상동재조합과 비상동재조합은 어떻게 다른가요?
안녕하세요. 유전자 재조합이 일어날 때 상동재조합과 비상동재조합은 어떻게 다른 것이며, 정교한 조절을 하기 위해서는 어떤 방식이 적절한가요?
무엇보다 가장 근본적인 큰 차이점은 DNA 이중 가닥 절단을 복구하는 것의 차이입니다.
상동 재조합(HR)은 상동 서열을 주형으로 사용하여 매우 정확하게 원본 서열을 복구합니다.
그래서 원래의 서열 정보를 보존하며 정교한 유전자 교정에 활용하며 주로 DNA 복제가 이루어진 후인 S기 및 G2기에 작동하지만, 비교적 느리다는 단점이 있습니다.
반면 비상동 말단 연결(NHEJ)은 주형 없이 절단된 DNA 말단을 직접 연결하며, 주형이 없어 부정확하기에 염기 서열의 삽입이나 결실이 발생할 수 있습니다.
그래서 대개 짧은 서열의 소실을 유발하는 비정확한 수선에 작동하며 비교적 빠르다는 장점이 있습니다.
상동재조합은 상동 염색체나 유사한 DNA 서열 사이에서 일어나며 높은 정확도로 DNA 손상을 복구하거나 유전적 다양성을 만드는 반면, 비상동재조합은 상동성이 없는 DNA 말단을 직접 연결하여 일어나고 상동재조합보다 오류 발생률이 높지만 모든 세포 주기 단계에서 활성화되며 특히 이중 가닥 절단 복구에 관여하고, 정교한 조절을 위해서는 염기 서열의 일치성을 기반으로 정확하게 유전 정보를 교환하는 상동재조합 방식이 더 적절합니다.
안녕하세요.
질문해주신 것처럼 상동재조합과 비상동재조합은 유전자 재배열에 관련된 메커니즘입니다.
우선 상동재조합은 염기서열이 거의 동일한 두 DNA 조각 사이에서 정확한 복구·교환이 일어나는 과정인데요 정확성이 매우 높은 이유는, 세포가 손상된 DNA를 복구할 때 정상 DNA 가닥을 주형으로 사용하기 때문입니다. DNA 이중가닥 절단이 발생하면 5' → 3' 방향의 DNA 절단으로 단일 가닥(ssDNA) 생성하고, Rad51 단백질이 ssDNA에 결합해 상동 서열을 탐색하여 결합한 후 DNA 가닥 침입이 일어나 주형 DNA를 이용해 손상된 부분을 정확히 복구됩니다. 매우 정확하고 서열 변화가 거의 없이 원하는 위치에 정확하게 삽입·치환 가능하다는 특징이 있습니다.
반면에 비상동재조합은 상동 서열 없이 단순히 절단된 DNA 양쪽 끝을 다시 이어붙이는 과정인데요, 세포에게는 가장 빠른 DNA 복구 방법이지만, 정확성은 떨어집니다. 빠르고 효율이 좋으나 절단면이 깔끔하지 않아 염기 삽입/결실이 흔하고 원치 않는 돌연변이 발생 가능합니다. 따라서 정확한 유전자 교정이 목표라면 상동재조합 기반 방법이 필수입니다. 감사합니다.