돌연변이: 유형 및 원인

유기체의 발달과 기능은 크게 유전자에 의해 제어됩니다. 유전자 돌연변이는 암호화된 단백질의 구조를 변화시켜 발현을 줄이거나 완전히 잃을 수 있습니다. DNA 서열의 변화는 암호화된 단백질의 모든 사본에 영향을 미치기 때문에 돌연변이는 특히 세포나 유기체에 손상을 줄 수 있습니다.

유전학자들은 종종 유기체의 유전자형과 표현형을 구별합니다. 엄밀히 말하면, 개인의 전체 유전자 세트는 유전자형이며, 개인의 기능과 모습은 표현형이라고 합니다. 그러나 두 용어는 종종 보다 제한된 의미로 사용됩니다. 유전자형은 일반적으로 개인이 단일 유전자(또는 소수의 유전자)에 돌연변이를 갖고 있는지 여부를 나타내고 표현형은 해당 유전자 돌연변이의 물리적 및 기능적 결과를 나타냅니다.

에 대한 기본적인 차이점 유전적인 유기체 사이는 그들의 세포가 일련의 염색체 각 염색체의 단일 또는 두 사본. 이전에는 이를 반수체 및 이배체라고 했습니다. 많은 단세포 유기체는 반수체 염색체를 가지고 있는 반면, 초파리, 생쥐, 인간과 같은 복잡한 다세포 유기체는 이배체 염색체 세트를 가지고 있습니다.

다른 형태의 유전자를 대립유전자라고 합니다. 이배체 유기체는 각 유전자의 두 복사본을 가지고 있기 때문에 동일한 대립 유전자(예: 유전자에 대해 동형 접합)를 보유하거나 다른 대립 유전자(예: 유전자에 대해 이형 접합)를 보유할 수 있습니다.

열성 돌연변이는 관찰된 돌연변이 표현형을 생성하기 위해 두 대립 유전자가 모두 돌연변이되어야 하는 상태입니다. 즉, 돌연변이 표현형을 나타내기 위해서는 돌연변이 대립유전자가 동형접합성이어야 한다. 대조적으로, 우성 돌연변이의 표현형 결과는 하나의 돌연변이와 하나의 정상 대립 유전자를 지닌 이형 접합체에서 관찰됩니다.

열성 돌연변이는 영향을 받은 유전자를 비활성화하고 기능 상실을 초래합니다. 예를 들어, 열성 돌연변이는 염색체에서 유전자의 일부 또는 전부를 제거하거나, 유전자의 발현을 방해하거나, 암호화된 단백질의 구조를 변경하여 기능을 변경할 수 있습니다.

대조적으로, 우성 돌연변이는 종종 기능을 증가시킵니다. 예를 들어 우성 돌연변이는 해당 유전자에 의해 만들어진 산물의 활성을 증가시킬 수 있습니다. 그러나 우성 돌연변이는 기능 상실과 관련될 수도 있습니다. 어떤 경우에는 정상적인 기능을 위해 두 개의 유전자 사본이 필요하기 때문에 한 사본을 제거하면 돌연변이 표현형도 생깁니다. 이러한 유전자를 하플로 부족이라고 합니다.

다른 경우에, 한 대립유전자의 돌연변이는 다른 대립유전자에 의해 암호화된 단백질의 기능을 방해하는 단백질의 구조적 변화를 유발할 수 있습니다. 이것을 우성-음성 돌연변이라고 합니다.

종종 점 돌연변이라고 하는 단일 염기쌍의 변화를 포함하는 돌연변이 또는 여러 염기쌍의 결실은 종종 단일 유전자의 기능에 영향을 미칩니다. 단일 염기쌍의 변화는 다음 세 가지 유형의 돌연변이 중 하나를 생성할 수 있습니다.

• 편차 돌연변이: 단백질로 이어지며, 그 중 아미노산 다른 아미노산으로 대체
• 넌센스 돌연변이: 종결 코돈이 아미노산 코돈을 대체하여 번역의 조기 종결을 초래합니다.
• 프레임시프트 돌연변이: 판독 프레임에 변화를 일으켜 관련되지 않은 아미노산이 단백질에 도입되고 종종 정지 코돈이 뒤따릅니다.

작은 결실은 프레임시프트 돌연변이와 동일한 효과를 갖지만, 이들 중 3분의 1은 프레임 내에 있고 소수의 인접 아미노산이 제거됩니다.

두 번째 주요 유형의 돌연변이는 염색체 구조의 대규모 변화를 포함하고 많은 유전자의 활성에 영향을 미쳐 표현형 결과가 크게 나타날 수 있습니다. 이러한 염색체 돌연변이는 여러 인접 유전자의 결실 또는 삽입, 염색체 상의 유전자 역전, 또는 단편의 교환을 포함할 수 있다. DNA 비 상동 염색체 사이에 크다.

돌연변이는 퓨린 및 피리미딘 염기의 화학적 불안정성과 DNA 복제 오류로 인해 낮은 빈도에서 자발적으로 발생합니다. 다음과 같은 특정 환경 요인에 대한 유기체의 자연적 노출 자외선 빛 및 화학 발암 물질(예: 아플라톡신 B1)도 돌연변이를 일으킬 수 있습니다.

자발적인 점 돌연변이의 일반적인 원인은 이중 나선 DNA에서 시토신이 우라실로 탈아미노화되는 것입니다. 후속 복제는 TA 염기쌍이 정상 CG 염기쌍을 대체하는 돌연변이 딸 세포를 생성합니다.

자발적 돌연변이의 또 다른 원인은 DNA 복제의 오류입니다. 복제는 일반적으로 매우 정밀하게 수행되지만 때때로 오류가 발생합니다.

실험 유기체에서 돌연변이의 빈도를 높이기 위해 연구자들은 종종 고용량의 화학적 돌연변이 유발 물질로 유기체를 처리하거나 전리 방사선에 노출시킵니다. 그러한 치료법을 시험하기 위해 발생하는 돌연변이를 유도성 돌연변이라고 합니다.

일반적으로 화학적 돌연변이는 점 돌연변이를 유발하는 반면 전리 방사선은 주요 염색체 이상을 유발합니다.

많은 심각한 인간 질병은 종종 단일 유전자의 돌연변이로 인해 발생합니다. 생식 세포의 자발적 돌연변이로 인해 발생하는 유전 질환(계란 그리고 정액)은 다음 세대에 전달됩니다.

예, 질병 겸상 적혈구 빈혈, 아프리카계 1/500명에게 영향을 미치는 이 질병은 β-글로빈 유전자의 코돈 6에서 단일 이상 돌연변이로 인해 발생합니다. 이 돌연변이의 결과로 정상 단백질의 6번 위치에 있는 글루타민산이 돌연변이 단백질에서 발린으로 변한다. 이 변화는 2개의 α-글로빈과 2개의 β-고블린 소단위로 구성된 적혈구의 산소 운반 단백질인 헤모글로빈에 중대한 영향을 미칩니다.

돌연변이 단백질의 탈산소화된 형태는 적혈구에 불용성이며 결정질 플라크를 형성합니다. 이 질병에 걸린 사람들의 적혈구는 뻣뻣해지고 혈액을 통해 운반됩니다. 모세혈관 차단되어 심한 통증과 조직 손상을 일으킵니다.

이 돌연변이 개체의 적혈구는 병원성 기생충에 내성이 있기 때문에 열 아프리카 고유의 돌연변이 대립유전자가 유지되었습니다. 아프리카계 사람들이 다른 사람들보다 겸상적혈구병을 일으키는 돌연변이를 획득할 가능성이 더 높다는 것이 아니라 돌연변이가 이 집단에서 자연 짝짓기에 의해 영속화되었다는 것입니다.

체세포(생식 세포 이외의 체세포)의 자연적 돌연변이는 다음을 포함한 많은 인간 질병에서 중요한 기전이기도 합니다. 어린이의 망막모세포종. 망막모세포종의 유전적 형태는 한 Rb 대립유전자의 생식계열 돌연변이와 다른 Rb 대립유전자에서 발생하는 두 번째 체세포 돌연변이의 결과입니다. Rb 이형접합 망막 세포가 체세포 돌연변이를 겪으면 더 이상 정상적인 대립 유전자를 갖지 않습니다. 그 결과 세포가 통제할 수 없을 정도로 증식하여 망막 종양을 유발합니다.

산발성 망막모세포종으로 알려진 이 질병의 두 번째 형태는 두 Rb 대립유전자를 파괴하는 두 개의 독립적인 돌연변이의 결과입니다. 유전성 망막모세포종이 있는 소아의 종양 발달에는 하나의 체세포 돌연변이만 필요하기 때문에 두 개의 독립적인 체세포 돌연변이가 필요한 산발성 형태보다 훨씬 더 높은 빈도로 발생합니다. Rb 단백질은 세포 분열 조절에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났습니다.

간단히 말해서 돌연변이는 유전자 구조의 변화로 이어지는 DNA 서열의 변화입니다. 크고 작은 DNA 변화는 모두 자발적으로 발생할 수 있습니다. 전리방사선이나 다양한 화학약품으로 치료하면 돌연변이의 빈도가 증가합니다. 열성 돌연변이는 기능 상실로 이어지며, 이 유전자의 정상적인 사본이 존재하는 경우 가려질 것입니다. 돌연변이 표현형이 발생하려면 두 대립 유전자가 모두 열성 돌연변이를 가지고 있어야 합니다. 우성 돌연변이는 유전자의 하나의 정상적인 사본이 있는 경우 돌연변이 표현형을 초래합니다. 우성 돌연변이와 관련된 표현형은 기능의 손실 또는 증가를 나타낼 수 있습니다.

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참조 출처: ncbi.nlm.nih.gov