돌연변이의 유형 - 삽입과 결실, 중복, 전좌

삽입과 결실

어떤 유전자의 DNA에 여분의 염기쌍들이 첨가되는 경우가 종종 있다. 그와 같은 돌연변이를 삽입(insertion)이라 한다. 반대로 한 유전자내의 염기쌍들이 때때로 제거되어져 결실(deletion)이 되기도 한다. 이러한 현상들은 한 개에서부터 수천 개의 염기쌍 범위내 에서 발생한다.

하나 또는 2개의 염기쌍에 의한 삽입과 결실은 유전자의 해독에 "구조이동”(frameshift)을 유발하기 때문에 유전자에 대한 부분적인 파괴의 결과를 가져온다. mRNA는 새롭게 구성된 3개의 염기쌍을 바탕으로 해석하게 되고, 이런 새로운 코돈에 의한 단백질은 거의 쓸모가 없다. 너무 많은 아미노산의 삽입이나 결실은 단백질의 구조에 변화를 가져와 정상적인 기능을 수행할 수 없게 하지만, 3개의 염기단위로 일어나는 삽입과 결실은 해독틀(reading frame)을 그대로 유지시키기 때문에 다소 덜 심각하다. 구조이동으로 인하여 종종 새로운 정지코돈으로 되기도 함으로 넌센스 돌연변이를 일으키기도 한다. 여하튼 단백질 합성의 정지는 적어도 세포에 불필요한 요소를 제공해 준다.

비록 3개의 염기단위에 의한 뉴클레오티드의 삽입이 구조이동의 원인은 되지 않을지라도 세포내 교란의 원인이 될 수 있다. 인간의 X 염색체의 어떤 좌위는 반복적인 CGG(CGGCG-GOGGCGG 등)를 가진다. CGG의 수는 적게는 5개에서 많게는 50개 정도까지는 표현형상에 영향을 주지 않는다(이 반복 뉴클레오티드는 그 유전자의 noncoding 영역에 위치한다). 심지어 100회 정도의 반복도 어떤 유해한 영향을 주지 않는다. 그러나 이들 반복서열의 경향은 다음 세대에 더욱 길어지게 된다(4,000회 정도까지). 이것은 X 염색체 수축의 원인이 되고 이로 인하여 X 염색체가 쉽게 절단될 수 있다. 그와 같은 염색체(물론 그의 모계를 통해서만 물려받을 수 있음은 당연한 것이다)를 물려받은 남자는 지능 저하를 포함한 수많은 유해한 표현형적 영향으로 고통받는다. 이 표현형을 취약 X 증후군(fragile X syndrome)이라 한다. 하나의 취약 X(fragile X, 이러한 증후군을 가진 남자가 아버지가 되는 경우는 거의 없기 때문에 역시 어머니로부터) 염색체를 물려받은 여자는 비교적 그 영향을 적게 받는다. 이 취약 X 증후군은 한 유전자내 많은 반복된 3개의 염기코돈 삽입에 의한 심각한 유전성 질환 중의 하나이다.

척추동물의 게놈 또한 반복된 수천 복사본의 DNA 염기서열을 함유하고 있다. 예를 들어 인간의 게놈에서 Alu 염기서열이라는 300 염기쌍의 30만 복사본을 가지고 있다(제한효소 Alu I 에 대한 절단부위를 가지므로 붙여진 이름이다. 또한 인간의 게놈은 광범위 산재 뉴클레오티드 요소(long interspersed nucleotide elements, LINEs)라는 더욱더 긴 반복서열들의 많은 복사본(50,000~100,000)을 함유하고 있다. 이 LINEs는 대개 유전자내보다는 유전자 사이에서 발견된다. 그러나 때때로 LINEs(Alu 서열도 물론)의 위치는 변할 수 있고 구조유전자내로 끼어들어갈 수 있다. 예를 들어 혈액응고인자(clotting factor VII)의 유전자내로 LINEs 의 삽입은 혈우병 A(hemophilia A)를 일으키는 돌연변이의 한 유형이다. 더욱더 일반적인 경우는 LINEs(Alu 서열)가 인트론(intron)과 유전자들 사이로 삽입되어 그들이 유전자의 발현에 영향을 줄 수 있다는 것이다.

LINEs와 Alu 서열 같은 반복 DNA 서열이 DNA내로 삽입될 뿐만 아니라 기회적으로 빠져나올 수도 있다. 그런 경우 약간의 인접 뉴클레오티드와 동시에 빠져나와 유전자 결실의 원인이 되기도 한다. LINEs와 Alu서열과 같이 게놈 주위에서 움직이는 것들을 전이요소(transposable element)라 한다. 유사한 전이요소 또는 도약유전자(jumping gene)들은 진핵생물뿐만 아니라 원핵생물을 포함한 다른 생명체들에서도 발견되어지고 있다. 같은 반복서열 가닥의 존재는 감수분열 때 정확한 짝짓기(pairing)에 문제를 가지고 있다. 한 염색분체의 잘못된 가닥 위 5개 Alu서열의 세 번째 것이 다른 염색분체 위 세 번째 서열과 짝을 이루는 정확한 과정이 어떻게 이루어지는가? 만약 다른 Alu 서열과 우연히 짝을 이루게 되면 불균등 교차(unequal crossingaver)의 결과를 가져올 것이다. 불균등 교차는 중복의 가장 일반적인 원인의 하나이다.

 

중복

중복(duplication)은 게놈의 한 부위가 두 배로 되는 현상이다. 8.7절에서 감수분열 동안 부등 교차로 인해 어떻게 중복이 되는지, 확장된 많은 유전자들내 유전자 중복의 중요성이 생명체내에 어떻게 유용한지를 알아보았다. 비록 유전자 중복이 오랜 진화의 과정 동안 유익하게 작용했을지라도, 그들은 유해돌연변이로 작용할 수 있다. 부등 교차가 알도스테론(aldosterone)이라는 호르몬의 합성에 필요한 유전자의 두 번째 복사본을 어떻게 만들어내는지를 보여준다. 그러나 이 새로운 유전자는 5' 말단 부위에 부적당한 촉진유전자(promoter)를 가지고 있기 때문에 정상 유전자보다 발현의 정도가 더 크다. 이 중복된 유전자를 가진 사람은 혈압이 매우 높으며 발작 증세로 일찍 사망하는 경향이 있다.

 

 

전좌

전좌(translocation)는 한 염색체의 한 부분이 비상동염색체로 옮겨가는 것이다. 전좌는 종종 가역적으로 일어나므로 2개의 비상동염색체가 조각을 맞바꾸는 결과가 된다. 전좌는 다양한 방법으로 표현형상의 변화를 초래한다. 유전자 사이에서 분리가 일어나면 그 유전자의 기능은 상실된다. 때때로 염색체 조각 위의 모든 유전자들이 새로운 위치로 완전하게 전좌되기도 하지만, 서로 다른 촉진유전자 및 엔핸서들의 비적절한 지배하에 놓이게 되므로 결국 그들의 발현은 달라지게 된다. 몇 가지 종류의 암이 이러한 방법에 의해 생기기도 한다. 어떤 전좌들에서 각 염색체의 절단 부위가 유전자 내에 위치하기도 한다. 일단 전좌가 일어나게 되면 잡종화된 유전자가 생겨난다. 이것이 전사되어 하나의 정상 세포 단백질의 N-말단 부위와 또 다른 C-말단이 결합된 형태의 단백질로 해독될 것이다