13.7: 교정

개요

새로운 DNA 분자의 합성은 DNA 중합효소(DNA polymerase; DNA 폴리머레이스)가 뉴클레오타이드(nucleotide)를 주형(template) DNA 가닥과 상보적(complementary; 상호보완적)인 순서로 결합할 때 시작됩니다. DNA 중합효소는 DNA 복제의 정확도(fidelity)를 보장하기 위해 정확한 염기에 대한 친화력(affinity)이 더 높습니다. DNA 중합효소는 또 초기 DNA 가닥에서 잘못된 뉴클레오타이드를 잘라내는 핵산외부가수분해효소(exonuclease; 핵산말단가수분해효소) 도메인(domain)을 사용하여 복제 중에 더 많은 교정(proofreading)을 합니다.

복제 중 오류는 DNA 중합효소에 의해 수정됩니다.

유전체 DNA는 5’에서 3’ 방향으로 합성됩니다. 각각의 세포는 DNA를 합성하고 실수를 수정하는 데 다양한 역할을 하는 여러 DNA 중합효소를 포함하고 있습니다. DNA 중합효소 델타와 입실론은 핵 DNA를 복제할 때 교정 능력을 갖추고 있습니다. 이러한 중합효소는 각 염기를 새 가닥에 추가한 뒤 “읽습니다”. 새로 추가된 염기가 올바르지 않으면 중합효소가 방향을 반대로(3’에서 5’로 이동) 돌려서 핵산외부가수분해효소 도메인(exonucleolytic domain)을 사용하여 잘못된 염기를 잘라낸 뒤 올바른 염기로 교체합니다.

DNA 중합효소의 핵산외부가수분해효소 도메인의 돌연변이는 암에 관련되어 있습니다

교정은 새로 합성된 DNA에서 돌연변이(mutation)가 발생하는 것을 막는 데 중요한데 교정 기작이 실패하면 어떻게 될까요? 돌연변이가 DNA 중합효소의 핵산외부가수분해효소 도메인을 변화시키면, 해당 도메인은 잘못된 뉴클레오타이드를 제거하는 능력을 잃게 됩니다. 따라서 돌연변이가 유전체 전체에 빠르게 축적될 수 있습니다. 이런 종류의 돌연변이는 다양한 종류의 암과 연관되어 있습니다.

낮은 정확도를 가진 DNA 중합효소가 돌연변이를 가진 DNA 서열을 생성할 수 있습니다

변형된 DNA 중합효소는 특정 DNA 조각의 여러 복사본을 만드는 체외(in vitro; 시험관내) 기술인 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, 줄여서 PCR)을 위해 사용됩니다. 최종 생성물이 완벽한 것이 중요할 땐 정확도가 높은 중합효소(high-fidelity polymerase)를 사용하지만, 실수 유발 PCR(error-prone PCR)과 같은 일부 기술은 의도적으로 DNA에 돌연변이를 발생시키기 위해 교정능력이 저하된 중합효소를 사용합니다.

- [강사] DNA 복제 과정 중에뉴클레오타이드가 일반적으로새로운 가닥에 첨가되는데이는 템플릿과 상호 보완적인 배열 내에 있으며티민에 결합하는 아데님과구아닌에 결합하는 시토신과 함께 일어납니다그러나, 뉴클레오타이드는 쌍을 잘못 이룰 수 있는데예를 들어, 아데닌과 시토신입니다복제 중 발생하는 이러한 오류의 방지나 수정은일련의 교정 단계로 이루어 지는데DNA 중합 효소에 의해 수행되며이는 DNA를 합성하는 효소입니다첫째로, DNA 중합 효소는 더 높은 친화력을올바른 쌍을 이루는 뉴클레오티드에 가지고 있으며이는 잘못된 쌍의 가능성을 줄여줍니다둘째, 뉴클레오타이드가 템플릿과 쌍을 이루기 시작하며DNA 중합 효소는 구조 변화를 겪는데이를 통해 잘못된 쌍을 이룬 뉴클레오티드가분리될 확률이 높아지며바른 뉴클레오티드의 접합이 가능해집니다셋째, 잘못된 뉴클레오타이드가성장하는 DNA 사슬에 추가되게 되면템플릿과 올바르게 연결되지 않는데구조적 문제에 따른 것입니다잘못된 쌍이 성장 사슬의 3 프라임 끝자리에서DNA 합성을 멈추게 됩니다3 프라임 끝자리는 이동을 하여DNA 중합 효소의 특정 엑소뉴클레아제 부위에 접근해3 프라임 위치의 뉴클레오타이드를 제거하고5 프라임으로 방향을 잡습니다이 핵산 분해 교정 단계에서잘못된 쌍은 제거되고올바른 뉴클레오타이드로 대체됩니다