4. 돌연변이와 DNA 수선

돌연변이(mutation)

Post-Image _돌연변이
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돌연변이는 다양한 결과를 초래하는데 frameshift mutation으로 갈수록 더 나쁜 결과를 나타냅니다.

Post-Image _돌연변이의 다양한 결과
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Post-Image _염색체 구조 변화 유발 돌연변이
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돌연변이 유발 원인

염기(base)는 두 가지 화학 구조로 존재할 수 있습니다. 에너지 안정성으로 보면 amino/keto form이 더 안정적입니다.

Post-Image _자발적 돌연변이(spontaneous mutation)1
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이처럼 염기의 화학 구조에 따라 비정상적인 염기쌍을 이룰 수 있으며 자발적 돌연변이를 초래합니다.

Post-Image _자발적 돌연변이(spontaneous mutation)1
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Post-Image _자발적 돌연변이(spontaneous mutation)2
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또한 tandom repeat region에서 DNA polymerase의 미끄러짐으로 인해 DNA mispairing이 발생하고 돌연변이를 유발하는 경우입니다.

Post-Image _자발적 돌연변이(spontaneous mutation)3
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방사선(radiation)에 의한 돌연변이가 발생할 수 있습니다.

Post-Image _방사선(radiation)에 의한 돌연변이
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자외선(UV)에 의한 돌연변이가 발생할 수 있습니다.

Post-Image _자외선(UV)에 의한 돌연변이
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Ethidium과 같은 DNA 삽입제(intercalating agent)에 의해 돌연변이가 발생할 수 있습니다.

Post-Image _화학적 돌연변이원
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DNA 수선 기전

Post-Image _DNA repair 필요성
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DNA mismatch repair(MMR)는 MutSHL 시스템에 의해 작동됩니다. DNA 복제 직후 가닥은 hemi-methylated 되어있는데, 이렇게 새롭게 복제된 가닥을 대상으로 만약 MutS가 mismatch pairing을 인식한다면 아래 과정에 따라 MMR이 진행됩니다.

Post-Image _MMR
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Prokaryote에서 Nucleotide excision repair(NER)는 UvrABC 시스템에 의해 작동됩니다.

Post-Image _NER in prokaryote
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Eukaryote에서 Nucleotide excision repair(NER)는 두 가지 시스템에 의해 작동됩니다. 첫 번째는 global genomic NER 시스템으로 유전자 전사 여부와 상관 없이 전체 유전체를 대상으로 수선합니다.

Post-Image _NER in eukaryote - global genomic NER
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두 번째는 transcription-coupled NER 시스템으로 전사가 활발히 진행되고 있는 유전자를 우선적으로 수선합니다.

Post-Image _NER in eukaryote - transcription coupled NER
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Base excision repair(BER)는 prokaryote, eukaryote 모두 잘 보존된 수선 시스템으로 염기만 제거합니다.

Post-Image _Base excision repair(BER)
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UV로 유발된 thymine dimer를 수선하는 방법 중 하나로 광회복(photoreactivation)이 있습니다. 하지만 사람은 진화 과정에서 해당 기능이 사라졌다고 알려져 있습니다.

Post-Image _광회복
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효소(enzyme)의 작용으로 인해 수선하는 방법도 존재합니다.

Post-Image _효소(enzyme)에 의한 수선
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DNA double strand가 모두 잘린 경우 DSBR(DNA double strand break repair)가 이를 수선합니다. 첫 번째는 Non-homologous end joining 방식입니다.

Post-Image _DSBR - Non-homologous end joining
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두 번째는 homologous recombination 방식입니다.

Post-Image _DSBR - homologous recombination
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모든 수선 과정을 시도해도 복구할 수 없을 떄 마지막으로 시도할 수 있는 SOS response 방법이 존재합니다.

Post-Image _SOS response - E.coli
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DNA 손상에도 불구하고 TLS(DNA translesion synthesis)에 의해 반대가닥 합성이 가능합니다.

Post-Image _TLS
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Suppressor mutation은 발생한 mutation의 효과를 상쇄하기 위해서 또다른 mutation을 일으키는 방식입니다.

Post-Image _Suppressor mutation
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4. 돌연변이와 DNA 수선

돌연변이(mutation)

돌연변이 유발 원인

DNA 수선 기전

Further Reading

1. DNA, RNA, Protein

2. DNA 구조와 핵산 기술

3. DNA 복제