유전적으로 다면 발현은 왜 일어나는 것인가요?
안녕하세요. 유전 질환 중에서 하나의 유전자가 이상이 생겼으나 여러 개의 표현 형질에 영향을 미칠 수 있는 다면발현이 있다고 하던데 대표적인 예시로 페닐케톤류증 같은 것은 어떠한 원리로 발생하는 것인지 궁금합니다.
페닐케톤뇨증(PKU)은 페닐알라닌을 티로신으로 전환하는 효소인 페닐알라닌 수산화효소의 유전자에 돌연변이가 생겨 발생하는 상염색체 열성 유전 질환입니다.
말씀하신대로 하나의 유전자 결함이 여러 표현형에 영향을 미치는 다면발현의 대표적인 경우이죠.
정상적인 경우, 우리 몸은 단백질을 구성하는 필수 아미노산인 페닐알라닌을 분해하여 티로신으로 바꾸고, 이 티로신은 신경전달물질, 멜라닌 색소, 갑상선 호르몬 등을 만드는 데 사용됩니다. 하지만 페닐케톤뇨증 환자는 PAH 효소가 부족하거나 제 기능을 못해 페닐알라닌을 티로신으로 전환하지 못합니다.
이로 인해 섭취한 페닐알라닌이 체내에 과도하게 축적되고, 페닐알라닌의 대사 부산물인 페닐케톤이 소변으로 배출됩니다. 이 과정에서 페닐알라닌과 그 부산물들이 혈액과 조직에 쌓여 여러 가지 문제를 일으키게 되는 것입니다.
이로 인한 대표적인 증상으로는 지적장애, 밝은 피부색과 머리카락, 독특한 냄새, 경련 등의 행동 문제 등입니다.
안녕하세요. 질문자님. 이중철 과학기술전문가입니다.🙂
질문하신 내용 잘 읽어보았습니다.
유전학의 신비로운 현상 중 하나인 다면발현(Pleiotropy)에 대해 궁금해하시는군요.
저의 풍부한 경험과 과학기술 전문 지식을 바탕으로 명쾌하게 답변해 드릴게요! ✨
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1.질문의 요지:
하나의 유전자가 여러 표현형에 영향을 미치는 다면발현의 원리와, 페닐케톤뇨증을 예시로 그 원리가 어떻게 적용되는지 궁금해하시는군요.
2.답변:
가장 중요한 점:
다면발현은 하나의 유전자가 여러 형질에 영향을 미치는 현상으로,
이는 '하나의 유전자가 여러 기능을 수행하는 단백질을 만들거나', '하나의 유전자가 여러 생화학적 경로에 관여'하기 때문에 발생합니다.
3.구체적인 설명 및 근거:
이유:
우리 몸의 유전자는 단순히 한 가지 특징만을 결정하지 않습니다.
한 유전자가 특정 단백질을 만들면, 이 단백질은 신체 내 여러 곳에서 다양한 역할을 수행할 수 있습니다.
예를 들어, 한 효소가 여러 다른 물질을 분해하는 반응에 관여할 수도 있습니다.
따라서, 해당 유전자에 이상이 생기면, 그 단백질이 관여하는 모든 곳에서 문제가 발생해 다양한 증상이 나타나게 됩니다.
4.(참고)실제 사례/대응방안 등:
페닐케톤뇨증(PKU)의 원리:
결함 유전자: PKU는 '페닐알라닌 수산화효소(PAH)'를 만드는 유전자에 결함이 생겨 발생합니다.
다양한 증상: 이 효소는 우리 몸에 필수적인 효소로, 음식물을 통해 섭취한 아미노산인 페닐알라닌(Phenylalanine)을 티로신(Tyrosine)으로 전환하는 역할을 합니다.
영향의 확장:
① 독성 물질 축적: PAH 효소에 문제가 생기면 페닐알라닌이 티로신으로 전환되지 못하고 체내에 축적됩니다.
이 페닐알라닌이 과도하게 쌓이면 신경 독성을 일으켜 지적 장애나 뇌 손상을 유발합니다.
② 색소 부족: 페닐알라닌에서 전환된 티로신은 멜라닌(피부와 머리카락의 색소)을 만드는 데 사용됩니다.
따라서 티로신이 부족해지면 피부색이 옅어지고, 금발 머리를 가지게 됩니다.
③ 특이한 체취: 페닐알라닌의 일부는 땀이나 소변으로 배출되는데, 이 과정에서 특유의 곰팡이 냄새를 유발합니다.
5.결론:
이처럼 PAH 효소 유전자의 결함 하나가
지적 장애, 옅은 피부색, 특이한 체취라는 세 가지의 독립적인 표현형을 만들어냅니다.
이것이 바로 다면발현의 대표적인 예시인 것입니다.
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궁금증이 조금이라도 해소되셨기를 바랍니다.
이상, 이중철 과학기술전문가였습니다.🙂
감사합니다.
하나의 유전자가 만드는 단백질이 여러 다른 생화학 반응에 관여하거나 여러 조직에서 다양한 기능을 수행하기 때문에 다면 발현이 일어납니다. 페닐케톤뇨증을 예로 들면, 페닐알라닌 수산화 효소를 만드는 단일 유전자에 이상이 생기면 페닐알라닌이 타이로신으로 전환되지 못합니다. 그 결과, 축적된 페닐알라닌은 신경계에 독성을 보여 지적 장애를 유발하고, 원료 물질인 타이로신의 부족은 색소 형성 물질인 멜라닌 합성을 방해하여 피부와 머리카락이 옅어지게 만들며, 과도한 페닐알라닌이 다른 물질로 전환되어 소변에서 특이한 냄새가 나는 등 하나의 유전자 결함이 여러 표현형으로 발현되는 것입니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
다면발현은 하나의 유전자가 여러 단백질 기능이나 대사 경로에 관여하기때문에 발생합니다.
예를들어서 페닐케톤뇨증에서는 PAH 유전자의 이상으로 페닐알라닌 대사가 막혀서 뇌 신경 발달장애나 피부색소 감소 등 서로 다른 표현형이 동시에 나타나기도합니다.
감사합니다.
말씀해주신 '다면발현'은 멘델의 유전법칙의 예외 현상 중 하나입니다. 다면발현이 일어나는 이유는 유전자의 산물이라고 볼 수 있는 단백질이 생체 내에서 여러 기능을 담당하거나, 여러 대사 경로에 관여하기 때문인데요 즉, 한 유전자가 고장 나면 그 단백질이 쓰이는 모든 곳에서 문제가 생겨, 다양한 표현형으로 나타나게 됩니다.
즉 같은 단백질이라도 뇌, 간, 피부 등 다양한 조직에서 쓰일 수 있으며 따라서 유전자에 문제가 생기면 여러 기관에서 증상이 나타납니다. 또한 특정 효소가 결핍되면, 그 효소가 담당하는 대사산물이 제대로 만들어지지 않거나 쌓이게 되며, 이로 인해 연쇄적인 대사 장애가 발생하고, 여러 신체 기능이 동시에 영향을 받아 다양한 증상이 나타납니다.
대표적인 예시로는 말씀해주신 페닐케톤뇨증이 있는데요, PAH 유전자 돌연변이로 인하여 페닐알라닌 수산화효소 결핍된 것입니다. 결과적으로 페닐알라닌 대사 불가로 인해 혈중에 페닐알라닌이 축적되면서 뇌 발달 장애, 지적 장애 발생하며 티로신 부족해지면서 멜라닌 합성 장애로 인해 피부나 머리카락이 옅은 색을 띠고, 기타 대사산물 축적으로 소변에 특유의 냄새가 나게 됩니다. 감사합니다.