DNA이중가닥 절단의 수리

비전공자가 공부하려고 작성한 내용입니다. 참고용으로만 보세요.

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DNA가 한 가닥에 문제가 생기는 경우, 반대편 정보를 이용해서 DNA의 오류를 고칠 수 있다. 그런데 DNA의 두 가닥이 모두 끊어지는 경우, DNA를 수리할 반대쪽 사본이 없다. 이를 Double Strand Break라고 하여 DSB라고 한다. 

이러한 DSB를 복구하는 기작은 우리 몸에 크게 두 가지가 있다. 첫 번째는 (1) 상동 재조합 (Homologous Recombination, HR) 또는 Homology-Dependant Double Strand Break Repair (2) 두 번째는 비상동성 말단결합 (Non-Homologous End Joining, NHEJ)이다. 

(1) 상동 재조합은 끊어진 DNA를 다른 염색체 (사본)에 기반해 복구하는 방식이다. 인간은 동일 유전자를 두 쌍씩 가지고 있다. 따라서 한 쪽 DNA가 끊어진 경우, 끊어진 부분의 전후와 동일한 염기서열을 가진 DNA를 상동염색체에서 찾고 이를 견본 삼아서 끊어진 DNA를 복구하는 방법이다. 

끊어진 DNA의 한 쪽을 풀어내고, 이것이 반대쪽 염색체에 결합해 사본을 만들고, 서로 연결을 끊고 하는 복잡한 과정인데 이미지로 봐서는 잘 이해가 안된다. 아래 영상을 보면 좀 더 이해가 편하다. 복구 과정에서 두 DNA의 꼬임을 어떻게 해소하는지에 따라 각기 다른 결과물이 나온다. (이를 Holliday Junction Resolution이라고 한다. 오타 아니고 Holliday가 맞다)

두 상동 염색체가 서로 같은 유전정보를 담고 있을수도 있고, 아닐 수도 있다. 만약 같은 경우 DSB가 거의 원래대로 복구 되겠지만, 그렇지 않은 경우 상동유전자의 정보에 맞게 유전자가 변경될 수 있다. 이러한 과정은 세포주기에서 주로 S 및 G2 단계에서 더 흔하게 일어난다. 

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(2) 반면, 위와 같이 상동염색체를 이용해 복구하지 않고, 끊어진 염색체를 이어붙이기만 하는 복구방식도 있다. 이를 비상동말단봉합, NHEJ라고 부른다. 이 과정에서는 DNA의 일부가 소실되거나, 변이가 나타나는 등 잘못 복구될 수가 있는데, 이에 따라 특정 유전자의 Knock Out이 일어나기도 한다. 혹은 비상동 말단봉합은 G1단계에서 주로 나타난다. 역시나 영상으로 보는게 더 이해가 잘된다.  

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이러한 유전자 복구 과정을 응용하여 문제가 되는 유전자를 무력화 하거나, 복구의 기반이 될 DNA Template를 함께 제공해 문제되는 염기서열을 수리하려는 시도들이 일어나고 있다. 

유전자(DNA)의 손상과 복구 기전