이수성 (생물학)

3. 이수성 발생 기전

염색체 분리 과정의 오류로 인해 이수성이 발생하며, 이는 여러 가지 방식으로 잘못될 수 있다.^[10]

분열 체크포인트가 완전히 비활성화되면 여러 염색체, 어쩌면 모든 염색체에서 비분리가 유발될 수 있다. 이러한 시나리오에서는 각 딸세포가 분리된 유전 물질을 가질 수 있다.

3. 1. 비분리

3. 2. 기타 기전

• '''메로텔릭 부착'''은 하나의 동원체가 두 개의 분열 방추 극에 모두 부착될 때 발생한다.^[10] 이 경우 하나의 딸세포는 정상적인 염색체를 갖게 되지만, 두 번째 딸세포는 염색체 하나가 부족하게 된다. 세 번째 딸세포는 '누락된' 염색체를 갖게 될 수 있다.

• '''다극 방추'''는 두 개 이상의 방추극이 형성되는 현상이다.^[10] 이러한 분열은 각 방추극에 대해 하나의 딸세포를 생성하며, 각 세포는 예측할 수 없는 염색체 구성을 가질 수 있다.

• '''단극 방추'''는 단일 방추극만 형성되는 경우이다.^[10] 이로 인해 복제 수가 두 배가 된 단일 딸세포가 생성된다.

• '''사배체 중간체'''는 단극 방추 메커니즘의 최종 결과로 생성될 수 있다.^[10] 이 경우 세포는 정상 세포의 두 배의 복제 수를 가지며 방추극 수도 두 배로 생성된다. 결과적으로 예측할 수 없는 염색체 구성을 갖지만 정상적인 복제 수를 가진 네 개의 딸세포가 생성된다.

4. 신경계에서의 체세포 모자이시즘

체내 염색체 수 이상에 대한 모자이크 현상은 포유류 뇌의 정상적인 구성 성분일 수 있다.^[12][13] 2~86세의 6명의 개인에게서 얻은 정상적인 인간 뇌 샘플에서는 염색체 21 수 이상에 대한 모자이크 현상이 나타났다(분석된 뉴런의 평균 4%).^[14] 이러한 낮은 수준의 수 이상은 신경 전구 세포의 세포 분열 동안 염색체 분리 결함으로 인해 발생하는 것으로 보이며,^[15] 이러한 수 이상 염색체를 포함하는 뉴런은 정상적인 회로에 통합되는 것으로 보고되었다.^[16] 그러나 최근의 단일 세포 시퀀싱 연구는 이러한 발견에 의문을 제기했으며, 뇌의 수 이상은 실제로 매우 드물다고 시사했다.^[17][18]

5. 암에서의 체세포 모자이시즘

거의 모든 암세포에서 염색체 수 이상(비정상 염색체수)이 발견되며, 이는 암 발생 및 진행에 중요한 역할을 할 수 있다.^[4][19] 독일 생물학자 테오도어 보베리는 비정상 염색체수가 암의 원인이라고 최초로 제안했으나, 분자 생물학자 피터 듀스버그가 재평가하기 전까지 보베리의 이론은 잊혀졌다.^[20] 비정상 염색체수가 종양 진화에 어떤 메커니즘으로 영향을 미치는지 이해하는 것은 현재 암 연구의 중요한 주제이다.^[21]

체세포 모자이시즘은 만성 림프구성 백혈병 (CLL)의 삼염색체 12와 급성 골수성 백혈병 (AML)의 삼염색체 8을 포함하여 거의 모든 암 세포에서 발생한다. 그러나 이러한 형태의 모자이크 비정상 염색체수는 염색체 불안정성과 같은, 전체 또는 모자이크 비정상 염색체수를 포함하는 유전 증후군과 일반적으로 관련된 것과는 다른 메커니즘을 통해 발생한다.^[22]

정상적인 유사 분열 체크포인트의 변화 또한 중요한 종양 발생 사건이며, 이는 비정상 염색체수를 직접적으로 유발할 수 있다.^[24] 종양 억제 유전자 p53의 소실은 종종 게놈 불안정성을 초래하여 비정상 염색체수 유전형을 유발할 수 있다.^[25] 또한, 개인이 염색체 파괴에 취약한 유전 증후군 (염색체 불안정 증후군)은 다양한 유형의 암 위험 증가와 자주 관련되어, 발암 과정에서 체세포 비정상 염색체수의 역할을 강조한다.^[26]

2008년에 발표된 한 연구는 비정상 염색체수 형성에 관련된 메커니즘, 특히 비정상 염색체 세포의 후성 유전 기원에 초점을 맞추고 있다. DNA 메틸화와 히스톤 변형은 암을 포함한 많은 생리학적 및 병리학적 조건에 중요한 두 가지 주요 후성 유전적 변형이다. 비정상적인 DNA 메틸화는 유전자 돌연변이보다 더 빈번하게 암세포에서 가장 흔한 분자 병변이다. CpG 섬 프로모터 과메틸화에 의한 종양 억제 유전자 침묵은 암세포에서 가장 빈번한 후성 유전적 변형으로 추정된다.^[27]

5. 1. 암 치료와의 연관성

6. 부분 이수성

"부분적 단염색체성"과 "부분적 삼염색체성"이라는 용어는 염색체의 일부 손실 또는 획득으로 인한 유전 물질의 불균형을 설명하는 데 사용된다. 특히 이러한 용어는 불균형 전좌의 상황에서 사용되는데, 이는 개인이 두 개의 다른 염색체의 파괴와 융합을 통해 형성된 파생 염색체를 가지고 있을 때 발생한다. 이러한 상황에서 개인은 한 염색체의 일부 (정상 사본 2개와 파생 염색체에 존재하는 부분)를 세 개 가지고 있고, 파생 염색체와 관련된 다른 염색체의 일부는 한 개만 갖게 된다. 예를 들어, 로버트슨 전좌는 다운 증후군 사례의 극히 소수 (5% 미만)를 차지한다. 하나의 아이소염색체 형성은 아이소염색체에 존재하는 유전자의 부분적 삼염색체성과 손실된 팔에 있는 유전자의 부분적 단염색체성을 초래한다.

7. 이수성 유발 물질 (Aneugens)

이수성을 유발할 수 있는 물질을 아네우젠(Aneugens)이라고 한다. 많은 돌연변이성 발암 물질이 아네우젠이다.

7. 1. 주요 아네우젠

7. 2. 환경적 요인

8. 진단

이수성은 핵형 분석을 통해 진단할 수 있다. 핵형 분석은 세포 샘플을 고정하고 염색하여 염색체의 밝고 어두운 띠 패턴을 만들고 염색체 사진을 분석하는 과정이다. 이 외에도 형광 현미경 검사법, 단일체 반복의 정량적 PCR 등 다양한 방법이 사용된다.

8. 1. 산전 검사

9. 이수성의 종류

이수성은 염색체 수가 정상적인 이배체 상태에서 벗어난 경우를 말한다. 감수 분열 과정에서 염색체 비분리 현상으로 인해 발생할 수 있다.

이수성은 염색체의 종류에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

• 단염색체성 (Monosomy): 특정 염색체가 하나만 존재하는 경우이다.
• 삼염색체성 (Trisomy): 특정 염색체가 세 개 존재하는 경우이다.
• 사염색체성 (Tetrasomy): 특정 염색체가 네 개 존재하는 경우이다.

9. 1. 성염색체 이수성

• 터너 증후군 (X): X 염색체가 하나뿐인 여성에게 나타나며, 저신장, 난소 기능 부전 등의 증상을 보인다.
• 클라인펠터 증후군 (XXY): X 염색체가 두 개 이상인 남성에게 나타나며, 고환 발육 부전, 여성형 유방 등의 증상을 보인다.
• XYY 증후군 (XYY): Y 염색체가 두 개인 남성에게 나타나며, 키가 크고 가벼운 학습 장애를 겪을 수 있다.
• XXX 증후군 (XXX): X 염색체가 3개 이상을 가지는 경우를 통칭한다.

9. 2. 상염색체 이수성

10. 용어

엄밀한 의미에서, 46개(인간의 경우)가 아닌 다른 수의 염색체를 갖는 염색체 보충은 '''이수성'''으로 간주되며, 반수체 염색체 보충의 정확한 배수는 진정배수성으로 간주된다.

참조

_[1] 논문 Short- and long-term effects of chromosome mis-segregation and aneuploidy 2015-08-01
_[2] 서적 An Introduction to Genetic Analysis W. H. Freeman and Company
_[3] 논문 Aneuploidy and cancer 2000-01
_[4] 논문 Cancer cells preferentially lose small chromosomes
_[5] 논문 Clinical practice. Prenatal screening for aneuploidy 2009-06
_[6] 논문 Miscarriage matters: the epidemiological, physical, psychological, and economic costs of early pregnancy loss. https://wrap.warwick[...]
_[7] 논문 Ovarian Aging and Fertility
_[8] 웹사이트 Whitehead Institute of MIT https://wi.mit.edu/n[...] 2023-02-22
_[9] 서적 An Introduction to Genetic Analysis W. H. Freeman and Company
_[10] 논문 Nuclear chromosome locations dictate segregation error frequencies 2022-07
_[11] 웹사이트 Nondisjunction - The Definitive Guide https://biologydicti[...] 2023-02-22
_[12] 논문 Chromosomal variation in neurons of the developing and adult mammalian nervous system 2001-11
_[13] 논문 Neuronal DNA content variation (DCV) with regional and individual differences in the human brain 2010-10
_[14] 논문 Constitutional aneuploidy in the normal human brain 2005-03
_[15] 논문 Chromosome segregation defects contribute to aneuploidy in normal neural progenitor cells 2003-11
_[16] 논문 Aneuploid neurons are functionally active and integrated into brain circuitry 2005-04
_[17] 논문 Single cell sequencing reveals low levels of aneuploidy across mammalian tissues
_[18] 논문 Single-cell whole genome sequencing reveals no evidence for common aneuploidy in normal and Alzheimer's disease neurons
_[19] 논문 Progress Aneuploidy and cancer 2004-11-18
_[20] 논문 Debate surges over the origins of genomic defects in cancer 2002-07-26
_[21] 논문 Tumor aneuploidy correlates with markers of immune evasion and with reduced response to immunotherapy 2017-01-20
_[22] 논문 To err (meiotically) is human: the genesis of human aneuploidy 2001-04
_[23] 논문 Aspirin and resveratrol could prevent cancer by killing tetraploid cells, research shows https://medicalxpres[...]
_[24] 논문 On the road to cancer: aneuploidy and the mitotic checkpoint 2005-10
_[25] 논문 Dissecting p53 tumor suppressor functions in vivo 2002-04
_[26] 서적 An Introduction to Genetic Analysis W. H. Freeman and Company
_[27] 논문 The Epigenetic Origin of Aneuploidy
_[28] 논문 Aneuploidy, the somatic mutation that makes cancer a species of its own
_[29] 논문 New insights on the origin and relevance of aneuploidy in human spermatozoa
_[30] 논문 Smoking, immunity, and DNA damage 2019-05
_[31] 논문 Cigarette smoking and aneuploidy in human sperm
_[32] 논문 Smoking cigarettes is associated with increased sperm disomy in teenage men
_[33] 논문 Benzene exposure near the U.S. permissible limit is associated with sperm aneuploidy
_[34] 논문 Study on the relation between occupational fenvalerate exposure and spermatozoa DNA damage of pesticide factory workers
_[35] 논문 Genotoxic effects on human spermatozoa among pesticide factory workers exposed to fenvalerate
_[36] 논문 Genotoxic effects on spermatozoa of carbaryl-exposed workers
_[37] 논문 Chromosomal aneuploidies and DNA fragmentation of human spermatozoa from patients exposed to perfluorinated compounds
_[38] 논문 Fetal loss in Down syndrome pregnancies.
_[39] 논문 Sex chromosome tetrasomy and pentasomy 1995-10