[분자생물학] 전사 및 번역 과정에서의 돌연변이와 수리 기작

전사 및 번역 과정에서 돌연변이가 발생할 수 있는데, 그 종류들은 다음과 같습니다.

 

자연 돌연변이

DNA Polymerase의 오류는 중합효소가 염기를 잘못 붙여서 발생한 오류입니다.

 

호변체는 아미노 염기(A, C)의 아미노기가 이미노기로 변화하거나, 케토 염기(G, T)의 keto가 enol로 변화한 염기입니다.

 

탈아민화는 아미노기가 제거되는 현상으로, 염기에 질산(HNO3)을 처리하면 아미노기가 제거되어,

  시토신(C)은 우라실(U)이 되고, 아데닌(A)은 하이포잔틴(H)이 됩니다.

 

** 호변체나 탈아민화가 발생하면 다른 염기가 결합합니다.

   (ex : A-T에서 A에 오류가 발생하면 A-C가 되어서, 복제나 번역 시 C 쪽에서 문제가 발생합니다.)

 

반복 서열이 있는 경우 메틸화가 일어나 탈아세틸화가 발생하고, 이에 따라 염색체 응축이 발생합니다.

 

 

점 돌연변이

점 돌연변이는 염기 서열 하나가 바뀐 돌연변이입니다.

 

침묵 돌연변이는 번역되는 아미노산의 변화가 없는 경우입니다.

중립 돌연변이는 기능이 같은 아미노산으로 번역되는 경우입니다.

미스센스 돌연변이(Missense)는 기능이 다른 아미노산으로 번역되는 경우입니다.

** DNA, RNA, 아미노산 양이 그대로이므로 서던, 노던, 웨스턴 블로팅 결과가 모두 같습니다.

넌센스 돌연변이(Nonsense)는 종결 코돈이 되어 종결 아미노산으로 번역되는 경우입니다.

** 아미노산 양이 감소하므로 웨스턴 블로팅 이동 거리만 증가합니다.

 

 

틀변환 돌연변이

틀변환 돌연변이는 염기의 삽입이나 결실이 일어나 뒤쪽 아미노산에 전부 영향을 주는 돌연변이입니다.

 

** 결실 돌연변이가 발생하면 DNA가 끊기므로 서던, 노던, 웨스턴 블로팅 이동 거리가 모두 증가합니다.

 

 

돌연변이 유도 물질

돌연변이 유사체가 염기 대신 끼어 들어가거나 염기가 변환하여 발생하게 되면,

퓨린 자리는 퓨린의 다른 염기가, 피리미딘 자리는 피리미딘의 다른 염기가 결합할 수 있습니다.

 

염기 유사체 브로모우라실은 티민(T) , 아미노퓨린은 아데닌(A) 대신 끼어들어가 호변체를 발생시킵니다.

ex ) A-Bu 결합 후 복제/전사 될 때 G-Bu가 되고, 한 번 더 거치면 G-C가 됩니다.

     또는 역으로 G-Bu 결합 후 복제/전사 될 때 A-Bu가 됐다가 A-T로 복원될 수도 있습니다. (양방향성)

 

하이드록실아민은 시토신(C)에 하이드록시기(-OH)가 붙은 형태입니다.

ex ) C-G 결합하다가 시토신이 하이드록실아민이 되면 C'-A가 됐다가 T-A가 될 수 있습니다.

** 하이드록실아민만이 유일하게 단방향성입니다.

 

알킬화 물질 EMS(EthylMethane Sulfonate, 에틸메틸설폰산)는 keto를 enol로 변환시키는 작용을 합니다.

ex ) G-C에 EMS를 처리하면 G가 enol이 되어 G'-T가 되고 이후 A-T가 됩니다. (양방향성입니다.)

 

삽입성 물질 EtBr/Propidium Iodide/아크리딘오렌지는 DNA에 끼어들어가 틀변환 돌연변이를 발생시킵니다.

 

 

돌연변이 관련 실험

온도민감성 돌연변이는 효모나 세균에서 발생하며 제한 온도(37도) 이상에서 His-(히스티딘 합성 못함)입니다.

Ame's Test는 살모넬라균 His-에서 발생하는 복귀돌연변이 His+의 빈도를 이용해 돌연변이원을 찾는 실험입니다.

↓ 아래의 포스트의 중간 부분에 정리되어 있습니다.

[세포생물학] 대조 실험 : 독립변인과 종속변인, 실험군과 양성/음성 대조군 설명과 각종 예시

** 복귀 돌연변이가 잘 발생하면 체내에서 발암물질로 작용하기 쉽습니다.

 

 

트랜스포존

트랜스포존은 DNA 일부가 통째로 절단 및 삽입 되는 현상으로, 다른 유전자를 파괴할 수 있습니다.

+ 양단이 역말단 반복서열(대칭)을 가지고 있어서 양단이 동시에 잘리기 쉬운 것입니다.

+ Ti 플라스미드의 Vir 유전자도 DNA 양단을 동시에 절단한다는 유사점이 있습니다.

 

레트로트랜스포존은 mRNA가 역전사 된 DNA가 통째로 삽입되는 현상으로, 역시 다른 유전자를 파괴합니다.

 

 

사람에서의 돌연변이

혈액형 인식당은 각각 A형은 N-아세틸갈락토사민 B형은 갈락토오스인데,

점 돌연변이에 의해 골지체의 Glycosyltransferase의 당화 활성 부위(구조)에 차이가 발생한 것입니다.

** O형은 틀변환 돌연변이라서 아예 당을 붙이지 못하는 것입니다.

 

+ 일반적으로 돌연변이로 인한 질병은 틀변환 돌연변이가 원인인 경우가 더 심각합니다. (ex : 근위축증)

 

 

수리 기작

수리 기작은 염기 돌연변이가 발생했을 때 이를 고치는 메커니즘입니다.

교정 수선(3'->5' Exonuclease)은 DNA 복제 과정에서 언급했던 가장 기본적인 수리 기작입니다.

 

염기 절제 수리는 단일 뉴클레오티드에서 오류가 발생했을 경우 작용하며,

잘못 연결된 염기를 제거, Endonuclease 작용, DNA Polymerase I 작용, Ligase 작용 순으로 이루어집니다.

 

뉴클레오티드 절제 수리는 자외선에 의한 손상과 같이 다량의 DNA가 손상받았을 경우 작용하며,

손상 부위 양 끝 말단에 Endonuclease 작용, Helicase 작용, DNA Polymerase I 작용, Ligase 작용 순으로 이루어집니다.