[생물 임용 노트]돌연변이와 회복 - 3) 돌연변이의 유발

원인

• 자연 발생
  • 토터머화(tautomeric shift): 이중결합의 위치가 바뀌는 것을 의미한다.
    • 구아닌, 타이민 : 케토형(keto form)↔엔올형(enol form)
    • 아데닌, 사이토신 : 아미노형(amino form)↔이미노형(imino form)
    • tautomer 형성으로 잘못된 염기쌍이 형성 될 수 있다.
      • A(amino) = C(imino), C(amino) = A(imino)
      • T(keto)≡G(enol), G(keto)≡T(enol)
  • 탈퓨린화(depurination): 염기와 오탄당 간의 결합이 끊어지는 것으로, DNA에서 많이 일어난다.
  • 탈아미노화(deamination): 뉴클레오타이드 염기 고리의 아미노기가 소실되는 것이다. 이를 통해 사이토신(C)이 유라실(U)로 바뀐다.
  • 돌연변이 다발지역(hot spot): DNA 분자내 C의 4%는 메틸화되어 MeC로 존재한다. MeC는 탈아미노화 될 경우 타이민으로 전환된다.

토터머화1 (keto-enol)

토터머화2 (amino-imino)

돌연변이 유도 방법

• 염기의 변화 : 염기에 메틸기나 에틸기를 부가해 성질을 변화시킴 예> O⁶-메틸 구아닌 → 타이민 처럼 작용
• 염기(유사염기)의 첨가와 결실
• 단일 가닥 또는 이중가닥 절단
• 상보적 DNA 가닥의 교차 결합

돌연변이 유발원(mutagen)

• 유사염기: 정상염기와 비슷하고, DNA 내로 통합된다. 착오결합을 일으켜 염기의 전이를 유발한다.
  • 5-브로모 유라실(5-bromo uracil) : T 유사 염기로 keto form에서는 A와 염기쌍을 형성하고, 토터머화에의해 enol form 형성시 G와 염기쌍을 형성한다.
  • 2-아미노 퓨린(2-amino purine) : amino form에서 T와, imino form에서 C와 염기쌍을 형성한다.
• Alkylating agents: 알킬그룹(에틸 or 메틸)을 G와 T의 수소결합 산소에 부가하여 돌연변이를 일으킨다.
  • EMS 구아닌의 6-O 위치에 ethylation을 일으켜 O⁶-메틸 구아닌을 만들고, 이 염기는 T와 염기쌍을 이룬다.
  • EMS, EES에 의한 AP 자리 형성 : 퓨린 고리를 에틸화 시켜 염기의 소실을 유발해 AP자리(탈퓨린 또는 탈아미노화 부위)를 만든다.
  • MNNG - 구아닌의 6-O 위치에 methylation을 일으켜 T와 염기쌍을 형성하게 한다.
• 아질산(nitrous acid): DNA의 염기를 탈아미노화 시켜 keto form으로 전환시킨다.
  • A → hypoxanthine으로 전환되며 C와 결합한다.
  • C → U로 전환된다.
  • G → xanthine으로 전환되며 C와 결합한다.
  • MeC → T로 전환된다.
• hydroxyl amine: 사이토신의 아미노기를 하이드록실화 시켜 아데닌과 염기쌍을 형성하게 한다.
• 삽입 물질: 평면적인 3개의 고리를 가진 분자들이며, 크기가 대게 퓨린-피리미딘 염기쌍 크기와 비슷하다. DNA 분자내에 삽입되어 염기쌍의 삽입이나 결실을 유발한다. 예> proflavine, acridine orange
• 방사선
  • 자외선(UV): 2개의 에틸렌 고리가 축합되어 공유결합을 형성하도록 한다. 피리미딘 염기간에 이 과정이 일어나면 cyclobutane pyrimidine 이합체를 형성한다. 예> T-T dimer
  • 이온화 방사선(X선, γ선): DNA 주위의 물 분자를 이온화시켜 자유라디칼(free radical)을 형성하여 염기 변이, 핵산 골격 절단, 고리 열기 반응, 염기 조각 내기 등의 반응을 일으킨다.
• transposon: 수 백 ~ 수 천bp의 이동성을 갖는 DNA로 DNA 사이에 삽입되어 돌연변이를 유발한다.
• mutator gene(돌연변이 유발 유전자)
  • 돌연변이시 다른 유전자의 돌연변이율을 증가시키는 유전자를 말한다.
  • 본래의 역할은 돌연변이의 빈도를 낮추는 것이다.
  • 종류 : 3'→5' exonuclease 유전자, 오결합 회복계, SOS 회복계