돌연변이원

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돌연변이원

[ mutagen ]

세포 내의 DNA의 염기서열이 모세포와는 다르게 변화하는 현상을 유전자 돌연변이(mutation) 라고 부른다. 이러한 변이는 복제가 일어나기 전에 원상태로 복구되지 못하면 다음 세대(generation)로 계승된다. 돌연변이는 염기의 tautomeric shift나 DNA 복제 과정에서의 오류로 인해 매우 낮은 비율로 생성되는데, 이러한 돌연변이를 자연발생 돌연변이(spontaneous mutation)라 한다. 통상적으로 keto-enol tautomer의 존재비율이 1/10,000정도 이기 때문에, 양쪽이 모두 tautomer가 되는 확률로 transition을 통한 자연발생 돌연변이가 일어난다. 돌연변이원(mutagen)은 자연발생돌연변이에 비해 매우 높은 빈도로 돌연변이를 유발하는 물리적 화학적 요인을 일컫는다. 돌연변이원에 의해 유도되는 돌연변이를 유도 돌연변이(induced mutation)로 정의하며, 자연발생 돌연변이와 구분한다.

목차

  1. 1.돌연변이원의 종류
    1. 1.1.물리적 요인
    2. 1.2.화학적 요인
  2. 2.돌연변이원에 의해 초래되는 결과와 수선시스템
  3. 3.집필
  4. 4.감수
  5. 5.참고문헌

돌연변이원의 종류

외부적으로 유발되는 돌연변이원으로는 크게 물리적 요인과 화학적 요인으로 다음과 같이 나눠볼수 있다.

물리적 요인
  • 자외선(UV radiation ) : 비전리선(non-ionizing radiation)인 UV는 pyrimidine인 두 cytosine과 thymine에 가장 치명적으로 pyrimidine dimer를 생성시킨다. 특히 UVA는 DNA의 산화적 손상을 유발시킨다.
  • 감마선(gamma radiation) : 전리선인 감마선에 노출되면 DNA의 공유결합들이 절단되어 DNA가 손상된다.
화학적 요인
  • 염기유사체(base anaog) : 염기유사체는 DNA 복제중에 유사체가 삽입되면 복제가 중단되기 때문에 복제가 일어나는 세포에만 변이를 일으키는 특징이 있다. 이에 속하는 대표적인 유사체로는 bromouracil, bromodeoxyuridine(BrdU) 이 있다.

그림. 염기 유사체(base analog)https://biotechkhan.wordpress.com/tag/deamination/ ()

  • 알킬화물질(akylating agent) : 이 물질은 염기유사체와는 다르게 세포가 복제가 일어나지 않는 때에도 변이를 일으킬수 있고, 이에 해당하는 것으로 ethyl methanesulfonate(EMS), methyl methanesulfonate(MMS), nitrosoguanidine(NTG), N-ethyl-N-nirtosourea(ENU) 등이 있다.
  • DNA intercalating agent : 이 물질은 두 가닥의 DNA 사이에 끼워 들어가 DNA의 변형을 초래하는 것으로 ethidium bromide, acridine dye가 여기에 속한다. 특히 이 물질들은 DNA 등의 유전물질을 관찰하기 위해 분자생물학 분야에서 널리 사용되고 있다.
  • 탈염기화학물질(deaminating agent) : adenine, cytosine의 amino group를 제거하여 수소결합 패턴을 바꾸어 잘못된 염기쌍을 생성시키는 물질로서, nitrous acid, nitrate, nitite가 여기에 속한다.

돌연변이원에 의해 초래되는 결과와 수선시스템

  • 탈아미노기화(deamination) : 이 현상은 자연 발생 돌연변이 외에도 주로 hydroxylamine(NH2OH), bisulfite(HSO3-), nitrous acid(HNO2)와 같은 화학적 돌연변이원에 노출되었때 발생한다. 이렇게 제거된 아미노기는 정상적인 염기로 교체하는 수선과정이 필요하다. 이에 해당되는 일반적인 수선시스템은 염기절제수선(base excision repair, BER)인데, DNA glycosylase의 작용으로 된 손상된 염기를 제거하고 AP(apurinic 또는 apyrimidine) endonuclease와 DNA polymerase에 의해 정상적인 염기로 교체하는 방법이다. 이외에 대부분의 세균에 존재하는 5-methyl-cytosine 염기에 탈아미노기 현상이 발생했을때는 VSP(very short patch) 수선 시스템을 이용하여 손상된 염기를 정상적인 염기로 교체한다.
  • DNA 뒤틀림(DNA distortion) : 염기유사체, 알킬화물질 등의 돌연변이원으로 인해 DNA의 작은 뒤틀림이 발생하는데, 이러한 변이는 methyl-directed mismatch repair 방법에 의하여 이 뒤틀림이 감지되어 수선된다.
  • 염기의 알킬화(alkylation) : 알킬화물질에 노출되었을때 DNA 염기와 phosphate group에 alkyl group이 첨가되어 DNA 변이가 발생한다. 이를 위한 수선시스템은 alkylation된 염기를 제거하는 BER방법과 methyltransferase를 사용하여 DNA내에 존재하는 alkylation된 염기로부터 직접 methyl group만을 제거하는 방법이 있다.
  • 피리미딘 이량체(pyrimidine dimer) : UV선의 조사에 의해 형성되는 전형적인 결과로서, UV 광자가 pyrimidine 염기를u활성화시켜 이 염기내에 존재하는 이중결합이 주변 pyrimidine 염기의 원자와 반응하고 cyclobutane ring이 형성되어 thymie dimer가 생성된다. 이러한 dimer를 포함하는 nucleootide를 제거하는 수선방법으로 UVrABC를 매개로 하는 nucelotide excision repair(NER)이 있으며, 또 다른 방법으로서 photoreactivation 시스템은 photoreactivating 효소가 cyclobutane ring에 부착하고 빛을 조사하면 photolyase가 두개의 pyrimidine 염기 사이의 결합을 끊어 원상태로 복구하는 방법이다.

그림. 피리미딘 이량체 (출처: 한국미생물학회)

집필

최경희/원광대학교

감수

조유희/차의과학대학교

참고문헌

동의어

mutagen, 돌연변이원, Mutagen