7.4: 뉴클레오타이드 절제복구

개요

돌연변이원(mutagen)에 노출되면 DNA가 손상되고 이중 나선 구조를 왜곡하거나 적절한 전사(transcription)를 방해하는 부피가 큰 병변이 발생할 수 있습니다. 손상된 DNA는 뉴클레오타이드 절제복구(nucleotide excision repair, 줄여서 NER; 뉴클레오타이드 절제회복)를 통해 감지하고 복구할 수 있습니다. NER은 손상된 영역을 탐지하기 위해 DNA를 먼저 스캔하는 일련의 특수 단백질을 사용합니다. NER 단백질은 이어서 가닥을 분리하고 손상된 부위를 절제합니다. 마지막으로 절제된 자리에 일치하는 새로운 뉴클레오타이드(nucleotide)를 채워 넣는 것을 조정합니다.

DNA 왜곡과 손상

세포는 DNA를 손상하고 돌연변이를 일으킬 수 있는 환경요인인 돌연변이원에 정기적으로 노출됩니다. 자외선은 가장 흔한 돌연변이원 중 하나이며 DNA에 상당한 변화를 가져오는 것으로 추정됩니다. 여기에는 DNA 복제나 전사를 차단할 수 있는 구조의 굴곡이나 꼬임이 포함됩니다. 만약 이러한 오류들이 고쳐지지 않는다면, 그 손상은 돌연변이를 일으킬 수 있고, 결국 어떤 서열이 흐트러지는지에 따라 암이나 질병을 일으킬 수 있습니다.

손상된 영역의 식별과 복구

NER은 DNA의 손상된 영역을 인식하고 그 영역을 제거와 복구를 위해 표식하기 위해 특정 단백질 복합체에 의존합니다. 원핵생물(prokaryote)의 경우 NER 과정은 UvrA, UvrB, and UvrC, 이렇게 세 개의 단백질을 사용합니다. UvrA와 UvrB는 어떤 물리적 이상이 있는지 감지하기 위해 DNA 가닥을 따라 이동하는 복합체로서 함께 작용합니다.

손상이 확인되면 손상된 위치의 가닥이 분리되고 UvrC와 같은 핵산내부가수분해효소(endonuclease)가 해당 부위를 잘라냅니다. 그러면 DNA 중합효소(DNA polymerase; DNA 폴리머레이스)는 새로운 뉴클레오타이드로 잘린 부위를 채우고, DNA 연결효소(DNA ligase)는 새로운 DNA와 오래된 DNA 사이를 메웁니다.

NER의 돌연변이는 심각한 결과를 초래합니다.

원핵생물의 NER 복합체는 3개의 Uvr 단백질로 구성되어 있지만, 진핵생물(eukaryote)에서는 12개 이상의 단백질이 DNA 복구를 조절합니다. 인간의 경우, NER 경로의 돌연변이는 피부암 발병률이 2000배 증가하는 xeroderma pigmentosum (줄여서 XP)와 같은 질병을 일으킬 수 있습니다. XP를 앓는 사람은 자외선 노출에 매우 민감하고 햇빛에 단 몇 분만 노출돼도 심각한 피부 화상을 입을 수 있습니다. 또한, XP 환자는 조기 노화의 징후를 보이고 종종 신경학적 이상을 경험할 수 있습니다. 제대로 작동하는 복구 기작이 없다면, DNA 손상은 축적될 수 있고 비정상적인 세포사망이나 암종양을 초래할 수 있습니다.

[강사] 자외선에 DNS를 노출시키는 것과특정 화학발암물질들은 큰 장애를 일으킬 수 있는데,이는 정상구조의 특이왜곡이다.이런 유형의 손상은뉴클레오티드 적출 복구라고 하는 과정에 의해 고쳐질 수 있다.이 과정은 효소 복합체에서 시작되는데,이는 여기 대장균에서 볼 수 있고,단백질 UvrA와 UvrB를 포함하고 있으며,DNA를 따라 이동하면서,장애의 물리적 이상현상을 감지하기도 한다.그 위치에서 가닥들은 분리되어 있으며,UvrC 같은 엔도뉴클레아제 효소들은손상된 가닥들을 양쪽으로 찢는다.그 후, DNA 헬리카제(풀기효소)는 절단된 조각을 제거한다.또다른 효소인 DNA 폴리메라아제(중합효소)는,그 틈을 새로운 뉴클레오티드로 채운다.마침내, DNA 리가아제(연결효소)는DNA의 새 부분과 원래 부분 사이의 가장자리들을 봉인하여,복구 작업을 완료한다.