DNA 수선 (DNA repair)

 

대부분의 DNA 손상들은 총괄적으로 DNA 회복이라 불리는 과정에 의해 즉시 교정되기 때문에 일시적으로 발생하는 현상을 뜻한다. 세포가 DNA 손상을 회복하는 데 사용하는 특별한 기술, DNA  수선에 대해 다뤄보겠습니다. 

 

DNA-수선-기작-종류

 

 

세포는 다양한 DNA 회복 기술을 보유하고 있다

 

 

다양한 생물이 지구의 거의 모든 지역에서의 성공적으로 서식할 수 있었던 것은 몇백만 년 동안 꾸준히 축적되어 온 유전적 변화 때문이다. 이 유전적 변화 중 일부는 생물이 환경변화에 적응하고 새로운 서식지에서도 번성할 수 있게 도와준다. 그러나 유전자 염기서열의 변화는 대부분 별 영향이 없거나 오히려 유해하다.

 

단기적인 측면에서나 생물 개체의 관점에서 보면 돌연변이라고 불리는 유전적 변화는 최소화하는게 중요하다. 개체들이 생존하고 생식할 수 있기 위해선 유전적으로 안정되어야 한다. 이러한 안정성은 매우 정교한 DNA 복제뿐만 아니라, 손상 부위를 찾아 끊임없이 유전체를 탐색하여 원상복구시키는 다양한 단백질기구들에 의해 유지된다. 드물게는 복제 과정 동안의 실수 때문에 DAN 손상이 생길 수 있지만, 대부분의 손상은 세포 안에서 일어나는 수많은 화학반응에서 의도하지 않은 결과로 발생된다. 

 

인간세포의 DNA 활성화 대사부산물, DNA 손상 물질, 또는 방사선 등에 노출되어 무작위적인 화학 변화가 하루에 수천번 일어나지만, 대부분은 DNA 회복에 의해 제거된다. 회복기전은 그 종류가 다양한데 각 기전마다 서로 다른 효소군에 의해 수행된다.

 

 

DNA 손상을 회복하기 위한 기본적인 경로는 아래와 같이 3단계로 구성된다.

 

1. 손상된 DNA는 여러 기전 중 한가지에 의해 인지되고 제거된다. 이 기전에는 뉴클레이스가 관여하는데, 이들은 손상된 뉴클레오타이드와 DNA 사이의 공유결합을 잘라 그 부위에 작은 틈을 남긴다.

 

2. DNA 회복 중합효소는 잘려진 DNA 가닥의 3' 수산기에 결합한 후, 손상되지 않은 가닥의 저장된 정보에 상보적인 복사물을 만들어 간격을 채운다. DNA 회복 중합효소는 DNA를 복제하는 중합효소와는 별개의 것이나 DNA 가닥을 합성하는 방식은 동일하다. 

 

예를 들어, 회복 중합효소도 복제 중합효소처럼 5' ->  3' 방향으로 DNA의 길이성장을 진행하며, 주형 DNA가 정확히 복사되었는지를 확인하는 교정기능도 갖고 있다. 대부분 세포에서 이 회복 중합효소는 정상적인 DNA 복제에서 RNA 프라이머가 제거된 후 남는 틈새를 메우는 중합효소와 동일하다.

 

3. DNA 회복 중합효소가 간격을 메우고 나면 회복된 가닥의 당-인산 골격에 절단이 남는다. 이러한 절단은 지연가닥 DNA의 복제 과정에서 오카자키 절편을 연결하는 DNA 연결효소에 의해 봉합된다.  

 

 

DNA 손상은 세포 안에서 끊임없이 발생된다

 

 

세포 안의 분자들과 마찬가지로 DNA 도 다른 분자들과 항상 충돌을 일으킨다. 이러한 충돌은 가끔 DNA 에 중요한 화학적 변화를 유발한다. 태양으로부터 오는 자외선 또한 DNA에 손상을 일으키는데, 자외선은 2개의 인접한 피리미딘 염기 사이에 공유결합을 촉진하여 타이 민 2량체를 형성한다. 이러한 타이 민 2량체의 회복 실패 같은 것이 바로 색소건피증 환자에게 문제를 초래하는 것이다.

 

예를 들면, 이 문장을 읽는 동안에도 약 1조개의 퓨린 염기가 탈퓨린화(depurination)라는 자발적인 반응에 의해 제거된다. 탈퓨린화는 인산디에스테르결합을 파괴하지 않는 대신 치아가 빠진 것과 같은 유형의 손상을 유발한다.  

 

또 다른 흔한 반응으로는 DNA 의 사이토신으로부터 아미노기가 자연적으로 제거되어 유라실(U)로 변화되는 탈아민화(deamination) 반응이 있기도 하다.

 

위의 예는 DNA 에 일어날 수 있는 많은 화학적 변화 중 일부에 불과하다. 이러한 변화들이 교정되지 않으면 DNA 가 복제되는 동안 잘못된 염기쌍을 형성하게 되어 다른 염기쌍으로 치환되거나, DNA 복제 후 새로 합성된 DNA 가닥에 하나 또는 그 이상의 뉴클레오타이드 쌍이 결실되기도 한다. DNA 손상 중 타 이민이량체와 같은 유형은 종종 DNA 복제 효소가 손상부위를 지나갈 수 없게 한다.