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똑똑한저어새12
생식 세포가 방사선이나 화학적 발암 물질에 장기적으로 노출될 때 DNA 염기 서열 및 이중 나선 구조에는 어떤 물리적 손상이 축적되나요?
안녕하세요
생식 세포가 방사선이나 화학적 발암 물질에 장기적으로 노출될 때 DNA 염기 서열 및 이중 나선 구조에는 어떤 물리적 손상이 축적되며 이것이 세포의 자가 복구 기제를 무력화시켜 악성 종양으로 발전하는 과정은 무엇인가요?
3개의 답변이 있어요!
생식 세포가 방사선이나 화학 물질에 장기 노출되면 DNA 이중 나선이 직접 절단되는 현상이나 염기가 비정상적으로 결합하는 물리적 왜곡이 발생합니다.
이러한 손상은 DNA 복제 시 치명적인 오류를 발생시킬 수 있는데, 특히 TP53 같이 손상을 감시하고 수리하는 종양 억제 유전자 자체가 파괴되어버린다면 복구 기제 자체가 완전히 무력화됩니다.
그래서 복구되지 못한 유전적 결함이 축적되면 세포는 자살 대신 무한 증식하는 유전적 불안정성 상태에 빠지게 되고, 결국 세포 분열을 조절하는 브레이크가 고장 나면서 정상 세포가 악성 종양으로 변질되며, 생식 세포의 경우 이 손상된 형질이 후세대로 유전될 가능성이 높아지게 되는 것입니다.
채택된 답변안녕하세요.
방사선은 크게 자외선, 그리고 X선과 감마선 같은 전리 방사선으로 나눌 수 있습니다. 자외선은 DNA 염기 사이에 비정상적인 공유결합을 형성하여 티민 이합체를 만들고, 이로 인해 이중 나선이 국소적으로 휘어지며 전리 방사선은 더 직접적이며 강한 에너지를 전달해 DNA 당-인산 골격을 절단합니다. 이때 한 가닥만 끊어지는 단일가닥 절단과, 양쪽 가닥이 동시에 끊어지는 이중가닥 절단이 발생합니다. 특히 이중가닥 절단은 구조적으로 매우 치명적이며, 잘못 복구되면 염색체 재배열이나 결실이 생깁니다.
화학적 발암 물질의 경우에는 DNA 염기와 직접 반응하여 염기 부가체를 형성하거나, 산화 스트레스를 유발하여 염기를 변형시키는데요 예를 들어 담배 연기 속 다환방향족탄화수소는 DNA 염기에 결합해 복제 시 염기쌍 오류를 일으킵니다. 또한 활성산소종은 구아닌을 8-옥소구아닌으로 산화시켜 잘못된 염기 짝짓기를 유도합니다. 이러한 변화는 결국 염기 치환, 삽입, 결실 같은 돌연변이로 축적됩니다. 세포에는 이러한 손상을 복구하는 다양한 기전이 존재합니다. 염기 절제 복구, 뉴클레오타이드 절제 복구, 불일치 복구, 그리고 이중가닥 절단에 대한 상동 재조합 복구 등이 대표적입니다. 그러나 장기적이고 반복적인 노출은 손상 빈도를 복구 능력 이상으로 증가시키거나, 복구 유전자 자체에 돌연변이를 일으켜 시스템을 약화시킬 수 있습니다. 또한 암 발생은 단일 돌연변이로 일어나는 것이 아니라, 여러 단계에 걸쳐 누적되는데 예를 들어 세포 주기를 조절하는 종양 억제 유전자나 세포 증식을 촉진하는 원암유전자에 돌연변이가 축적되면 세포 분열 통제가 무너집니다. 대표적으로 TP53는 DNA 손상 감지와 세포 사멸 유도를 담당하는 핵심 종양 억제 유전자이며, 이 기능이 상실되면 손상된 세포가 제거되지 않고 살아남게 됩니다. 또한 BRCA1과 같은 DNA 복구 유전자에 이상이 생기면 이중가닥 절단 복구 능력이 크게 떨어지고 이런 변화가 누적되면 세포는 자가 복구와 세포사멸 경로를 우회하게 되고, 결국 통제되지 않는 증식과 침윤 능력을 획득하여 악성 종양으로 발전할 수 있습니다.
다만 중요한 점은 생식 세포의 경우, 체세포에서 발생하는 암과는 결과가 다를 수 있는데요 생식 세포에 돌연변이가 생기면 그것은 주로 다음 세대로 전달되는 유전적 변이로 나타나며, 해당 세포가 직접 암으로 발전하는 경우는 상대적으로 드뭅니다. 암은 대개 체세포에서 다단계 돌연변이 축적을 통해 발생합니다. 감사합니다.
방사선이나 화학 물질에 노출된 생식 세포의 DNA는 염기 결합이 끊어지거나 이중 나선이 절단되는 물리적 변형을 겪으며 당과 인산 골격이 파괴되는 손상을 입습니다. 이러한 손상이 누적되면 피리미딘 이량체 형성이나 염기 산화가 빈번해지고 결과적으로 복구 효소가 감당할 수 있는 범위를 넘어서는 유전자 돌연변이가 고착됩니다. 손상된 DNA를 수선하는 단백질이 비활성화되거나 수선 과정에서 오류가 발생하면 세포 사멸 대신 비정상적인 세포 분열 신호가 지속되어 종양 억제 유전자가 기능을 잃고 발암 유전자가 활성화되면서 암세포로 변질됩니다.