[생물 임용 노트]돌연변이와 회복 - 6) DNA 수복 기작(DNA repair system)

개요

• DNA는 정보를 본래 상태로 유지하기 위해 손상되거나 변화하는 부분을 본래 상태로 되돌리는 기작이 있다.
• 하지만 모든 생물의 생식 세포와 체세포가 수용할 수 있을 정도로는 돌연변이를 유지하는데, 이는 진화의 원동력을 제공한다.
• 일반적인 과정 : 손상 부위 인식 → endonuclease에 의한 nick 형성 → exonuclease로 손상 부위 제거 → DNA pol에 의한 합성 → DNA ligase로 연결

종류

mismatch repair

DNA pol의 proofreading 만으로 수복되지 않는 것을 수복하는 기작이다. 99%~99.9% 까지 수복이 이루어진다.

• 주형 가닥과 신생가닥의 구분 : 5'-GATC-3' 염기서열의 메틸화로 가능하다. Dam 메틸화 효소에 의해 5'-GATC-3' 서열의 A가 메틸화 된 것은 주형가닥이고, 안된 것은 신생가닥이다.
• 손상 분위 양 옆의 메틸화 부위에서부터 핵산가수분해 효소에 의해 분해된 뒤 재합성한다.

photoreactivation(광재활성화)

청색 빛 조건에서 DNA photolyase가 직접 T-T dimer와 같은 피리미딘 이량체의 결합을 끊고 회복시켜 준다. photolyase는 두 보조인자 FADH^-, 엽산(folate)을 필요로 한다.

NER(nucleotide excision repair; 절제 회복)

UVrABC 효소가 피리미딘 이합체에 의해 형성된 비틀린 부위를 인식하여 손상된 부위에서 5'-end 쪽으로 8NT, 3'-end 쪽으로 4~5NT를 DNA polⅡ로 잘라내고, 틈을 DNA polⅠ으로 합성하며, Nick을 ligase로 연결한다.

재조합 회복

DNA polⅢ는 복제 중 만나는 T-T dimer에 의해 생기는 DNA distortion에 의해 복제가 중지되고, 건너뛰어서 복제를 일단 진행한다. 이때 생기는 단일 가닥 부위는 상동의 자매 이중 나선에서 잘라와 절편을 이용하여 gap을 채운다. 이후 자매의 가닥은 상보적 가닥을 이용해 DNA pol이 회복시켜 준다. 이때 RecA 단백질이 이용된다.

탈아미노화(탈퓨린화) 수복

• 대장균 : DNA glycosylase가 손상 염기를 인식 후 염기-디옥시리보스 사이의 N-글라이코시드 결합을 가수 분해 한 후 AP site를 형성한다. 이후 AP endonuclease가 AP site에 포스포다이에스터 결합을 절단하고 nick을 형성한다. DNA polⅠ에 의해 새로운 DNA 가닥을 합성하고 Nick을 DNA ligase가 연결한다.
• 사람 : 위와 거의 유사하며, DNA polⅠ 대신 DNA polβ를 이용한다.

SOS 반응

• 어떠한 형태로든 잠정적으로 치명적인 DNA 손상 시 세포 생존을 위한 마지막 방법으로 작동한다.
• Umu D, Umu D'은 Umu C와 복합체를 형성한 후, 정상 상태에서 복제가 억제되는 많은 DNA 지역을 지나쳐서 복제한다.
• 이 과정에서 수복은 높은 확률로 부정확하게 일어나게 되어, 높은 빈도의 돌연변이를 일으키게 된다. 이러한 증가된 돌연변이로 유해 환경에 더 잘 적응해 살 수 있는 자손이 만들어질 수 있다.
• SOS 반응 조절
  • 정상 상태에서 SOS 반응계는 LexA 단백질들이 각 유전자의 operator에 결합하여 전사 억제 상태에 놓여있다.
  • 돌연변이(예> T-T dimer)의 증가는 RecA 단백질을 증가시킨다.
  • RecA 단백질은 DNA에 결합하여 활성을 나타낸다.
  • DNA polⅢ의 proofreading을 억제하고, LexA 단백질을 분해하는 과정을 통해 SOS계를 활성화시킨다.