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13.10: 돌연변이
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13.10: 돌연변이

개요

돌연변이(mutation)는 DNA 서열의 변화입니다. 이러한 변화는 자연적으로 발생하거나 환경 요인에 노출되어 발생할 수 있습니다. 돌연변이는 단백질의 아미노산 서열을 어떻게 변경하는지, DNA의 작은 영역이나 큰 영역에서 발생하는지, 체세포 또는 생식세포에서 발생하는지 등에 따라 여러 가지로 특징 지을 수 있습니다.

분자 수준에서 점 돌연변이의 결과

단일 뉴클레오타이드에서 일어나는 돌연변이를 점 돌연변이(point mutation)라고 합니다. 유전자 내에서 점 돌연변이가 발생하면, 유전자가 암호화(coding; 부호화; 코딩)하는 아미노산 배열에 어떤 일이 일어나는지에 따라 결과의 심각한 정도가 달라질 수 있습니다. 침묵 돌연변이(silent mutation)는 아미노산 서열을 바꾸지 않으며 유기체에 아무런 영향을 미치지 않습니다. 과오 돌연변이(missense mutation; 미스센스 돌연변이)는 단일 아미노산을 변화시키고, 만약 이 변화가 단백질의 기능을 변화시킨다면 심각한 영향을 끼칠 수 있습니다. 넌센스 돌연변이(nonsense mutation)는 단백질을 조기에 잘라내는 종결코돈(stop codon; 종료코돈)을 만들어내어 단백질을 기능하지 못하게 만들 수 있습니다. 프레임쉬프트 돌연변이(frameshift mutation)는 하나 이상의 뉴클레오타이드가 단백질 암호화 DNA 서열에 삽입되거나 삭제되어 돌연변이가 있는 위치로부터 하류(downstream)에 있는 모든 코돈에 영향을 줄 때 발생합니다.

염색체 변형은 대규모 돌연변이입니다

돌연변이의 가장 극단적인 형태인 염색체 변형(chromosomal alteration)은 염색체의 물리적 구조를 변화시킵니다. 염색체 변형은 단일 염색체 내 큰 DNA 구역의 삭제(deletion), 중복(duplication), 반전(inversion) 또는 다른 염색체의 일부 통합을 포함할 수 있습니다. 이러한 돌연변이는 일반적으로 점 돌연변이보다 훨씬 더 심각합니다. 왜냐하면 돌연변이가 영향을 주는 구역에 많은 유전자와 조절요소(regulatory element)가 있기 때문입니다. 염색체 변형은 영향을 받은 세포의 핵형분석(karyotyping)을 통해 탐지할 수 있습니다.

생식세포 돌연변이만 유전됩니다

돌연변이는 어떤 세포에서도 일어날 수 있지만, 오직 난자와 정자에 존재하는 생식세포 돌연변이(germline mutation)만 자손에게 유전될 수 있습니다. 예를 들어, 유전병(hereditary disease)은 유해한 생식세포 돌연변이(deleterious germline mutation)에 의해 야기되는 유전질환(genetic disorder)의 한 부류입니다. 유전병은 1번부터 22번까지의 염색체에서 발생하는 상염색체성(autosomal)일 수도 있고, X 또는 Y 염색체에서 발생하는 반성(sex-linked)일 수도 있습니다. 유전병의 한 예는 주로 허파에 영향을 미치는 질병인 낭포성섬유증(cystic fibrosis)입니다. 이 병은 CFTR 단백질에서 하나의 아미노산을 제거하는 CFTR 유전자 내의 삭제로 인해 발생합니다. 낭포성섬유증은 한 개의 변이된 유전자와 한 개의 정상적인 유전자를 가진 사람이 그 병에 걸리지 않는다는 것을 의미하는 상염색체 잠성(autosomal recessive) 질병입니다 (주: 우성(dominant) 또는 열성(recessive)이라고 표현할 수 있지만 우성/열성은 현성/잠성으로 개선해야 할 표현입니다). 헌팅턴병(Huntington’s disease), 신경퇴행성 질환(neurodegenerative disorder) 같은 질병들은 상염색체 현성(autosomal dominant)이며, 이 병이 발생하려면 오직 한 개의 변이된 유전자만 필요하다는 것을 의미합니다.

일부 돌연변이는 환경 요인에 의해 발생합니다

체세포 돌연변이(somatic mutation)와 생식세포 돌연변이 모두 DNA 복제 중에 자연적으로 발생할 수 있지만, 환경에 있는 방사선이나 화학물질에 노출되어 발생할 수도 있습니다. DNA를 손상하고 돌연변이를 일으키는 외부 요인을 돌연변이원(mutagen)이라고 합니다. 환경 돌연변이원으로 잘 알려진 것은 자외선(ultraviolet radiation, 줄여서 UV)입니다. 자외선은 가시광선보다 더 많은 에너지를 전달하며 염기쌍(base pair) 사이의 결합을 끊음으로써 DNA를 손상하고, 같은 DNA 가닥의 타이민(thymine; 티민) 염기끼리 짝을 이루는 타이민 이합체(thymine dimer)를 만듭니다. 태양은 자외선의 자연적인 공급원입니다. 가장 해로운 파장인 UV-C는 대기 중 높은 곳에서 차단되지만, UV-A와 UV-B는 지구 표면에 도달합니다. 인위적인 자외선 노출은 주로 태닝 베드를 포함하는데, 이것은 주로 적은 양의 UV-B로 UV-A 광선을 내뿜습니다. 다행히도 세포는 손상된 DNA를 복구하는 기작을 가지고 있지만, 때때로 피부 세포와 같이 빨리 분열하는 세포에선 세포 분열 전에 DNA 손상이 복구되지 않습니다. 세포 성장과 분열을 조절하는 데 중요한 유전체 영역에서 DNA 손상이 발생하고 복구되지 않으면 암으로 이어질 수 있습니다.

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Mutations Point Mutations Nucleotide Protein Normal Nonfunctional Silent Mutations Missense Mutations Nonsense Mutations Frameshift Mutations Amino Acid Sequence Codon Substitution Malfunction Stop Codon Translation Truncated Protein Frameshift Reading Frame Insertion Deletion DNA Sequence

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