돌연변이

3. 종류

돌연변이는 자연 발생적이거나 외부 요인에 의해 발생한다. 자연 발생적 변이는 DNA 복제 과정에서 100만 번 중 한 번 정도의 비율로 나타나며, 방사선이나 화학물질은 돌연변이 발생 빈도를 높인다. 노랑초파리 실험에 따르면 돌연변이의 약 70%는 개체에 해로우며, 나머지는 중립적이거나 유리하다.^[160]

생물은 DNA 수복 기제를 통해 돌연변이의 해로운 영향에 대응한다.^[161] 그러나 바이러스처럼 돌연변이 비율이 높은 것이 면역 체계 회피에 유리한 경우도 있다.^[163][164]

유전자 중복은 유전자 재조합 과정에서 흔히 발생하며, 진화와 상동성의 원인이 된다.^[165][167] 염색체 수준의 대규모 돌연변이도 있는데, 사람속의 인간 염색체 2번은 두 염색체가 융합된 것이다.^[170] 이러한 염색체 재배열은 종분화와 진화를 촉진한다.^[171]

전이성 유전인자는 게놈 내에서 위치를 이동하며 유전자 변화와 게놈 진화에 기여한다.^[172] 인간 게놈의 45%는 전이성 유전인자로 구성되며, LINEs에 포함된 ALU는 치명적인 돌연변이를 유발할 수 있다.^[173]

돌연변이는 유전자 다양성을 증가시키고 자연 선택의 영향을 받는다. 유전자 수준의 돌연변이에는 점 돌연변이, 미스센스 돌연변이, 넌센스 돌연변이 등이 있다. 염색체 수준의 돌연변이에는 염색체 이상이 있으며, 염색체 구조나 수의 변화를 포함한다.

3. 1. 구조적 변화에 따른 분류

3. 1. 1. 소규모 돌연변이

• 점 돌연변이: 하나의 뉴클레오타이드가 변환되어 나타나는 돌연변이로 DNA 전사 단계에서 특정 단백질의 생성을 막거나 변형시킨다.^[175] 대부분 같은 푸린 계열인 아데닌과 구아닌, 또는 같은 피리미딘 계열인 시토신과 티민의 잘못된 전사로 인해 일어난다. 점 돌연변이는 코돈의 정보를 파괴하거나 변형시켜 다음과 같은 돌연변이 효과를 나타낸다.
• * 불현성 돌연변이: 점 돌연변이로 인해 변이된 코돈이 기존의 코돈과 같은 아미노산 형성을 지시할 경우 결과적으로 돌연변이의 효과는 나타나지 않는다.
• * 미스센스 돌연변이: 변이된 코돈이 다른 아미노산 형성을 지시하는 경우.^[153] 코돈 내 염기의 변화 또는 치환에 의해, 원래 들어가야 할 것과 다른 아미노산이 합성된 폴리펩티드 중에 들어가 비정상 단백질이 만들어진다.
• * 넌센스 돌연변이: 변이된 코돈으로 인해 아미노산 형성이 중단되거나 생략되는 경우.^[154] 아미노산의 코돈을 종결 코돈으로 만드는 돌연변이이다.
• 삽입 돌연변이: 뉴클레오타이드의 일부가 원래의 염기 서열 사이로 삽입되어 일어나는 돌연 변이.
• 결실 돌연변이: 원래 있던 뉴클레오타이드의 일부가 사라져 버린 돌연변이.
• 프레임시프트 돌연변이: 염기의 삽입, 결손에 의해 오픈 리딩 프레임이 어긋나는 돌연변이.^[155]

3. 1. 2. 대규모 돌연변이

• 유전자 중복: 염색체의 파손된 조각이 상동 또는 비상동 염색체에 부착되어 일부 유전자가 두 개 이상의 복제량으로 존재하게 되면서 모든 염색체 영역의 복제본이 증가하고, 그 안에 위치한 유전자의 복제량도 증가한다.
• 유전자 결실: 큰 염색체 영역의 결손으로, 해당 영역 내 유전자의 손실을 초래한다.
• 염색체 역위: 염색체 부분의 방향을 반전시키는 것이다.
• 간질성 결실: 단일 염색체에서 DNA 부분을 제거하여 이전에 멀리 떨어져 있던 유전자를 서로 인접하게 만드는 염색체 내 결손이다. 예를 들어, 인간 성상세포종(일종의 뇌종양)에서 분리된 세포는 교아종에서 융합된 (FIG) 유전자와 수용체 티로신 키나아제(ROS) 사이의 서열을 제거하는 염색체 결손을 가지고 있는 것으로 밝혀졌으며, 이로 인해 융합 단백질(FIG-ROS)이 생성된다. 비정상적인 FIG-ROS 융합 단백질은 구성적으로 활성화된 키나아제 활성을 가지고 있어 종양 형성(정상 세포에서 암세포로의 변환)을 유발한다.
• 염색체 전위: 비상동 염색체에서 유전적 부분 교환이 일어난다.
• 이형접합 소실: 이전에 두 개의 다른 대립 유전자를 가지고 있던 유기체에서 결손이나 유전자 재조합 사건에 의해 하나의 대립 유전자가 손실되는 것이다.
• 다배체: 전체 염색체 세트의 중복으로, 잠재적으로 별도의 번식 집단과 종 분화를 초래할 수 있다.

• 결손: 염색체의 일부가 소실된다.
• 예: 흰 까마귀, 주황색 두더지, 검은색에서 흰색으로 변한 개(래브라도 레트리버종)
• 역위: 염색체의 일부가 정상적인 방향과 반대로 된다.
• 중복: 염색체의 일부가 중복된다.
• 전좌: 염색체의 일부가 끊어져 다른 염색체에 연결된다.
• 배수성: 염색체 수가 2배, 3배, 4배와 같이 정수배가 되는 것이다.
• 씨 없는 수박: 일반적인 수박이 게놈의 2배의 염색체를 가지는 데 반해, 3배의 염색체를 가진다.
• 이수성: 염색체 수가 1개 또는 수 개 증감하는 것이다.
• 다운증후군: 21번 염색체를 1개 더 가지는 것이다.

3. 2. 기능적 변화에 따른 분류

• 기능 상실 돌연변이 (Loss-of-function mutation): 유전자의 기능이 없어지거나 감소하는 돌연변이이다.
• 예시: 유전자 접합에 의한 일부 변이들

• 기능 획득 돌연변이 (Gain-of-function mutation): 유전자에 새로운 기능이 추가되거나 기능이 강화되는 돌연변이이다.
• 예시:
• 호메오 박스 돌연변이(안테나피디아): 더듬이 부분에 새로운 다리가 생겨 다리 기능을 획득한다.
• 항생제 저항성 유전자 획득: 플라스미드를 통해 페니실린 분해 효소 생성 기능을 획득하여 세포벽을 보호한다.
• 대장균의 장기간 진화 실험: 시트르산 이용 기능 획득.

• 복귀 돌연변이 (Reversion mutation): 돌연변이 유전자가 다시 변이를 일으켜 원래 유전자로 돌아가는 변이이다.^[149]

• 중립적 돌연변이: 자연선택에 유리하지도 불리하지도 않은 중립적인 돌연변이이다.(→중립진화설, 분자시계 항목 참조)^[147]
• 비표현 돌연변이: 유전적 수준에서는 변이가 일어나지만 표현형에서는 알 수 없는 변이이다.^[148]
• 억압 돌연변이: 억제 유전자 변이라고도 하며, tRNA의 안티코돈을 변화시켜 종결 코돈을 인식할 수 있게 되어 아미노산 사슬 합성이 종료되지 않는 변이이다.^[150]
• 적응적 돌연변이: 무작위로 돌연변이가 일어나는 것이 아니라, 주변 환경에 적응하여 일어난다고 여겨졌던 돌연변이이나, 현재는 부정되고 있다.^[151]
• 점 돌연변이: 하나의 뉴클레오티드의 치환, 결손, 또는 삽입 돌연변이이다.^[152]
• 미스센스 돌연변이: 코돈 내 염기 변화 또는 치환으로 인해, 원래 들어가야 할 것과 다른 아미노산이 합성된 폴리펩티드 중에 들어가 비정상 단백질이 만들어지는 돌연변이이다.^[153]
• 넌센스 돌연변이: 아미노산의 코돈을 종결 코돈으로 만드는 돌연변이이다.^[154]
• 프레임시프트 돌연변이: 염기의 삽입, 결손에 의해 오픈 리딩 프레임이 어긋나는 돌연변이이다.^[155]

3. 3. 표현형 변화에 따른 분류

• 기능 상실 돌연변이: 유전자의 기능이 사라지는 돌연변이이다.
• 기능 획득 돌연변이:
• 호메오 박스 돌연변이(안테나피디아): 더듬이 부분에 새로운 다리가 생겨 다리 기능을 획득한다.
• 항생제 저항성 유전자 획득: 플라스미드를 통해 페니실린 분해 효소 생성 기능을 획득하여 세포벽을 보호한다.
• 대장균의 장기간 진화 실험: 시트르산 이용 기능을 획득한 경우이다.
• 복귀 돌연변이: 원래 상태로 되돌아가는 돌연변이이다.
• 소규모 돌연변이:
• 삽입: DNA에 하나 이상의 뉴클레오티드가 추가된다. 전이인자 또는 반복 요소 복제 오류로 발생하며, 스플라이싱이나 읽기틀을 변화시켜(프레임시프트 돌연변이) 유전자 산물을 변경할 수 있다.
• 결손: DNA에서 하나 이상의 뉴클레오티드가 제거된다. 삽입과 마찬가지로 읽기틀을 변경할 수 있다.
• 치환 돌연변이: 한 뉴클레오티드가 다른 뉴클레오티드로 교환된다.^[48] 퓨린 간(A ↔ G), 피리미딘 간(C ↔ T) 교환은 전이, 퓨린-피리미딘 교환(C/T ↔ A/G)은 트랜스버전이다.

• 단백질 서열에 미치는 영향:
• 프레임시프트 돌연변이: 3의 배수가 아닌 뉴클레오티드 삽입/삭제로 읽기 프레임이 바뀌어 번역 결과가 달라진다.^[50]
• 점 치환 돌연변이:
• 동의어 치환: 코돈이 동일한 아미노산을 코딩하는 다른 코돈으로 바뀌지만, 아미노산 서열은 변하지 않는다. 침묵 돌연변이라고도 하지만, 모든 동의어 치환이 침묵 돌연변이인 것은 아니다.
• 비동의어 치환: 코돈이 다른 아미노산을 코딩하는 코돈으로 바뀐다.
• 미스센스 돌연변이: 다른 아미노산 치환으로 단백질 기능 이상을 유발할 수 있다. 수포성 표피 박리증, 겸상 적혈구 빈혈, 근위축성 측삭 경화증 등이 예시이다.^[51]
• 넌센스 돌연변이: 조기 종결 코돈을 생성하여 불완전한 단백질이 만들어진다. 선천성 부신 과형성증 등이 예시이다.

• 중립적 돌연변이:^[147] 자연선택에 유리하지도 불리하지도 않은 중립적인 돌연변이이다. (→중립진화설, 분자시계 참조)
• 비표현 돌연변이:^[148] 유전형에는 변이가 있지만 표현형에는 나타나지 않는 변이이다.
• 억압 돌연변이:^[150] 억제 유전자 변이라고도 하며, tRNA의 안티코돈을 변화시켜 종결 코돈을 인식하고 아미노산 사슬 합성이 종료되지 않는 변이이다.
• 적응적 돌연변이:^[151] 환경에 적응하여 일어난다고 여겨졌던 돌연변이이나, 현재는 부정되고 있다.
• 미스센스 돌연변이:^[153] 코돈 내 염기 변화로 다른 아미노산이 합성되어 비정상 단백질이 만들어지는 돌연변이이다.
• 넌센스 돌연변이:^[154] 아미노산 코돈을 종결 코돈으로 만드는 돌연변이이다.
• 프레임시프트 돌연변이:^[155] 염기 삽입, 결손으로 오픈 리딩 프레임이 어긋나는 돌연변이이다.

3. 4. 적응도에 따른 분류

• 해로운 돌연변이: 대부분의 환경에서 생존에 불리하게 작용하는 돌연변이. 예시: 겸형 적혈구 빈혈증
• 이로운 돌연변이: 특정 환경에서 생존에 유리하게 작용하는 돌연변이. 예시: 겸형 적혈구 빈혈증(말라리아 창궐 지역), 안테나 페디아(더듬이 부분에 농약이 있는 곳)
• 중립적 돌연변이: 자연선택(자연도태)에 유리하지도 불리하지도 않은 돌연변이. (중립진화설, 분자시계 항목 참조)^[147]

3. 5. 유전 여부에 따른 분류

• 중립적 돌연변이: 자연선택(자연도태)에 유리하지도 불리하지도 않은 중립적인 돌연변이이다. (중립진화설, 분자시계 항목 참조)^[147]
• 비표현 돌연변이: 유전적 수준에서는 변이가 일어나지만, 표현형에서는 알 수 없는 변이이다.^[148]
• 복귀 돌연변이: 돌연변이 유전자가 다시 변이를 일으켜 원래 유전자로 돌아가는 변이이다.^[149]
• 억압 돌연변이: 억제 유전자 변이라고도 한다. tRNA의 안티코돈을 변화시켜 종결 코돈을 인식할 수 있게 되어 아미노산 사슬 합성이 종료되지 않는 변이이다.^[150]
• 적응적 돌연변이: 무작위로 돌연변이가 일어나는 것이 아니라, 주변 환경에 적응하여 일어난다고 여겨졌던 돌연변이이다. 현재는 부정되고 있다.^[151]

4. 발생 원인

돌연변이의 발생 원인은 크게 자연적인 요인과 외부적인 요인으로 나눌 수 있다. 자연적인 요인으로는 유전 물질 복제 과정에서 무작위로 발생하는 오류가 있으며, 외부적인 요인으로는 방사선이나 화학 물질 등이 있다.

자연 발생적인 변이는 DNA 복제 과정에서 드물게 발생하며, 100만 번의 복제 중 한 번 정도의 비율로 나타난다. 노랑초파리를 이용한 실험에 따르면, 이러한 돌연변이의 약 70%는 개체에게 해로운 영향을 미치지만, 나머지는 중립적이거나 유리하게 작용하기도 한다.^[160] 생물은 돌연변이의 부정적인 영향을 줄이기 위해 DNA 수복과 같은 방어 기제를 진화시켜 왔다.^[161] 바이러스와 같이 RNA를 유전 물질로 사용하는 경우에는 돌연변이 비율이 매우 높은데,^[163] 이는 면역 체계를 회피하는 데 유리하게 작용하기 때문이다.^[164]

유전자 중복은 유전자 재조합 과정에서 흔히 발생하는 돌연변이 중 하나로,^[165] 새로운 유전자를 생성하여 진화의 원동력이 된다.^[166] 상동성 역시 유전자 중복과 같은 돌연변이의 결과로 이해할 수 있다.^[167] 염색체 수준에서도 대규모 돌연변이가 발생할 수 있는데, 예를 들어 사람속의 인간 염색체 2번은 원래 두 개의 염색체가 하나로 융합된 것이다.^[170] 이러한 염색체 재배열은 종분화를 유발하여 진화를 가속화할 수 있다.^[171]

게놈 내에서 위치를 이동할 수 있는 전이성 유전인자 또한 유전자 변화와 게놈 진화에 중요한 역할을 한다.^[172] 인간 게놈의 상당 부분은 전이성 유전인자로 구성되어 있으며, 이들은 때때로 치명적인 돌연변이를 유발하기도 한다.^[173]

돌연변이는 유전자나 염색체의 손상으로 인해 발생하며, 점 돌연변이, 삽입, 결실 등 다양한 형태로 나타날 수 있다. 점 돌연변이 중에서도 아미노산 변화를 유발하지 않는 침묵 돌연변이는 유전될 가능성이 높다. 아미노산이 변하는 비동의적 돌연변이는 생존에 불리할 수 있지만, 유리한 경우도 있어 진화의 요인이 되기도 한다. 약물, 방사선, 고에너지 입자 등도 유전자를 손상시켜 돌연변이를 유발할 수 있으며,^{[156][157][158]} 식물에서는 영양 장애도 돌연변이의 원인이 될 수 있다.^[159]

4. 1. 자연적 발생

• 토토머화(Tautomerism) – 염기의 수소 원자의 위치가 바뀌어 해당 염기의 수소 결합 패턴이 변하고, 결과적으로 복제 중 잘못된 염기쌍 형성이 발생한다.^[35] 이론적 결과는 양성자 터널링(proton tunnelling)이 GC 토토머(tautomer)의 자발적 생성에 중요한 요인임을 시사한다.^[36]
• 탈퓨린화(Depurination) – 퓨린 염기(A 또는 G)의 손실로 아퓨린성 부위(AP 부위)가 형성된다.
• 탈아미노화(Deamination) – 가수분해에 의해 정상적인 염기가 원래의 아민기 대신 케톤기를 포함하는 비정형 염기로 바뀐다. 예를 들어 C → U 및 A → HX(히포크산틴)이 있는데, 이는 DNA 복구 메커니즘에 의해 수정될 수 있다. 그리고 5MeC(5-메틸시토신) → T는 티민이 정상적인 DNA 염기이기 때문에 돌연변이로 감지될 가능성이 적다.
• 미스페어링 슬립(Slipped strand mispairing) – 복제 중 주형으로부터 새로운 가닥의 변성이 일어나고, 다른 지점에서 재결합("미끄러짐")이 발생한다. 이는 삽입 또는 결손으로 이어질 수 있다.

4. 2. 외부 요인에 의한 유발

• 화학 물질:
• 하이드록실아민
• 염기 유사체 (예: 브로모데옥시우리딘)
• 알킬화제 (예: N-에틸-N-니트로소요소). 이들은 DNA 복제 여부와 관계없이 돌연변이를 일으킬 수 있다. 반면, 염기 유사체는 DNA 복제 시에만 돌연변이를 유발한다. 이러한 화학적 돌연변이원은 전이, 트랜스버전, 결실 등을 유발한다.
• DNA 부가체 형성 물질 (예: 옥살라토신 A)^[41]
• DNA 삽입제 (예: 에티디움 브로마이드)
• DNA 가교 결합제
• 산화적 손상
• 아질산: A와 C의 아민기를 다이아조기로 바꿔 수소 결합 패턴을 변경, 복제 중 잘못된 염기쌍을 형성하게 한다.
• 방사선:
• 자외선 (UV) (비전리 방사선 포함): DNA의 시토신, 티민은 방사선에 취약하다. UV는 DNA 가닥에서 인접한 피리미딘 염기가 피리미딘 이합체로 공유 결합하게 한다. 장파장 UVA는 DNA의 산화적 손상을 유발할 수 있다.^[42]
• 전리 방사선 (예: 감마선): 돌연변이를 유발하여 암이나 사망으로 이어질 수 있다.

5. 영향

돌연변이는 생물체에 다양한 방식으로 영향을 미친다. 돌연변이의 영향은 크게 생물학적 영향, 사회경제적 영향, 긍정적 영향과 부정적 영향으로 나눌 수 있다.

돌연변이의 약 70%는 개체에게 해로운 방향으로 작용하며,^[160] 생물은 세포 수준에서 돌연변이를 무효화하는 DNA 수복 기제를 작동시키도록 진화해 왔다.^[161] 그러나, 바이러스처럼 돌연변이 비율이 높은 것이 오히려 유리한 경우도 존재한다.

유전자 돌연변이는 DNA 복제 과정에서의 실수, 화학물질, 방사선, 전이성 유전인자 등에 의해 발생한다. 점돌연변이의 경우, 아미노산 변화를 유발하지 않는 침묵 돌연변이가 더 많이 유전될 수 있다. 아미노산이 변화된 단백질은 기능을 잃는 경우가 많지만, 생존에 유리한 경우도 있어 진화의 요인이 되기도 한다.

염색체 이상은 염색체의 구조나 수에 변화를 일으키는 돌연변이이다. 체세포 돌연변이는 종양을 유발할 수 있으며, 생식세포 돌연변이는 유전되어 진화에 영향을 줄 수 있다. 세균이나 바이러스는 돌연변이를 통해 백신이나 치료제에 대한 내성을 획득하기도 한다.

5. 1. 생물학적 영향

5. 2. 사회경제적 영향

• 염기 치환 (예: 76A>T): 숫자는 5' 말단에서 염기의 위치를 나타낸다. 첫 번째 문자는 야생형 염기를 나타내고, 두 번째 문자는 야생형을 대체한 염기를 나타낸다. 주어진 예에서 76번째 위치의 아데닌은 티민으로 대체되었다.
• 게놈 DNA, 미토콘드리아 DNA, RNA의 돌연변이를 구별해야 할 필요가 있는 경우 간단한 관례를 사용한다. 예를 들어, 염기 서열의 100번째 염기가 G에서 C로 돌연변이된 경우, 게놈 DNA에서 돌연변이가 발생하면 g.100G>C, 미토콘드리아 DNA에서 돌연변이가 발생하면 m.100G>C, RNA에서 돌연변이가 발생하면 r.100g>c로 쓴다. RNA의 돌연변이의 경우 염기 코드는 소문자로 작성한다.
• 아미노산 치환 (예: D111E): 첫 번째 문자는 야생형 아미노산의 한 문자 코드이며, 숫자는 N-말단에서 아미노산의 위치이고, 두 번째 문자는 돌연변이에 존재하는 아미노산의 한 문자 코드이다. 넌센스 돌연변이는 두 번째 아미노산에 X로 표시한다(예: D111X).
• 아미노산 결손 (예: ΔF508): 그리스 문자 Δ(델타)는 결손을 나타낸다. 문자는 야생형에 존재하는 아미노산을 나타내고, 숫자는 야생형과 같이 존재하는 경우 아미노산의 N 말단에서의 위치를 나타낸다.

5. 3. 긍정적 영향

• '''HIV 저항성''': 사람의 CCR5-Δ32에서 특정 32개 염기쌍 결실은 동형접합자에게 HIV 저항성을 부여하고 이형접합자에서 AIDS 발병을 지연시킨다.^[114] 유럽 인구에서 CCR5-Δ32의 상대적으로 높은 빈도의 원인에 대한 한 가지 설명은 14세기 중반 유럽에서 흑사병에 대한 저항성을 부여했기 때문이다.^[115] 이 돌연변이를 가진 사람들은 감염에서 살아남을 가능성이 더 높았고, 따라서 개체군에서의 빈도가 증가했다.^[115] 이 이론은 이 돌연변이가 흑사병의 영향을 받지 않은 남아프리카에서는 발견되지 않는 이유를 설명할 수 있다.^[115] 최근의 이론은 CCR5 델타 32 돌연변이에 대한 선택적 압력이 흑사병이 아닌 천연두에 의해 발생했다는 것이다.^[116]

• '''말라리아 저항성''': 낫적혈구병은 신체가 적혈구에서 산소 운반 물질인 헤모글로빈의 비정상적인 유형을 생성하는 혈액 장애이다. 사하라 사막 이남 아프리카의 모든 원주민의 3분의 1이 이 대립유전자를 가지고 있는데, 말라리아가 흔한 지역에서는 단 하나의 낫적혈구 대립유전자(낫적혈구 형질)만 가지고 있어도 생존 가치가 있기 때문이다.^[117] 낫적혈구병의 두 대립유전자 중 하나만 가진 사람들은 말라리아에 대한 저항성이 더 강하다. 말라리아 원충인 ''플라스모디움''의 감염이 침입한 세포의 낫 모양 변형으로 막히기 때문이다.

• '''항생제 내성''': 사실상 모든 세균은 항생제에 노출되면 항생제 내성을 나타낸다. 실제로 박테리아 개체군은 이미 항생제 선택 하에서 선택되는 그러한 돌연변이를 가지고 있다.^[118] 분명히 이러한 돌연변이는 박테리아에게만 유익하지 감염된 사람에게는 유익하지 않다.

• '''락테이스 지속성''': 돌연변이는 인간이 모유 수유 후에도 락테이스 효소를 발현할 수 있게 하여 성인이 락토스를 소화할 수 있게 했는데, 이는 최근 인류 진화에서 가장 유익한 돌연변이 중 하나일 가능성이 높다.^[119]

5. 4. 부정적 영향

• '''기능 상실 돌연변이'''(비활성화 돌연변이라고도 함): 유전자 생성물의 기능이 감소하거나 없어지는(부분적으로 또는 완전히 비활성화됨) 결과를 초래한다. 이러한 돌연변이와 관련된 표현형은 대부분 열성이다. 기능 상실 돌연변이로 인해 발생하는 질병으로는 기텔만 증후군과 낭포성 섬유증이 있다.^[53]
• '''우성 음성 돌연변이'''(반형질 돌연변이라고도 함): 야생형 대립 유전자에 길항적으로 작용하는 변경된 유전자 생성물을 가진다. 이러한 돌연변이는 일반적으로 변경된 분자 기능(종종 비활성)을 초래하며, 우성 또는 반우성 표현형으로 특징지어진다. 인간에게서 우성 음성 돌연변이는 암과 관련이 있다(예: 유전자 p53, ATM, CEBPA, 및 PPAR감마의 돌연변이). 마르팡 증후군은 FBN1 유전자(15번 염색체에 위치)의 돌연변이에 의해 발생하며, 이 유전자는 세포외 기질의 당단백질 성분인 피브릴린-1을 암호화한다. 마르팡 증후군은 또한 우성 음성 돌연변이와 반수불충분성의 예이다.
• '''치사 돌연변이''': 발생 중에 발생할 때 유기체의 빠른 사망을 초래하며, 발달된 유기체의 수명을 크게 단축시킨다. 우성 치사 돌연변이에 의해 발생하는 질병의 예로는 헌팅턴병이 있다.
• '''무형질 돌연변이'''(널 돌연변이): 유전자의 기능을 완전히 금지하는 기능 상실 돌연변이의 한 형태이다. 아토피성 습진과 피부염 증후군은 필라그린을 활성화하는 유전자의 널 돌연변이에 의해 발생하는 일반적인 질병이다.
• '''억제 돌연변이''': 이중 돌연변이가 정상적으로 나타나게 하는 돌연변이의 한 유형이다. 억제 돌연변이에는 유전자 내 및 유전자 외 억제 돌연변이 두 가지 유형이 있다. 이러한 유형의 돌연변이로 인해 발생하는 일반적인 질병은 알츠하이머병이다.^[54]

6. 보상 돌연변이

DNA 코딩 영역의 돌연변이로 인한 DNA 변화는 단백질 서열에 오류를 일으켜 부분적 또는 완전히 기능하지 않는 단백질을 생성할 수 있다. 각 세포는 올바르게 기능하기 위해 수천 개의 단백질이 적절한 시간에 적절한 위치에서 기능해야 한다. 돌연변이가 신체에서 중요한 역할을 하는 단백질을 변화시키면 질병이 발생할 수 있다. 다양한 초파리(*Drosophila*) 종 간의 유전자 비교에 대한 한 연구에 따르면, 돌연변이가 단백질을 변화시키면 그 돌연변이는 아미노산 다형성의 약 70%가 해로운 영향을 미치는 것으로 추정되며, 나머지는 중립적이거나 약간 유익한 것으로 보아 대부분 해로울 가능성이 높다.^[8] 일부 돌연변이는 유전자의 DNA 염기 서열을 변경하지만 유전자에 의해 생성되는 단백질은 변경하지 않는다. 연구에 따르면 효모의 비코딩 DNA에서 점 돌연변이의 7%만이 해롭고, 코딩 DNA에서는 12%만이 해롭다는 것을 보여준다. 나머지 돌연변이는 중립적이거나 약간 유익하다.^[111]

7. 돌연변이 연구의 미래

생식 세포(생식 세포)에 돌연변이가 존재하면, 모든 세포에 돌연변이를 지닌 자손을 낳을 수 있는데, 이는 유전 질환의 경우에 해당한다. 특히, 생식 세포 내 DNA 복구 유전자에 돌연변이가 있는 경우, 이러한 생식세포 돌연변이를 가진 사람들은 암 위험이 증가할 수 있다. 이러한 생식세포 돌연변이 34가지 목록은 DNA 복구 결핍 질환 문서에서 확인할 수 있다. 한 가지 예로 ''OCA1'' 또는 ''OCA2'' 유전자에서 발생하는 돌연변이인 알비니즘이 있다. 이 질환을 가진 사람들은 여러 유형의 암, 다른 질환에 더 취약하며 시력이 손상될 수 있다.^[1]

DNA 손상은 DNA가 복제될 때 오류를 일으킬 수 있으며, 이 복제 오류는 유전자 돌연변이를 일으켜 유전 질환을 유발할 수 있다. DNA 손상은 세포의 DNA 복구 시스템에 의해 복구된다. 각 세포는 효소가 DNA의 손상을 인식하고 복구하는 여러 경로를 가지고 있다. DNA는 여러 가지 방식으로 손상될 수 있기 때문에 DNA 복구 과정은 신체가 질병으로부터 자신을 보호하는 중요한 방법이다. DNA 손상이 돌연변이를 일으킨 후에는 돌연변이를 복구할 수 없다.^[1]

8. 한국의 돌연변이 연구 현황 및 정책 방향

한국에서는 돌연변이와 관련된 유전 질환 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히, 생식 세포 돌연변이로 인한 유전 질환과 암 발생 위험 증가에 대한 연구가 이루어지고 있다. 예를 들어, ''OCA1'' 또는 ''OCA2'' 유전자 돌연변이로 발생하는 알비니즘은 여러 유형의 암, 다른 질환, 시력 손상 등을 유발할 수 있어 이에 대한 연구가 중요하다.^[112]

DNA 손상은 DNA 복제 오류를 일으켜 유전자 돌연변이와 유전 질환을 유발할 수 있다. DNA 손상은 세포의 DNA 복구 시스템에 의해 복구되지만, DNA 손상이 돌연변이를 일으킨 후에는 복구할 수 없다. 따라서 DNA 복구 과정은 신체가 질병으로부터 자신을 보호하는 중요한 방법이다.^[113]

체세포 돌연변이는 생물체의 체세포에서 발생하며, 동일 생물체 내에서 해당 세포의 모든 자손에게 나타난다. 이러한 체세포 돌연변이의 축적은 정상 세포가 암세포로 악성화되는 원인 중 하나이다. 이형접합 기능 상실 돌연변이가 있는 세포는 정상 복제본이 자발적으로 체세포 돌연변이를 일으킬 때까지 정상적으로 기능할 수 있지만, 이러한 돌연변이 비율을 측정하기는 어렵다. 이 비율을 측정하는 것은 암 발생 예측에 중요하다.^[113]

점 돌연변이는 DNA 복제 중 발생하는 자발적인 돌연변이에서 발생할 수 있으며, 돌연변이율은 UV선, X선 등의 물리적 요인이나 화학적 요인에 의해 증가될 수 있다. 암과 관련된 돌연변이원은 암 예방 연구에 활용된다.

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