포함함. 55번 이상 가지는 경우 자손에서 이상 증후를 초래할 수 있다FMRP단백질의 발현을 저해. 근 경직성 이영양증(myotonic dystrophy): MDPK 유전자의 3’말단의 비번역 부위내의 CTG 서열 반복  150회 이상 반복되면 발병. 헌팅턴 병(Huntington’s Disease): HD 유전자 내에 CAG서열 반복에 의해 단백질 내에 폴리글루타민 부위가 생성  치명적인 신경 퇴행성 질환을 일으킴. 반복 회수가 증가할 수로고 질병의 발병 시기가 빨라짐. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

28 14장 6. 에임즈 테스트(Ames Test) 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 6. 에임즈 테스트(Ames Test) 인체 내로 들어오는 화학물질들의 돌연변이 유발력(mutagenicity) 검사(발암물질 검사법) Salmonella typhimurium의 여러 계통 중 돌연변이 유발성에 대한 감수성과 선택성을 가진 균주 이용(DNA절제 수리 기구, 지질다당층에 대한 돌연변이 때문에 돌연변이원에 매우 민감함) 검사법: 돌연변이 균주의 역돌연변이율의 관찰 검사화합물이 간 추출액과 함께 보존되는 단계 포함(간에서 대사를 거쳐 반응성 산물들이 되는 단계를 모사) 1970년대부터 화학물질의 산업적 약물학 발달과 연계되어 널리 사용됨. 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

29 14장 Ames Test ~ 돌연변이 유발력의 검사 역돌연변이주가 자연돌연변이율을 능가하여 출현할 때 돌연변이 유발성으로 판정

30 14장 7. DNA 수리기구 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 7. DNA 수리기구 단원개념 광재활성화 수리기구(Photoreactivation repair) 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 절제 수리기구(excision repair) 염기 절단 수리(Base excision repair, BER) 뉴클레오티드 절제 수리(nucleotide excision repair, NER) 교정 및 미스매치의 수리 복제 후 수리와 SOS 수리 시스템 포유동물에서의 이중가닥 절단 수리(Double strand break repair, DSB repair) √

31 광재활성화 수리기구(Photoreactivation repair)
14장 광재활성화 수리기구(Photoreactivation repair) 원핵세포에서의 UV에 의한 손상을 수리 1949년 A. Kelner, 자외선으로 유도된 대장균의 DNA손상이 가시광선 스펙트럼의 푸른색 파장에 의해 부분적으로 회복됨을 발견 온도 의존적 과정(빛에 의해 유도된 과정이 효소적으로 조절되는 화학반응임을 시사) PRE(Photoreactivation Enzyme)의 활성에 의존적 티민이합체들 사이의 결합을 끊어줌. 대장균에서 필수적이지는 않으며, 다른 진핵생물에서는 발견되지 않는다.

32 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 절제 수리기구(excision repair)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 절제 수리기구(excision repair) 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 진핵생물과 원핵생물 모두에 존재하는 광비의존성 DNA수리 기구 DNA의 왜곡이나 실수가 인식되어 효소에 의해 DNA가 절단된다. DNA pol I 이 비손상 가닥에 상보적인 뉴클레오티드를 삽입. 리가아제가 마지막 nick을 연결. 염기절단 수리 & 뉴클레오티드 절제 수리 √

33 절제 수리기구(excision repair)
14장 절제 수리기구(excision repair) 뉴클레오티드 절제 수리에서는, 원핵 세포에서는 12염기가, 진핵세포에서는 28염기가 절제된다.

34 NER 수리기구의 부재에 의해 햇빛에 대단히 민감해짐.
14장 사람의 색소성 건피증(Xeroderma pigmentosum, XP)과 뉴클레오티드 절제 수리기구(excision repair) NER 수리기구의 부재에 의해 햇빛에 대단히 민감해짐. 1968년 제임스 클리버, XP 환자들에서의 unscheduled DNA synthesis가 결핍되어 있음을 발견(절제 수리기구 결손 의미) 체세포 혼성화 기법에 따르면 XP 환자들이 7군으로 나뉨.(7 상보성 그룹 존재) XPA 단백질에 의한 손상인식, TFIIH도 수리복합체 형성에 관여

35 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 교정(Proofreading)과 미스매치 수리(Mismatch repair)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 교정(Proofreading)과 미스매치 수리(Mismatch repair) 단원개념 복제시의 DNA pol III의 교정(Proofreading): 세균 시스템에서의 교정기능은 복제 신뢰도를 두 자리수 이상 증가시킨다(10-5 mismatch  10-7). 미스매치 수리기구 -세균에서의 미스매치 뉴클레오티드의 인식; DNA 메틸화에 기초(새로 합성된 가닥은 메틸화되어 있지 않으며 따라서 수리되는 가닥은 메틸화되지 않은 가닥이다) -미스매치 부분의 3’ 혹은 5’ 쪽에서 엔도뉴클라제에 의한 절단이 생기고 뉴클레오티드가 치환된다 MutH, MutL, MutS, MutU 등이 이 구별과정에 참여. 유사한 기구가 효모와 포유동물에 존재. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

36 14장 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 복제 후 수리와 SOS 수리 시스템 복제 후 수리
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 복제 후 수리와 SOS 수리 시스템 단원개념 복제 후 수리 - 손상된 DNA가 수리기구를 빠져나가 완전히 복제된 이후에 반응 Post-replication repair. - Rec A 단백질에 의해 손상되지 않은 가닥의 일부에 의해 손상부분이 메워짐  상동성 재조합 수리(homologous recombination repair)로 언급됨. SOS 수리 손상부위를 뛰어넘는 대신 그냥 복제를 진행하도록 함(틈이 생기지 않는 반면 복제 신뢰성이 떨어진다) 실수하는 경향(error prone)의 수리계. lexA, lecA, uvr등을 포함한 20여 가지 단백질들 관여. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

37 14장 복제 후 수리 시스템의 작용

38 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 포유동물에서의 이중가닥 절단 수리(Double strand Break Repair, DSB Repair) 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 DNA 이중나선의 절단 수리 기구의 결함 : X-선 과민성 및 면역결핍, 가족성 유방암 혹은 난소암과 연관됨. 상동성 재조합 수리기구 경로 - 두 가닥이 모두 손상되어 비손상 주형가닥이 없으므로 자매 혹은 비자매 상동가닥이 재조합되어 이중가닥 절단부를 대치함. - 세포 주기중 늦은 S/G2기에 발생 비상동성 재조합 수리기구 경로 or 말단 결합 G1(DNA복제 전)기에 활성화됨 두 개의 서로 다른 단백질 복합체가 관여함. √

39 8 이동성 유전인자들(transposable genetic elements)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 8 이동성 유전인자들(transposable genetic elements) 트랜스포존(transposon): 유전체 내에서 움직이거나 자리를 이동할 수 있는 유전 요소. 종종 이들의 이동이 개체의 유전적 기능을 손상시켜 표현형 변이를 나타내도록 함. 삽입서열(IS, insertion sequence): 세균의 표현형적 변화를 일으킬 수 있는 가동성 인자. 비교적 짧고 역말단 반복서열(Inverted terminal repeats, ITRs)를 포함하는 구조를 가짐. 세균성 트랜스포존(Tn): 세균에서 삽입과정과 관련이 없는 내부 유전자를 포함한 IS서열들로 구성됨. 유전정보가 생물간 이동을 가능케 하는 기구. 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

40 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 Ac-Ds 시스템 ~ 옥수수에서 발견된 가동성 인자. Activator(Ac)는 세균성 트랜스포존과 유사한 역말단 반복서열을 가진다. Dissociator(Ds)는 일부가 결실된 Ac요소이다. 이들의 이동은 전이효소(transposase)의 활성에 의존적이다. Copia & P element ~ Copia element는 초파리에서 많은 양의 RNA를 만들어냄. 유전체 전체에 흩어져 존재. 정말단 반복서열 내에 17bp의 역반복 서열 포함. P element는 생식세포 내에서 높은 이동성을 나타낸다(잡종퇴화 현상). 초파리로의 유전자 도입에 사용. SINEs & LINEs ~ 사람에서의 가동성 인자들. SINE의 한 종류인 Alu I family는 중간반복성 DNA이다. 모든 영장류와 설치류에 존재. 개인별, 조직별 다양성을 나타낸다. 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

41 Ac-Ds 시스템을 포함하는 유전적 전이에 의해 색소화된 호분.
14장 Ac-Ds 시스템을 포함하는 유전적 전이에 의해 색소화된 호분.

42 14장

43 14장

44 14장 초파리의 이동성 인자 - copia 제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 (directed terminal repeat)
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 초파리의 이동성 인자 - copia 단원개념 (directed terminal repeat) 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 말단에 반복서열이 존재한다. Cf. P 인자: 초파리의 생식세포 내에서 높은 빈도로 이동이 발생하여 잡종 퇴화(hybrid dysgenesis)현상을 일으킴. 31bp의 ITR(inverted terminal repeat)를 포함하는 0.5~2.9kb길이의 DNA. 전이효소를 암호화 함. P인자의 이동성을 이용하여 초파리에서 생식세포 형질전환에 이용. √

45 사람에서의 이동성 인자 – LINE & SINE
제 14 장 유전자 돌연변이와 수리 14장 사람에서의 이동성 인자 – LINE & SINE 긴 산재요소(long interspersed elements, LINEs): 약 6 kb 길이의 DNA, 85만개까지의 사본으로 존재함.(전 유전체의 21% 차지) 짧은 산재요소(short interspersed elements, SINEs): 100~500 bp 길이, 150만 개 사본으로 존재(인간 유전체의 13% 차지) 기타 여러 가동성 인자들: 인간 유전체의 11% 차지. 인간 유전체의 암호화 서열: 1 % 정도. 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 가동성 인자로 인한 인간의 질병들 -혈액 응고요소 VIII결핍(혈우병): 이 유전자에 삽입된 LINE 발견 (환자 어머니는 이러한 타입의 유전자를 보유하지 않았음) -인간의 dystrophin 유전자 내로 삽입된 LINE 특정 형태의 뒤센형 근이영양증 유발 -APC 유전자와 c-myc 유전자 내의 LINE 삽입 일부 대장암과 유방암 -BRCA2 유전자 내 삽입된 SINE인 Alu 인자 일부 가족성 유방암 -Factor IX 유전자 내 Alu 삽입  B형 혈우병 -NF-1 유전자내 Alu 삽입  신경섬유종 발생 √

46 14장 9-1 돌연변이를 이용하는 유전학 제 14장 유전자 돌연변이와 수리 √
제 14장 유전자 돌연변이와 수리 14장 9-1 돌연변이를 이용하는 유전학 모델 생물(model organism): 배양의 용이성, 짧은 세대 기간, 다수의 자손 생산, 돌연변이화의 용이성, 교배의 용이성 때문에 연구에 사용되는 생물들. Ex) 세균, 효모, 초파리, 선충, 애기장대, 생쥐 등. 돌연변이를 만들고 추적하는 방법을 이용 방사에너지; 이온화방사선(염색체 절단, 결실, 전좌, 재배열 등을 유발), 자외선 에틸메틸설폰산(EMS), 니트로소구아니딘 등의 화학물질; 단일 염기쌍 변화나 작은 결실 혹은 삽입 유발. 트랜스포존의 이용: 초파리의 P인자(삽입으로 인한 유전자 불활성화 유발) 유전자 조작; 자리 지정 돌연변이화(site directed mutagenesis) 와 형질전환 생물체(knock-out mutant) 제작 돌연변이체의 검색과 선발: 시각적 & 생화학적 검사, 화학약품을 이용한 선택(selection) 단원개념 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

47 14장 9-2 유전자 도입 모델 생물의 이용 제 14장 유전자 돌연변이와 수리
제 14장 유전자 돌연변이와 수리 14장 9-2 유전자 도입 모델 생물의 이용 녹아웃 유전자(Knock out gene)와 트랜스진(transgene) 단원개념 위치지정 돌연변이화의 유용한 응용사례: 유전자의 비기능화(nullify)  영 대립인자(null allele)의 생성; 유전자 내에 결실 혹은 파괴적 서열을 도입하고 이 유전자를 생식세포에 도입하여 유전자의 기능을 추적함. 유전자 치환(replacement): 기능이 없는 삽입 유전자(null allele)가 원 유전자를 대체한 경우  ‘gene knock out’ knockout organism: 특정 유전자가 기능 없는 영대립인자로 치환된 동물(모델 생물의 이용) 트랜스진(transgene): 유전자의 추가 도입. 형질전환 생물(transgenic organism); 특정 유전자를 한 사본 더 가진 생물. 특정 유전자의 치환 과정이 필요치 않다. 돌연변이의 분류 자연발생 돌연변이 자연돌연변이의 발생 유도 돌연변이 돌연변이에 대한 이해 에임즈 테스트 돌연변이 수리 가동성 인자들 돌연변이의 이용 √

48 14장 위치 지정 돌연변이화 과정

49 돌연변이의 검색 방법의 예 : 유전적 검사 초파리에서의 탐색 : 부착 X 염색체를 이용한 X-연관 돌연변이의 분석
14장 돌연변이의 검색 방법의 예 : 유전적 검사 초파리에서의 탐색 : 부착 X 염색체를 이용한 X-연관 돌연변이의 분석 부착 X – 암컷의 이용 ~ 동원체에 결합된 두 개의 X염색체를 가지는 암컷. 돌연변이를 유발시킨 수컷(X염색체에 돌연변이가 생겼을 것)과 교배 수컷의 X염색체에서 일어난 돌연변이를 표현하는 자손들을 얻어 표현형으로부터 돌연변이 유전자를 연구할 수 있다.(살아남는 수컷들만 조사하면 됨.)

50 인간에서의 변이 탐색의 예- 가계도의 이용 사람의 유전성 백내장에 대한 가상적 가계도와 유전 패턴의 추정
14장 인간에서의 변이 탐색의 예- 가계도의 이용 사람의 유전성 백내장에 대한 가상적 가계도와 유전 패턴의 추정 발단자 이후로의 높은 발생율, 세대를 거르지 않음 : 우성 돌연변이 4세대의 이환되지 않은 딸은 이 표현형이 X연관이 아님을 시사. 이 증상이 완전한 유전도를 보인다고 하면 가계도를 통한 추측은 매우 신뢰할만한 자료가 된다. Cf. 현대에는 인간의 세포를 분리하여 배양할 수 있으므로 시험관내 세포배양(in vitro cell culture) 기술이 흔히 사용되어 생화학적 검사나 유저적 검사에 사용될 수 있다.

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52 단원요약 돌연변이는 유전적 변이, 진화, 그리고 유전적 분석법의 기초가 된다.
14장 단원요약 돌연변이는 유전적 변이, 진화, 그리고 유전적 분석법의 기초가 된다. 돌연변이들의 표현형적 효과는 기능상실 돌연변이와 유전자 녹아웃부터 유전자 산물이 새로운 활성을 갖는 기능획득 변이까지 다양하다. 자발적 돌연변이(자연 돌연변이)율은 생물마다 다양하며 같은 생물에서도 유전자마다 다를 수 있다. 자연돌연변이는 여러 기작에 의해 발생할 수 있으며 DNA 복제 중에 생기는 오류들이나 DNA 손상에 기인한다. 돌연변이는 여러가지 메카니즘에 의하여 수선되며 이러한 메카니즘은 모든 생물에 공통적으로 적용되는 것보다는 각각의 생물체에 다양한 메카니즘으로 존재한다 돌연변이는 유전학을 연구하는데 사용되며 연구자 연구연구의 기초자료 제공, 질병모델동물의 제작 등에 사용된다.

53 14장 단원숙제 연습문제의 9, 17, 27번을 푸시요.