돌연변이

돌연변이 = 유전 가능한 DNA의 변화

돌연변이는 다음 세대로 전달되는 유전자의 안정적 변화이며, 서로 다른 대립유전자가 다른 표현형을 형성합니다. 다시 말해 돌연변이(mutation)는 한 세포에서 다른 세포로 또는 한 개체에서 다른 개체로 전달되는 DNA 뉴클레오타이드 서열의 변화라고 정의할 수 있습니다.

 

돌연변이가 발생하는 세포의 종류에 따라 돌연변이를 분류할 수 있습니다.

 

1.체세포 돌연변이

체세포(비배우자 세포)에서 일어납니다. 이 돌연변이는 유사분열 동안 딸세포에 전달되고 다시 그 자손세포에게 전달되지만 유성생식으로 태어나는 자손에게는 전달되지 않습니다. 예를 들어, 사람의 피부세포 하나에 돌연변이가 생기면, 일정 부위의 피부세포는 모두 같은 돌연변이를 가지지만 이 사람의 아이에게는 전달되지 않습니다.

 

2.생식계열돌연변이

생식계열의 세포에서 일어나는 돌연변이로서, 배우자로 발생할 특수화된 세포에서 일어납니다. 돌연변이를 가진 배우자는 수정을 통해 새로운 개체에게 돌연변이를 전달합니다. 새로운 개체는 모든 세포에 이 돌연변이를 가지고 있으며 또 자손에게 이 돌연변이를 전달할 수 있습니다. 안젤리나 졸리, 그녀의 이모와 엄마가 안젤리나의 할머니로부터 물려받은 BRCA1 돌연변이는 바로 생식계열돌연변이입니다.

 

그렇다면 모든 돌연변이가 표현형에 영향을 줄까요? 반드시 그렇지는 않습니다. 어떤 돌연변이는 단백질 기능에 영향을 주지만 어떤 돌연변이는 그렇지 않습니다.

 

영향을 주는 돌연변이로는 기능상실돌연변이와 기능획득돌연변이가 있고, 영향을 주지 않는 돌연변이로는 침묵돌연변이가 있습니다.

 

먼저, 침묵돌연변이(silent mutation)에 대해 알아봅시다.

이 돌연변이는 대개 단백질의 기능에 영향을 주지 않습니다. 이는 단백질의 암호화하지 않는 DNA 부위에 생긴 돌연변이이거나 또는 암호화 DNA 부위이지만 단백질에 영향을 주지 않는 경우입니다. 유전암호의 중복 때문에 암호화 부위의 염기 변화가 반드시 아미노산 서열의 변이로 나타나는 것은 아닙니다. 침묵돌연변이는 흔하게 나타나며, 대개 표현형의 차이로는 나타나지 않지만 유전적 변이를 생성합니다.

 

다음 영향을 주는 돌연변이들 중 기능상실돌연변이(loss of function mutation)는 단백질 기능에 영향을 줍니다. 이런 돌연변이는 유전자가 전혀 발현되지 못하게 하거나, 발현되더라도 촉매 기능을 상실한 효소처럼 더 이상 기능하지 않는 기능 장애 단백질을 생산하게 합니다. 기능상실돌연변이는 거의 항상 2배체 생물에서 열성 유전되는데, 그 이유는 정상 대립유전자가 하나만 있어도 정상적으로 작동하는 단백질을 충분히 생성하기 때문입니다. 예를 들어, 멘델에 의해 연구된 완두의 주름진 종자 대립유전자는 SBE1(녹말분지효소)이라는 유전자의 돌연변이에 의해 생기는데, 이 유전자가 정상적으로 생성하는 단백질은 종자가 발달할 때 녹말의 분지를 촉매합니다. 돌연변이에서는 SBE1 단백질이 그 기능을 하지 못하기 문에 삼투압을 변화시켜 주름진 모양을 만듭니다.  

 

마지막으로 기능획득돌연변이(gain of function mutation)는 바뀐 기능을 가진 단백질을 생성합니다. 기능획득돌연변이는 대개 우성 유전되는데, 그 이유는 야생형 대립유전자가 있다 하더라도 돌연변이 대립유전자의 기능을 막지 못하기 때문입니다. 이런 종류의 돌연변이는 암에서 흔합니다. 예를 들어, 세포분열을 항상 자극하는 결과를 초래하는 발암유전자의 돌연변이가 있습니다.

 

어떤 돌연변이는 특정 조건에서만 표현형에 영향을 줍니다. 예를 들어, 조건부돌연변이(conditional mutation)는 특정 제한조건에서만 표현형에 영향을 미치며, 허용조건에서는 나타나지 않습니다. 많은 조건부돌연변이는 온도에 민감하기 때문에 높은 온도에서 단백질은 구조적 안정성이 감소하게 됩니다. 예를 들어, 토끼나 샴고양이에서 나타나는 돌출부 체색 표현형은 털의 색소 유전자의 온도민감성 돌연변이(조건부, 기능상실)에 의해서 나타납니다. 정상 체온에서는 이 유전자에 의해 발현되는 단백질이 구조적으로 불안정해져 기능을 상실하므로 온도가 낮은 말단부에서만 짙은 털색이 나타납니다.

 

다음 포스팅에서는 돌연변이가 질병을 일으키는 방식에 대해 살펴보겠습니다.