변이원성의 종류

변이원성이란 유전자의 기본 구조인 DNA에 손상을 일으키는 현상으로 정의한다. 화학물질의 유전적 손상에 기인한 변이의 종류에는 체세포에 대한 변이와 생식세포에 대한 변이로 구분한다. 즉, 정자나 난자와 같은 생식세포에 대해 변이원성이 발생하면 유전병, 사망 등이 초래될 수 있고 체세포에 대한 변이원성은 암 발생, 배아세포에 대한 독성으로 기형아 출산 등이 생길 수 있다.

거대병변과 미소병변

수많은 화학물질들이 사람과 동물의 유전자와 작용하여 유전적 병변을 초래할 수 있다. 이 경우 독성은 일반적으로 세포분열 시 나타나는 염색체의 손상으로 현미경하에서 눈으로 관찰이 가능한 거대 병변(macrolesion)과 눈으로 관찰이 불가능한 유전인자의 분자 수준에서 일어나는 미소 병변(microlesion)으로 나누어진다. 여기서 거대 병변은 하나 이상의 염색체가 소실되거나 획득되어 염색체의 총 개수가 달라지는 염색체수 이상 (aneuploidization)과 염색체의 한 부분이 파괴, 손실 혹은 재결합 등으로 염색체 구조상 변화를 일으키는 염색체구조 이상(clastogenesis)으로 구분된다. 또한 미소병변에는 염기쌍이 질적으로 변화되는 염기쌍 교환(base pair substitution)과 수적으로 변화되는 골격이동변이(frameshift mutation), 즉 염기쌍 증감이 있다.

거대병변(염색체 이상)

정상적인 사람의 염색체 수는 총 46개로 2개씩 23쌍을 이루고 있다. 이 중 22쌍의 염색체를 상동 염색체라 부르며 1에서 22까지의 연속 수로 표시하고 나머지 1쌍, 즉 2개의 염색체는 성염색체로서 여성에 있어서는 XX, 남성에 있어서는 XY 로 표시된다.

염색체수 이상

염색체수 이상은 정상인에 비하여 염색체수가 한 개 이상 많거나 적은 경우로서 세포분열 중 염색체의 불균형적 배분 결과로서 나타나며 이로 인하여 많은 유전적 질병이 야기되고 있다. 염색체이상의 발생 원인과 작용 메커니즘에 대해서는 아직 불분명하며 X선에 의한 영향을 제외하고는 어떤 다른 인자도 정확히 규명하지 못하고 있다.

대표적인 예로서, 총 염색체수가 47개이며 21번의 상동염색체에 삼체성(2n+1)이 존재하여 정신박약증이 되는 Down 증후군의 경우, 염색체이상의 유형을 (47, 21) 의 기호로 표시하고 있다. Down 증후군 특성은 낮은 콧날과 눈과 눈 사이의 간격이 넓어지는 신체적 기형도 동반된다. 염색체수 이상은 태아의 경우 대부분 자연적 유산으로 사망하며 동물 세포에서는 치사하는 것으로 관찰되고 있다.

염색체구조 이상

염색체는 유사분열 중에 가장 명확하게 나타난다. 따라서 이를 염색하여 광학 현미경으로 관찰할 때 염색체 일부의 파괴, 미염색부분의 존재, 자매염색분체교환(SCE; sister chromatid exchange) 등의 구조적 이상을 관찰할 수 있다.

염색체구조 이상의 원인은 방사능, 자외선을 비롯하여 알킬화제, DNA 삽입 물질(intercalating agent) 등에 의한 DNA의 손상을 들 수 있으며, 여러 유전질환이 염색체 구조 이상과 관련되는 것으로 추정하고 있다.

대표적인 예로서, 자외선으로 인한 DNA 손상을 복구하는 효소 장애로 인한 선천성질환인 색소성전피증을 들 수가 있다. 주요 증상으로는 햇빛에 의한 모세혈관 확장, 피부수축 등을 들 수가 있다.

미소병변(변이원성)

미소병변은 DNA에 있는 유전자의 손상을 일컫는 용어로서 흔히 좁은 의미로 변이원성이라고도 부르며 여기에는 염기쌍 교환과 염기쌍 증감이 있다.

염기쌍 교환

염기쌍의 총 개수가 같으나 다른 쌍으로 치환되는 현상으로서 일반적으로 점변이라고도 부른다. 여기에는 다시 두 가지 유형으로 나누어지며 같은 형태의 염기쌍끼리 교환이 이루어지는 경우(AT → GC, GC → AT)를 염기쌍 전이라 하고 다른 형태의 염기쌍끼리 교환이 이루어질 때 (AT → TA, AT → CG, GC → CG, GC → TA)를 염기쌍 변위라고 한다.

이 경우 한 개의 염기쌍 교환은 생리학적 측면에서 그다지 중요하지 않을수 있다. 한 개 이상의 codon이 동일한 아미노산 합성을 지시할 수 있을 뿐만 아니라 설령 단백질에 다른 아미노산이 삽입되었더라도 해당효소의 활성부위에만 위치하지 않으면 효소의 기능에 영향을 주지 않기 때문이다. 그러나 염기쌍 교환 결과 단백질합성의 종료를 지시하는 nonsense codon을 형성하게 되면 이 경우에는 불완전한 효소가 생성됨으로써 심각한 결과가 초래될 수 있다.

염기쌍 증감

한 개 이상의 염기쌍들이 삽입되거나 탈락되어 총 염기쌍 개수의 변화가 초래되는 것이다. 즉, 삽입 또는 탈락되는 염기쌍들이 3개 또는 3의 배수가 아닌 경우로서 단백질구조의 근본적 변화를 초래하게 된다.