변이원성을 갖는 화학물질

DNA 삽입 물질

일부 방향족 물질과 이환 평면상 물질들은 DNA의 염기 사이에 잘 끼어들 수 있다. 이와 같은 유형의 상호작용을 삽입 작용이라 하며, DNA 나선의 펴짐과 비틀림의 결과로 일회 회전이나 사선의 길이가 증가하게 된다.
어떤 연구 결과에 의하면 이들 삽입 물질의 유전적 변이 메커니즘을 DNA 복제를 위하여 일시적으로 나선을 풀어주는 역할을 하는 효소인 topoisomerase II의 작용을 방해하는 것으로 보고되었다. 삽입 물질이 있을 경우에는 topoisomerase II와 결합하여 DNA 중에 일부분이 남게 되고, 훗날 복제 후 DNA 나선이 다시 두 가닥으로 꼬이는 것을 방해하게 된다는 이론이다.

자외선(UV)

X선과 단파장 UV를 조사하면 자유라디칼이 생성되어 DNA 나선이 절단된다. 그러나 Pyrimidine 염기 흡수대 부근(290nm 파장) UV 선은 오히려 인접한 pyrimidine 염기 내분 자들 간의 상호결합을 촉진하여 복제/전사 시 DNA 나선의 풀림을 방해하거나 pyrimidine 염기와 purine 염기 사이의 정상적인 수소결합을 방해하게 된다.

DNA 복구 메커니즘

화학물질이나 복사선에 의해 발생한 DNA 손상은 유전정보가 다음 세대로 복제/전달되기 전에 복구되지 않으면 변이로 진행될 수 있다. 또한 잘못 복구된 DNA 역시 변이를 발생시킬 수 있다. 알킬화나 이합체화(dimerization)에 의해 초래된 DNA 염기의 변화를 전변이(premutagenic change)라 하며, 이 경우 변이된 부분이 잘못 복구되거나 전혀 복구되지 않을 경우에는 변이성이 확정된다. 이때 methyl guanine의 6번 산소의 탈메틸화는 methyl transferase라는 특히 효소에 의해 복구된다.
DNA 복구 메커니즘에는 여러 형태가 있지만 가장 잘 알려진 방법은 삭제복구이다. 삭제복구는 두 가지의 다른 메커니즘으로 이루어진다.
첫째는 thymine 이합체화의 경우로서 손상된 DNA 나선 부위에 홈을 만든 다음 손상된 nucleotide를 제거하고 손상당하지 않은 나선을 주형으로 하여 새로운 nucleotide를 만드는 메커니즘이다.
둘째는 단일염기가 손상되었을 경우로 손상된 염기를 제거한 다음 손상 부위의 염기를 재합성하는 메커니즘이다.
여기서 일반적으로 동물에 있어서 염기의 삭제복구 능력과 수명과는 정비례 관계가 있는 것으로 알려졌다. 또 다른 DNA 복구메커니즘은 아직 명확하게 알려졌지만 복구과정에 오류가 발생하기 쉬워 오히려 복구로 인한 변이나 암 발생 가능성이 큰 것으로 보고되고 있다.
변이는 복구 메커니즘의 유무와 관계없이 손상 정도가 복구 능력을 초과하거나 어떤 원인으로 인하여 복구 메커니즘이 결핍 또는 억제되었을 때도 발생할 수 있다.

발암성과 변이원성의 상관관계

변이가 암으로 진전된다는 직접적인 증거는 없지만 많은 실험 결과들에 의하면 화학물질의 발암성과 변이원성 사이에는 상당한 상관관계가 있음이 밝혀지고 있다. 변이원성을 확인하는 대표적인 방법(Ames 시험)을 개발한 미국 캘리포니아대학의 Ames 교수에 따르면, 발암물질의 90%가 변이원성을 가졌지만 없는 화학물질 87%는 변이원성이 없었음을 보고하였다. 이와 같은 상관관계에 기초하여 현재 각종 변이원성 실험은 발암성이 의심되는 화학물질을 검색하는 유용한 수단으로써 활용되고 있다.
Ames 시험의 원리는 박테리아의 성장에 필수적인 아미노산인 histidine을 합성할 수 없는 Salmonella typhimurium 균을 유전적으로 조작(histidine이 요구되는 변이 균주)한 다음, 이 균을 대상으로 변이원성 물질들에 의한 histidine 요구 균주로 변이되는 역변 이성 빈도를 측정하는 것이다. Ames 시험의 변이원성 예측률은 실험 대상 물질들의 화학적 구조 특성에 따라 크게 다르다. 근래의 한 연구에 따르면 실험에 적용된 염소계 발암물질 중 40%가 변이원성 물질로 나타났으며 반면 발암성 amine nitro 화학물질들은 각각 75%, 100%의 양성 결과를 보여주었다.