학문
싱그런아침햇살
손상된 DNA는 어떻게 원래대로 복구될 수 있나요?
자외선이나 화학물질로 DNA가 손상돼도 세포가 이를 복구하는 메커니즘을 가지고 있다고 배우는데, 어떤 방식으로 손상 부위를 찾아내고 원래 서열로 되돌리는지 궁금합니다.
3개의 답변이 있어요!
세포는 DNA 손상 유형에 따라 그에 상응하는 정교한 DNA 복구 시스템을 가지고 있어 손상부위를 확인하고 원래의 서열로 복구시키게 됩니다.
세포는 DNA 구조가 변형된 모양을 탐지 단백질을 통해 확인하며 손상 사실을 인지하게 됩니다.
대표적으로 자외선 손상이 일어난 경우 뉴클레오타이드 절제 복구(NER)가 피리미딘 이량체로 찌그러진 부위를 통째로 잘라내 복구하고, 화학물질에 의한 손상이라면 염기 절제 복구(BER)가 변형된 단일 염기 하나만 핀셋처럼 떼어내 복구하게 됩니다.
그리고 복제 과정 중 오류인 경우 미스매치 복구(MMR)가 잘못 짝지어진 염기를 찾아내 수정하게 되죠.
또 방사선 등에 이중가닥이 절단 되면 상동 재조합(HR)이 반대쪽 염색체를 틀로 삼아 끊어진 두 가닥을 이어붙입니다.
이런 복원의 핵심은 DNA의 상보적 결합 법칙에 의한 것인데, 한쪽 가닥이 손상되어 잘려 나가도 반대쪽 가닥에 원본 정보가 남아있기 때문에 복구가 가능한 것이죠.
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
DNA 복구는 손상 종류에 따라 여러 방식으로 진행됩니다. 세포의 복구 단백질이 DNA 구조의 이상을 감지한 뒤 손상된 부분을 잘라내고, 반대쪽 정상 가닥을 본보기로 새 염기를 채우는 방식이 대표적입니다 .자외선 손상은 주로 절제복구, 복제 중 오류는 불일치 복구가 담당하며, 이중가닥 절단은 상동재조합이나 말단 연결로 복구됩니다.
안녕하세요. 말씀해주신 것처럼 DNA는 안정적인 분자이지만, 자외선이나 활성산소, 화학물질, 복제 과정의 실수 등으로 계속 손상됩니다. 다행히 세포에는 DNA를 감시하고 수리하는 DNA 복구 시스템이 갖춰져 있습니다. 중요한 점은 세포가 손상된 DNA를 무조건 통째로 교체하는 것이 아니라, 정상적으로 남아 있는 DNA 가닥을 원본처럼 참고해서 손상된 부분을 찾아 제거하고 다시 채워 넣는 방식을 많이 사용한다는 것입니다.
가장 대표적인 예가 자외선에 의한 손상인데요, 자외선은 DNA에서 서로 이웃한 티민 염기들이 비정상적으로 붙게 만들어 티민 이합체라는 구조를 만들 수 있습니다. 이렇게 되면 DNA의 정상적인 구조가 휘어지기 때문에 세포의 복구 단백질들이 이를 찾아낼 수 있습니다. 먼저 DNA를 따라 이동하는 여러 단백질이 정상적인 DNA와 구조적으로 다른 부분을 감시하고, 손상이 발견되면 해당 부위 주변의 DNA 가닥을 잘라냅니다. 이후 DNA 중합효소가 반대편에 정상적으로 남아 있는 가닥을 주형으로 삼아 비어 있는 부분을 다시 합성하고, 마지막으로 DNA 연결효소가 끊어진 부분을 연결합니다. 이런 방식을 대표적으로 뉴클레오타이드 절제 복구(NER)라고 합니다. DNA 복제 중 잘못된 염기가 들어간 경우에는 조금 다른 방법을 사용하는데요, 예를 들어 원래 A가 있어야 하는데 복제 과정에서 C가 들어갔다면 세포의 불일치 복구(MMR) 시스템이 정상적인 DNA와 잘못 복제된 DNA 사이의 차이를 찾아냅니다. 잘못 들어간 부분을 제거한 뒤 정상 가닥을 참고하여 다시 올바른 염기를 넣습니다. 즉, 세포는 DNA의 두 가닥이 서로 상보적인 관계라는 특성을 이용해 어느 쪽이 잘못되었는가?를 판단할 수 있습니다. 더 심각한 손상은 DNA의 두 가닥이 모두 끊어지는 이중가닥 절단입니다. 이 경우에는 세포가 두 가지 주요 방식으로 복구할 수 있습니다. 하나는 끊어진 두 끝을 직접 이어 붙이는 비상동 말단 연결(NHEJ)이고, 다른 하나는 정상적인 DNA 서열을 주형으로 이용하는 상동 재조합(HR)입니다. NHEJ는 빠르지만 작은 염기 삽입이나 삭제가 발생할 수 있고, HR은 비교적 정확하지만 주형으로 사용할 수 있는 상동 DNA가 필요하기 때문에 주로 DNA 복제가 진행된 시기에 활발합니다. 감사합니다.