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6.9:

๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ

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Molecular Biology
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JoVE Core Molecular Biology
Mismatch Repair

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DNA ๋ณต์ œ์—์„œ ๊ต์ • ์‹ค์ˆ˜, ์ด๋ฅผํ…Œ๋ฉด์•„๋ฐ๋‹Œ์ด ์‹œํ† ์‹ ๊ณผ ๊ฒฐํ•ฉํ•˜๋Š” ์‹ค์ˆ˜๊ฐ€ ์ง€์†๋  ์ˆ˜ ์žˆ๊ณ ๋ถ€์ •ํ•ฉ ์ˆ˜๋ฆฌ ๊ธฐ์ œ๋ฅผ ํ†ตํ•˜์—ฌ ๊ณ ์น  ์ˆ˜ ์žˆ๋‹ค์ด ๊ณผ์ •์—์„œ ์ž˜๋ชป ์ง์ง€์–ด์ง€ ๋ฒ ์ด์Šค๋Š”๋น„์ •์ƒ์ ์ธ ๊ตฌ์กฐ ๋•Œ๋ฌธ์— ๋ถ€์ •ํ•ฉ MutS ๊ฐ™์€ ์ˆ˜๋ฆฌ ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ์ด์•Œ์•„๋‚ด๊ณ  , MutL ๊ฐ™์€ ๋‹ค๋ฅธ ๋ถ€์ •ํ•ฉ ์ˆ˜๋ฆฌ ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ์€์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์•Œ์•„๋‚ด์„œ๊ฒฌ๋ณธ ๊ฐ€๋‹ฅ์ด ๋ณ€ํ•˜์ง€ ์•Š๋Š” ๋™์•ˆ์—์˜ค๋ฅ˜๊ฐ€ ์žˆ๋Š” ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์ˆ˜๋ฆฌํ•œ๋‹ค์ƒˆ ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์–ด๋–ป๊ฒŒ ์•Œ์•„๋‚ด๋Š”์ง€๋Š” ์œ ๊ธฐ์ฒด์— ๋‹ฌ๋ ค์žˆ๋‹คE.coli์—์„œ๋Š” ํŠน์ˆ˜ DNA ์„œ์—ด์ด ๋ฉ”ํ‹ธํ™” ๋˜์–ด ์žˆ๊ณ DNA๊ฐ€ ํ•ฉ์„ฑ๋œ ์กฐ๊ธˆ ํ›„์—๋ฉ”ํ‹ธ๊ธฐ๊ฐ€ ์ฒจ๊ฐ€๋˜์—ˆ๋‹คE.coli ๋ถˆ์ผ์น˜ ์ˆ˜๋ฆฌ ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ์€ ๋ฉ”ํ‹ธํ™” ๋˜์ง€ ์•Š์€์„œ์—ด์„ ๊ฐ์ง€ํ•˜๋ฉด์„œ ์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์„์•Œ์•„๋‚ธ๋‹ค์ง„ํ•ต ์ƒ๋ฌผ์—์„œ๋Š”, ๊ฒฌ๋ณธ๊ณผ ๋น„๊ตํ•ด์„œ ์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์ด์•ฝ๊ฐ„์˜ ํ‹ˆ์ด ์žˆ์„ ๊ฐ€๋Šฅ์„ฑ์ด ์žˆ๋‹ค์ง„ํ•ต ์ƒ๋ฌผ์˜ ๋ถˆ์ผ์น˜ ์ˆ˜๋ฆฌ ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ์ด ํ‹ˆ์ด ์žˆ๋Š” ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์•Œ์•„๋‚ด์–ด๊ทธ๊ฒƒ์„ ํ‘œ์ ์œผ๋กœ ์žก๊ณ  ์ˆ˜๋ฆฌ๋ฅผ ํ•œ๋‹ค์ƒˆ ๊ฐ€๋‹ฅ์ด ํŒŒ์•…๋˜๋ฉด์˜ค๋ฅ˜ ๋ถ€๋ถ„์ด ํ•ต์‚ฐ ๋ง๋‹จ ๋ถ„ํ•ด ํšจ์†Œ์— ์˜ํ•ด์„œ ์ ˆ๋‹จ์ด ๋˜๋Š”๋ฐ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ‹ฐ๋“œ๋ฅผ ์ œ๊ฑฐํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์ด๋‹ค๋งˆ์ง€๋ง‰์œผ๋กœ, DNA ํด๋ฆฌ๋ฉ”๋ผ์•„์ œ๋ฅผ ์˜ณ์€ ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํ‹ฐ๋“œ์— ์ถ”๊ฐ€ํ•˜๊ณ DNA ์—ฐ๊ฒฐ ํšจ์†Œ๊ฐ€ ๋ชจ์„œ๋ฆฌ ๊ฐ„๊ฒฉ์„ ๋ด‰ํ•˜๋ฉด์„œ์˜ค๋ฅ˜๋ฅผ ์ˆ˜๋ฆฌํ•œ๋‹ค

6.9:

๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ

๊ฐœ์š”

์œ ๊ธฐ์ฒด๋Š” DNA ๋ณต์ œ ์ค‘์— ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํƒ€์ด๋“œ(nucleotide) ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜(mismatch; ์—ผ๊ธฐ์Œ ๋ถˆ์ผ์น˜)๋ฅผ ํƒ์ง€ํ•˜๊ณ  ๊ณ ์น  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ์ •๊ตํ•œ ๊ณผ์ •์€ ์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์‹๋ณ„ํ•˜๊ณ  ์ž˜๋ชป๋œ ์—ผ๊ธฐ๋ฅผ ์˜ฌ๋ฐ”๋ฅธ ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํƒ€์ด๋“œ๋กœ ๊ต์ฒดํ•ด์•ผ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ(mismatch repair; ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ํšŒ๋ณต)๋Š” ์›ํ•ต์ƒ๋ฌผ(prokaryote)๊ณผ ์ง„ํ•ต์ƒ๋ฌผ(eukaryote) ๋ชจ๋‘์—์„œ ๋ฐœ์ƒํ•˜๋ฉฐ, ์—ฌ๋Ÿฌ ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ์— ์˜ํ•ด ์กฐ์ •๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

Mutator ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ๊ตฐ์€ DNA ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ์—์„œ ์ค‘์š”ํ•œ ์—ญํ• ์„ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค

์ธ๊ฐ„ ์œ ์ „์ฒด๋Š” ์„ธํฌ๋‹น 30์–ต ๊ฐœ ์ด์ƒ์˜ DNA๋ฅผ ๊ฐ€์ง€๊ณ  ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์„ธํฌ ๋ถ„์—ด ์ „์—, ๊ทธ ๋ฐฉ๋Œ€ํ•œ ์–‘์˜ ์œ ์ „ ์ •๋ณด๊ฐ€ ๋ณต์ œ๋˜์–ด์•ผ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. DNA ์ค‘ํ•ฉํšจ์†Œ(DNA polymerase; DNA ํด๋ฆฌ๋จธ๋ ˆ์ด์Šค)์˜ ๊ต์ • ๋Šฅ๋ ฅ์—๋„ ๋ถˆ๊ตฌํ•˜๊ณ , ๋ณต์ œ ์˜ค๋ฅ˜๋Š” ์•ฝ ๋ฐฑ๋งŒ ๊ฐœ์˜ ์—ผ๊ธฐ์Œ๋งˆ๋‹ค ๋ฐœ์ƒํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ํ•œ ๊ฐ€์ง€ ์˜ค๋ฅ˜ ์œ ํ˜•์€ ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํƒ€์ด๋“œ์˜ ๋ถˆ์ผ์น˜, ์ฆ‰ ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜์ž…๋‹ˆ๋‹ค (์˜ˆ: A๊ฐ€ G์™€ ์Œ์„ ์ด๋ฃจ๊ฑฐ๋‚˜ T์™€ C๊ฐ€ ์Œ์„ ์ด๋ฃน๋‹ˆ๋‹ค). ์ด๋Ÿฌํ•œ ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜๋Š” Mutator ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ๊ตฐ(Mutator protein family)์— ์˜ํ•ด ๊ฐ์ง€๋˜๊ณ  ๋ณต๊ตฌ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ๊ตฐ์€ ์ฒ˜์Œ์— ๋Œ€์žฅ๊ท  ๋ฐ•ํ…Œ๋ฆฌ์•„ Escherichia coli(E. coli)์—์„œ ๋ฐœ๊ฒฌ๋˜์—ˆ์ง€๋งŒ, ์›ํ•ต์ƒ๋ฌผ(prokaryote)๊ณผ ์ง„ํ•ต์ƒ๋ฌผ(eukaryote) ์ „๋ฐ˜์— ํ•ด๋‹น ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ๊ตฐ์˜ ๋™์กฑ์ฒด(homolog)๊ฐ€ ๋ฐœ๊ฒฌ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

Mutator S (MutS)๋Š” ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜๋ฅผ ์‹๋ณ„ํ•˜๊ณ  ๊ทธ๊ณณ์— ๊ฒฐํ•ฉํ•ด ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ(mismatch repair, ์ค„์—ฌ์„œ MMR)๋ฅผ ์‹œ์ž‘ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๋Ÿฐ ๋‹ค์Œ MutL์€ ์–ด๋–ค ๊ฐ€๋‹ฅ์ด ์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์ธ์ง€ ์‹๋ณ„ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ƒˆ ๊ฐ€๋‹ฅ๋งŒ ๋ณต๊ตฌํ•˜๊ณ  ์ฃผํ˜•(template) ๊ฐ€๋‹ฅ์€ ๊ทธ๋Œ€๋กœ ์œ ์ง€ํ•˜๋ฉด ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๋ ‡๋‹ค๋ฉด ์–ด๋–ป๊ฒŒ ์ด ๋ถ„์ž๋“ค์ด ์ƒˆ๋กœ ํ•ฉ์„ฑ๋œ DNA ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์‹๋ณ„ํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์„๊นŒ์š”?

DNA์˜ ์ƒˆ๋กœ ํ•ฉ์„ฑ๋œ ๊ฐ€๋‹ฅ์€ ์ฃผํ˜• ๊ฐ€๋‹ฅ๊ณผ ๋‹ค๋ฆ…๋‹ˆ๋‹ค

์—ฌ๋Ÿฌ ์œ ๊ธฐ์ฒด์˜ ์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์— ์žˆ๋Š” ์‚ฌ์ดํ† ์‹ (cytosine; ์‹œํ† ์‹ )๊ณผ ์•„๋ฐ๋‹Œ(adenine) ์—ผ๊ธฐ๋Š” ๋ณต์ œ ํ›„ ์–ผ๋งˆ ํ›„์— ๋ฉ”ํ‹ธ๊ธฐ(methyl group)๋ฅผ ๋ฐ›์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ Mut ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ์€ ์•„์ง ๋ฉ”ํ‹ธํ™” ๋˜์ง€ ์•Š์€ ์—ผ๊ธฐ์„œ์—ด๋ฅผ ์ธ์‹ํ•จ์œผ๋กœ์จ ์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์‹๋ณ„ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋˜ํ•œ, ์ง„ํ•ต์ƒ๋ฌผ์—์„œ ์ƒˆ๋กœ ํ•ฉ์„ฑ๋œ ๊ฐ€๋‹ฅ์€ DNA ๋‹‰(nick)์ด๋ผ๊ณ  ๋ถˆ๋ฆฌ๋Š” ์ž‘์€ ๊ท ์—ด์„ ๊ฐ€์ง€๊ณ  ์žˆ์„ ๊ฐ€๋Šฅ์„ฑ์ด ๋†’์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ MMR ๋‹จ๋ฐฑ์งˆ์€ ๋‹‰์ด ์žˆ๋Š” ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ์‹๋ณ„ํ•˜๊ณ  ํ•ด๋‹น ๊ฐ€๋‹ฅ์„ ๋ณต๊ตฌ๋ฅผ ์œ„ํ•œ ํ‘œ์ ์œผ๋กœ ์‚ผ์„ ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

์ƒˆ๋กœ์šด ๊ฐ€๋‹ฅ์ด ํ™•์ธ๋˜๋ฉด ํ•ต์‚ฐ๋ถ„ํ•ดํšจ์†Œ(nuclease)๋Š” ๋ฌธ์ œ๋ถ€์œ„๋ฅผ ์ ˆ๋‹จํ•˜๊ณ  ์ž˜๋ชป๋œ ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํƒ€์ด๋“œ๋ฅผ ์ ˆ์ œํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์ด์–ด์„œ DNA ์ค‘ํ•ฉํšจ์†Œ๊ฐ€ ๊ทธ ์ž๋ฆฌ๋ฅผ ์ •ํ™•ํ•œ ๋‰ดํด๋ ˆ์˜คํƒ€์ด๋“œ๋กœ ์ฑ„์šฐ๊ณ  DNA ์—ฐ๊ฒฐํšจ์†Œ(DNA ligase)๊ฐ€ DNA์˜ ๋‹น-์ธ์‚ฐ ๋ผˆ๋Œ€๋ฅผ ๋ด‰ํ•ฉํ•ด ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ ๊ณผ์ •์„ ์™„๋ฃŒํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ ๊ธฐ์ž‘์˜ ๊ฒฐํ•จ์€ ์•”์„ ์ผ์œผํ‚ฌ ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

MutS์— ํ•ด๋‹นํ•˜๋Š” ์ธ๊ฐ„์˜ ๋™์กฑ์ฒด๋Š” Mutator S homolog 2, ์ค„์—ฌ์„œ MSH2๋ผ๊ณ  ๋ถ€๋ฆ…๋‹ˆ๋‹ค. MSH2 ๊ธฐ๋Šฅ์ด ์†์ƒ๋œ ๊ฒฝ์šฐ ์œ ์ „์ฒด(genome) ์ „์ฒด์˜ ์  ๋Œ์—ฐ๋ณ€์ด(point mutation)์™€ ํ”„๋ ˆ์ž„์‰ฌํ”„ํŠธ ๋Œ์—ฐ๋ณ€์ด(frameshift mutation)๊ฐ€ ์ œ๋Œ€๋กœ ๋ณต๊ตฌ๋˜์ง€ ์•Š์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๋”ฐ๋ผ์„œ ์†์ƒ๋œ MSH2์˜ ์‚ฌ๋ณธ ํ•œ ๊ฐœ๋ฅผ ๊ฐ€์ง€๊ณ  ์žˆ๋Š” ์ธ๊ฐ„์€ ์•”์— ๊ฑธ๋ฆด ๊ฐ€๋Šฅ์„ฑ์ด ํฝ๋‹ˆ๋‹ค.

๋ณต๊ตฌ๋˜์ง€ ์•Š์€ ๋Œ์—ฐ๋ณ€์ด ์ ์‘์„ ์ด‰์ง„ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค

MMR์ด ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜๋ฅผ ์ ˆ๋Œ€ ๋†“์น˜์ง€ ์•Š๋Š” ๊ฒƒ์ด ๊ฐ€์žฅ ์ข‹์„๊นŒ์š”? ๋‚ฎ์€ ๋Œ์—ฐ๋ณ€์ด์œจ(mutation rate)์กฐ์ฐจ๋„ ์œ ๊ธฐ์ฒด์— ๋ฌธ์ œ๋ฅผ ์ผ์œผํ‚ฌ ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ํ•œํŽธ, ๋Œ์—ฐ๋ณ€์ด๋Š” ์ง‘๋‹จ์˜ ์œ ์ „์  ๋ณ€ํ™”์— ๊ธฐ์—ฌํ•˜๊ธฐ๋„ ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ์˜ˆ๋ฅผ ๋“ค์–ด, ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜๋ฅผ ํ—ˆ์šฉํ•˜๋Š” ๋ฏธ์Šค๋งค์น˜ ๋ณต๊ตฌ ์‹œ์Šคํ…œ์€ ๋ฐ•ํ…Œ๋ฆฌ์•„์—๊ฒŒ ์šฐ์—ฐํžˆ ํ•ญ์ƒ์ œ ๋‚ด์„ฑ์„ ๋ถ€์—ฌํ•˜๋Š” ์œ ์ „์ž์˜ ๋Œ์—ฐ๋ณ€์ด๋กœ ์ด์–ด์งˆ ์ˆ˜ ์žˆ๊ณ , ๋”ฐ๋ผ์„œ ํ•ญ์ƒ์ œ์— ๋…ธ์ถœ๋˜์—ˆ์„ ๋•Œ ๋ฐ•ํ…Œ๋ฆฌ์•„ ์ƒ์กด๊ณผ ์ƒ์‹์˜ ๊ฐ€๋Šฅ์„ฑ์„ ์ฆ๊ฐ€์‹œํ‚ฌ ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ์ด๊ฒƒ์€ ๋ฐ•ํ…Œ๋ฆฌ์•„ ๊ฐœ์ฒด๊ตฐ์—๊ฒŒ ์ข‹์€ ์†Œ์‹์ด์ง€๋งŒ ์ „์—ผ๋ณ‘๊ณผ ์‹ธ์šฐ๊ธฐ ์œ„ํ•ด ํ•ญ์ƒ์ œ์— ์˜์กดํ•˜๋Š” ์‚ฌ๋žŒ์—๊ฒŒ๋Š” ๋‚˜์œ ์†Œ์‹์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

์‚ฌ์‹ค, ํ™ฉ์ƒ‰ํฌ๋„์ƒ๊ตฌ๊ท  Staphylococcus aureus ๊ท ์ฃผ๋Š” ์ ์  ๋” ๋‹ค์ œ๋‚ด์„ฑ(multidrug-resistance)์„ ๊ฐ–์ถ”๊ณ  ์žˆ๋Š”๋ฐ, ์ด๋Š” ๋“ฃ๋Š” ํ•ญ์ƒ์ œ๊ฐ€ ๊ฑฐ์˜ ์—†๊ฑฐ๋‚˜ ์ „ํ˜€ ์—†์–ด ํ™˜์ž์—๊ฒŒ ๋ฐœ์ƒํ•˜๋Š” ํ•ด๋‹น ๋ฐ•ํ…Œ๋ฆฌ์•„์˜ ํ™•์‚ฐ์„ ๋ง‰์„ ์ˆ˜ ์—†๋‹ค๋Š” ๊ฒƒ์„ ์˜๋ฏธํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๋‹ค์ œ๋‚ด์„ฑ ๋ฐ•ํ…Œ๋ฆฌ์•„์— ์˜ํ•œ ๊ฐ์—ผ์€ ๋†’์€ ์‚ฌ๋ง๋ฅ ๊ณผ ๊ด€๋ จ์ด ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค. ๊ฐ€์ถ• ์ƒ์‚ฐ ์‹œ ํ•ญ์ƒ์ œ์˜ ๊ด‘๋ฒ”์œ„ํ•œ ์‚ฌ์šฉ๊ณผ ๋ถ€์ ์ ˆํ•˜๊ฒŒ ์งง์€ ํ•ญ์ƒ์ œ ํˆฌ์—ฌ๋Š” ๋‹ค์ œ๋‚ด์„ฑ ๋ฐ•ํ…Œ๋ฆฌ์•„ ์ถœํ˜„์— ๊ธฐ์—ฌํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

Suggested Reading

Li, Guo-Min. “Mechanisms and Functions of DNA Mismatch Repair.” Cell Research 18, no. 1: 85–98. [Source]

Centers for Disease Control and Prevention. “The Biggest Antibiotic-Resistant Threats in the U.S.” CDC.gov. [Source]