SNP의 종류

PG Tutorial/유전학 | 2009.08.06 04:00 | Posted by thkim

DNA는 A, T, G, C라고 쓰는 4가지 염기로 구성하고 있으며, 인간의 경우 약 30억 쌍에 달하는 염기가 무질서하게 반복된 모습을 하고 있습니다. 무질서해 보이지만 DNA의 특정 부분들은 각각의 의미 있는 배열을 가지고 있고, 이것이 유전자(gene)입니다. 인간은 약 3만개의 유전자를 가지고 있는 것으로 알려져 있습니다.

DNA에서 유전되는 돌연변이와 다형성은 여러 종류가 있는데, SNP, CNP, Indel 등이 있습니다. CNP는 반복수 다형성(copy number polymorphism)으로 약 200개 염기 이상의 큰 영역의 반복횟수 차이로 구성됩니다. Indel은 2~100개까지의 핵산이 삽입되거나 결실됨으로 인한 변이입니다. SNP는 가장 단순하고 가장 많이 관찰되는 다형성의 하나로 단일염기 다형성(Single nucleotide polymorphism)입니다. SNP는 유전체의 특정 부위에 위치하는 두 개의 다른 염기로 인하여 발생하는 두 개의 대립유전자를 가지게 됩니다. SNP는 보통 1000개의 염기 당 평균 한 개의 빈도로 발생하며 매우 흔하게 나타납니다. 이는 같은 인종의 두 사람의 전체 유전체 사이에는 평균 300만 개의 염기서열 차이가 있다고 보고 있습니다. 그러나 서양인과 한국인의 단일염기에 있어서 차이는 약 340만개로 알려져 있다. (최초의 한국인 유전체 데이터)

SNP가 각 개인의 체질과 관련이 있고, 질환의 직접적인 원인이라기보다는 질환의 감수성의 미묘한 변화와 관련이 있다고 보고 있습니다. 즉, 어떤 사람이 어떤 질환이 걸릴 확률이 높은 반면 다른 사람은 그렇지 않을 수 있다는 것이 이 SNP와 관련이 있다는 것입니다. 질환뿐만 아니라 약에 대한 민감성, 부작용 여부도 관련이 있다고 생각되고 있어 최근에는 이러한 SNP에 대한 연구가 활발히 진행 중입니다.

SNP의 종류

SNP의 종류


다음 그림은 SNP의 종류를 유전자 영역을 중심으로 분류한것을 보여주고 있습니다.

rSNP: 유전자가 mRNA로 발현되는데 있어 중요한 방아쇠 역활을 하는 전사 조설인자영역에서 발견되는 SNP를 Regulatory SNP라고 한다.
iSNP: 유전자 사이 사이에 mRNA로 전사 되지 않은 인트론이란것이 존재하며 유전자나 단백질 형성에 중요한 역할을 하지는 않지만 엑손들 가까에서 중요한 역할을 하는것으로 알려져 있으며 여기에 존재하는 SNP를 Intron SNP라고 한다.
cSNP: 단백질 코딩영역에 염기 변이를 일으킴으로써 아미노산 변화를 야기 시키는 SNP라고 하여 Coding SNP라고 불린다.
sSNP: 단백질 코딩영역에서 발견은 되나 아미노산 변화를 야기시키지 않는 그런 SNP를 Synonymous SNP라고 한다.

태어나는 아이가 건강하길 바라는 마음은 부모 누구나 똑같을 것입니다. 그래서 아이가 태어나기 전 장애가 있는지 없는지 검사를 하는데 현재는 양수 검사나 융모막 검사가 많이 행해지고 있습니다. 양수는 태아가 자라고 있는 자궁 내의 완충 작용을 하는 체액이고, 융모막은 임신 중에 태아나 양수를 싸고 있는 막을 말합니다.

검사하는 방법은 다음고 같습니다. 긴 주사 바늘로 양수를 채취하거나 모체의 질을 통해 가느다란 튜브를 넣어 태반의 융모막에서 태반 조직 일부를 채취합니다. 이렇게 채취한 조직이나 양수에서 태아의 세포에 있는 염색체들을 검사하는데, 현미경이나 사진 상으로 보이는 염색된 염색체와는 달리 살아있는 세포의 염색체는 액체 상태이기 때문에 염색체의 형태를 잘 관찰 할 수 있도록 응축된 상태의 세포 분열 중기나 후기의 염색체로 분석합니다.

세포 내의 염색체를 현미경으로 관찰하여 크기순으로 짝을 맞추어 재배열 시키는 방법을 통해 완성된 사진을 핵형(Karyotype)이라고 합니다. 또 핵형은 한 개인의 표준 염색체 세트나 어떤 종, 고양이 등의 표준 염색체 세트를 의미하기도 합니다. 각 염색체의 수와 형태들은 각자 특징을 갖는데 재배열한 염색체들을 세포유전학자(cytogenetist)가 분석하는 것을 핵형분석(karyotyping)이라고 합니다.

사람의 염색체는 2쌍씩 46개가 정상인데 염색체 이상은 정상보다 많거나 적은 수적 이상과 수는 정상이나 구조적 이상으로 생길 수 있습니다. 한 개 혹은 여러 개의 상염색체, 성염색체 또는 양쪽 모두에서 동시에 일어날 수 있습니다.

그림을 보면서 핵형을 분석해보겠습니다. 염색체 번호는 왼쪽에서 오른쪽으로 위에서 아래로 숫자가 매겨집니다.(1번부터 23번) 오른쪽  아래 끝에 위치하는 염색체(23번 염색체) 2개 염색체가 한눈에 보기에도 크기가 다름을 알 수 있습니다. 이는 전형적인 남성의 핵형(XY)입니다. 여성이라면 Y대신 X가 2개 있어 크기가 큰 염색체가 두 개 있습니다. 그리고 상염색체인 1번 염색체부터 22번 염색체 중에 빨간색으로 표시한 21번 염색체가 3개 존재하므로 전형적인 다운증후군임을 알 수 있습니다. 이런 수적 이상은 쉽게 알아 낼 수 있지만 염색체 상의 구조적 이상은 쉽게 알기가 어렵습니다.

염색체 상의 미세한 중첩이 의심될 경우에는 고해상도 분석(high resolution analysis) 기법을 이용하여 검사합니다. 염색체 이상을 밝혀내기 위한 분석방법에는 여러 가지가 있으며 의심되는 이상의 종류에 따라 분석방법도 여러가지가 있습니다.

유전자란 무엇인가?

PG Tutorial/유전학 | 2009.07.25 07:00 | Posted by thkim



유전적 유사성 (개인간 0.5% 차이)

유전적 유사성

사람들은 모두 똑 같은 갯수의 유전자를 가지고 있다. 이들 유전자의 실질적인 정보를 담고 있는 DNA가 서로 조금씩(0.5%) 차이가 나서 어떤 사람들은 갈색 머리를 가지게 되고 어떤 사람들은 검정색 머리를 가지게 된다.
상보적 DNA

상보적 DNA


우리의 몸은 약 50조개의 작은 세포로 이루어져 있다. 이들 각 세포들은 우리 몸을 구성할 수 있는 완벽한 설계도면 모두를 DNA라는 정보 단위에 암호화 하고 있다. DNA의 생긴 모습은 길쭉한 사다리 모양을 하고 있으며, 사다리의 단에 해당하는 염기는 A, T, G 및 C의 4종류로 구성되어있다. 그리고 이들은 서로 A와 T가 짝을 이루며 또한 G와 C가 항상 짝을 이루는 형태를 띄고 있다.


인간의 염색체 모양

인간의 염색체 모양

세포 안의 긴 분자구조체인 DNA는 세포 속에 있는 염색체에 존재한다. 사람은 23쌍의 염색체를 갖고 있으며, 그 밖의 생물들은 각각 다른 갯수의 염색체쌍을 갖고 있다. 이 염색체 수가 생물체의 복잡도를 결정하는것은 아니다. 침팬지는 사람보다 한쌍이 많은 24쌍을 가지고 있다.그리고 말은 33개쌍, 참게의 경우는 무려 127쌍이나 된다.


인간의 23쌍의 염색체의 일부 특정 DNA들은 중요한 유전정보를 담고 있다. 이를 유전자라고 하며 약 2만~3만여개(아직 정확한 숫자가 밝혀지지가 않았다)로 추정되고 있다. 이 유전자를 구성하는 DNA 자체를 요리책이라고 한다면, 유전자가 담고 있는 유전정보는 요리책이라고 보면 될것 같다. 그래서 당신이 곱슬머리를 가졌다면 아빠 또는 엄마로 부터 머리카락이 곱슬머리로 만들어지게 하는 DNA 유전정보를 물려 받았기 때문이다.


정보의 흐름

유전정보의 흐름

세포라는 공장은 유전자가 가지고 특정 유전정보를 읽어서 단백질을 생산한다. -이는 요리책에 적혀있는 재료를이용해서 요리를 만드는것과 같다. 단백질은 우리의 세포와 전체 몸의 대부분의 기능을 담당한다. 어떤 단백질들은 세포의 특정 모양과 구조를 형성하기도 하고 또 다른 단백질들은 음식물을 소화시키거나 피 속에 산소를 옮기거나 하는 일들을 담당한다. 이러한 다양한 단백질을 만드는것이 가능한것은 DNA라는 유전정보를 저장하는 물질이 컴퓨터의 프로그램의 정보가 반도체 칩에 바이너리 코드 0,1로 암호화 되어있는것 처럼 A,T,G,C의 다양한 조합으로 이루어져 있기 때문이다. 이는 우리가 같은 음식 재료로 요리를 하지만 요리방법이 달라 결과적으로 다른 음식을 먹게 되는것과 같은 원리이다.

우리의 몸을 이루고 있는 세포는 뇌세포, 혈구, 피부세포, 간세포, 골세포 등과 같이 매우 다양하다. 그러나 이 모든 세포들은 같은 내용의 DNA정보를 담고 있다. 그럼 세포들은 눈을 구성해야하는지 피를 만들어야하는 어떻게 알까? 이 대답은 유전자 발현의 매우 복잡한 생명 시스템에 있다. 즉 조절 유전자가 다른 유전자들의 전원을 켰다/껐다하면서 각 특정 세포에 맡는 기능을 유지할 수 있게 우리 몸의 적절한 세포에게 적당한 시간에 신호를 보내어 기능을 유지할 수 있게끔 조절하고 있기 때문이다.


 

 거리를 지나다니다 우연히 마주치는 사람을 보면 모르는 사람임에도 불구하고, 누구나 쉽게 남성과 여성을 구분 지을 수 있습니다. 또한 아이가 태어났을 때 역시 아무런 의학지식이 없는 사람이더라도 사내아이인지 계집아이인지를 확연히 구분하실 수 있을 것입니다. 그것은 겉으로 드러난 겉모습, 예를 들면 몸에 골격, 어깨와 골반의 뼈의 크기, 콧수염과 구렛나루의 있고 없음, 머리카락의 길이, 생식선 등으로 남녀를 일차적으로 구분할 수 있기 때문입니다. 그렇게 구분했다가도 가끔 머리긴 남성과 머리가 짧은 여성 또는 태어날 때는 남성이었지만 후에 외과적 수술과 호르몬으로 여성이 된 사람들 등을 통해 남성과 여성을 구분 하기 어려우실 것입니다. 그렇다면, 남성과 여성을 구분 짓는 가장 큰 조건은 무엇일까요?


사람의 유전정보를 담은 것을 유전자(gene)라고 한다고 말씀드렸었는데 기억하시나요? 많은 유전자들이 모여 형성된 것을 염색체라고 합니다. 이런 염색체에서 남성과 여성의 차이가 있는데, 여성은 상염색체 22쌍과 성염색체 XX 한 쌍을 자졌고, 남성의 경우는 상염색체 22쌍과 성염색체 XY 한 쌍을 가졌습니다. 즉, 여성은 X염색체를 두 개 가졌고, 남성의 경우 X염색체 한 개를 가지고 Y염색체를 가진 것입니다.


                                      (위의 사진은 Karyotyping이라는 방법으로 후에 다시 말씀 드리도록 하겠습니다. )

 먼저 처음의 사진은 남성의 염색체 배열을, 아래 사진은 여성의 염색체 배열을 나타낸 것입니다. 여성의 경우 XX에 염색체가 존재하지만, Y에는 염색체가 존재하지 않고, 남성의 경우 Y에 염색분체가 존재하는 것을 확인하실 수 있을 것입니다. (염색분체에 대한 설명 http://personalgenome.kr/category/유전이란%3F)


 하지만, 아주 드물게 약 0.005%의 태아가 성의 법칙을 조롱하듯 XX염색체인 남성 또는 XY염색체인 여자로 태어난 경우가 존재합니다. 이것은 무엇 때문일까요?


 엄마 뱃속에서 아빠의 정자와 엄마의 난자가 수정이 되어 수정란을 형성하고 그것이 엄마의 자궁에 착상되어 조금씩 아이의 형상을 만들어 갈 때, 수정 후 6주 이전까지는 XX를 가진 아이이건 XY를 가진 아이이건 남성의 생식관으로 분화되는 볼프관(wolffian duct)과 여성의 생식관으로 분화되는 뮬러관(Muller duct)을 모두 가지고 있습니다. 즉, 이 때까지는 염색체가 다르더라도 남성이다! 또는 여성이다! 라고 말할 수 없는 상태인 것이죠, 하지만 엄마 뱃속에서 아이가 만들어진 후 (수정 후 6주 후), Y염색체의 유무에 따라 생식선이 남성의 생식선으로 분화될 것인지, 여성의 생식선으로 분화가 될 것인지가 결정됩니다. 하지만, 위의 경우 Y염색체가 있었음에도 불구하고 남성이 아닌 여성으로 발달된 태아는 어떻게 된 것일까요?.


또한 실험적으로 XY염색체를 가진 수컷 동물의 배아의 정소를 제거하면 남성의 생식관으로 분화되는 볼프관이 퇴화하면서 자궁과 난관같은 여성 성부속기관이 발생합니다. 즉, 이는 여성의 성부속기관은 난소가 존재하기 때문이라기 보다는 오히려 정소의 결핍에 의해 일어나는 것입니다.


 Y염색체에는 성을 결정하는 SRY(sex-determining region on the Y)라는 부분이 존재합니다. 이 부분이 존재하는 경우, 남성의 성부속기관인 세정관(seminiferous tubule)의 기질부분에 존재하는 세르톨기세포가 약 60일 경에 시작하여 뮬러관의 퇴화를 자극하는 물러억제인자(Mullerian inhibition factor, MIF)를 분비하게 됩니다. 또한 정소의 라이디히세포에서 남성호르몬인 테스토스테론의 분비로 볼프관을 남성의 성부속기관인 부정소, 정관, 정낭 및 사정관으로 발생시킵니다. 이로써, 남성의 생식선과 그 부속기관을 가지게 되는 것입니다.


하지만, SRY유전자가 없는 경우, 뮬러관의 분화를 돕게 되어 여성의 성 부속기관인 난관, 자궁으로 발생되게 됩니다.


이렇게 하여, 1940년부터 계속된 SRY유전자에 대한 연구를 통해, XX임에도 남성인 태아와 XY임에도 여성인 태아에 대한 원인을 규명하게 짓게 된 것입니다.


Y 염색체에는 성을 결정하는 SRY 부분 외에도 AZF (azoospermia factor)라고 하여 이 부분이 없는 경우 무정자증과 같이 정자 발생에 영향을 미치는 유전자를 가진 부위가 있고 TSPY(testis-specific protein)이라 하여 정소발달에 영향을 주는 부위 등 여러 유전자들이 존재한다. Y염색체는 다른 염색체에 비해 크기가 작은 것을 확인하실 수 있는데, 이는 Y염색체에 존재하고 있는 유전자의 수가 적은 것으로 Y염색체에  이상이 있는 경우 불임과 같은 성에 의한 질병을 제외하고는 심한 증상을 나타내는 질병은 거의 나타나지 않습니다.





그림 참조 : 그림 1  http://en.wikivisual.com/index.php/Karotype ,
                 그림 2  http://images1.clinicaltools.com/?id=2784:3171
                 그림 3  의학 유전학 (이퍼블릭 코리아. Nussbaum mclnnes willard외 3인)


알기쉬운 유전현상

PG Tutorial/유전학 | 2009.07.21 08:00 | Posted by thkim
 사람의 몸(body)를 겉에서 보시면 크게 손, , 머리, 머리와 다리 손을 잇는 몸으로 구성되어 있죠? 그 몸 안으로 들어가면 몸 안에는 우리가 일반적으로 오부라고 말하는 장기로 이루어져 있습니다. 그 장기를 다른 말로는 기관(organ)이라고 합니다. 각각의 기관들은 조직(tissue)들로 구성되어 있습니다. 그 조직들은 세포(cell)들로 구성되어 있으며 세포를 모든 생물의 기능적, 구조적 기본단위라고 합니다.

 

 그럼 이 세포들은 어떻게 만들어지는 것일까요? 이 세포들이 모여 만들어진 조직, 기관들은 어떻게 각각의 기능들을 수행할 수 있게 되는 것일까요? 또한 우리는 어떻게 엄마와 아빠를 닮고 있는 것일까요?

 

 우리 몸을 이루는 세포의 하나하나의 정보를 담고 있는 것은 DNA라고 합니다. 세포의 구조와 기능을 조절하는 유전 정보가 바로 DNA 속에 들어 있다는 말입니다. 하지만 DNA의 모든 부분이 유전 정보를 가지고 있는 것은 아닙니다. 사람의 모든 DNA중에 단 1.5%만이 단백질을 형성하는 유전정보를 담고 있는데 이부분을 우리는 흔히 유전자(gene)이라고 합니다.

 

 주변을 둘러보시면 많은 사람들이 각기 다른 생김새와 특징과 각각의 개성을 가지고 있기 때문에 이 유전자가 다 다를 것이라고 생각하시겠지만, 모든 사람의 유전자는 99.9%가 동일합니다. 0.1%라는 작은 차이로 인해 사람들 간의 신체적 특징이 구별되고 및 다 다른것 입니다.


 또한 우리 몸의 각 장기에 존재하는 세포들의 기능이 다 다르고 분화되어 있어서 다른 DNA를 가지고 있을 것이라고 생각되시겠지만, 모두 같은 DNA정보를 가지고 있고 그 DNA가 단백질을 만들면서 그 단백질의 어떤 것이 관여하고 어떤 식으로 만들어지느냐에 따라 그 기능과 그 역할이 정해지는 것입니다.

http://www.mcld.co.uk/hiv/?q=Beginners

 이런 DNA는 어디에 존재하는 것일까요?

모든 생물을 구성하는 기능적, 구조적 단위가 세포라고 말씀드렸는데, 이 세포는 세포질(cytoplasm)과 세포핵(nucleus)으로 이루어져 있습니다. 이 세포핵 안에 존재하는 것이 DNA입니다. 이 핵 안에 존재하는 것은 DNA 뿐 아니라 RNA와 일부 단백질이 존재하여 DNA의 유전정보로 단백질이 만들어지는 과정이 진행될 수 있게끔 도와줍니다.

http://www.sparknotes.com/biology/molecular/structureofnucleicacids/section1.html

<그림 1 http://www.mcld.co.uk/>
 
여기서는
유전정보를 담고 있는 DNA라는 물질에 대해서 알아보겠습니다.

DNA의 구조를 보게 되면, DNA의 기본구조는 인산--염기의 구조(nucleotide)로 되어 있으며 염기들끼리 상보적인 결합을 통하여 두 가닥의 안정한 구조를 가지고 있습니다. 여기서 DNA에 존재하는 염기는 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)이라는 네 염기가 어떻게 배열되느냐에 따라서 어떤 단백질이 만들어 질지가 결정되어 집니다.

                                                                                                                       <그림 2 http://www.sparknotes.com>
 

 

https://eapbiofield.wikispaces.com/Novemb.+26+?f=print
 
 이런 DNA의 긴 사슬 가닥을 히스톤이라는 단백질이 두바퀴 반을 감고 있으며 이를 뉴클레오좀(Nucleosome)이라고 합니다.  이런 뉴클레오좀들이 모여 뉴클레오좀을 지탱해주는 단백질을 만나 쭉 이어져 있는 것을 염색사(Chromatin)라고 하며, 이는 분열하고 있지 않은 세포내에서 존재하는 형태입니다. 이런 염색사들이 더 뭉쳐져 있는 형태를 염색체(Chromosome)이라고 하며 이는 세포의 분열과정 중 중기 때 가장 뭉쳐진 형태로 관찰되어지며, 쉽게 사람들이 X자 모양으로 그림을 그리는 것을 가리킵니다.

이렇게 세포분열 동안 염색사가 염색체로 응축되는 것은 쉽게 손상을 받지 않게 하기 위함입니다. 세포 분열이 일어날 때 DNA가 딸세포로 이동하는데, 염색사의 형태로 풀어져 있으면 쉽게 상처를 받아서 딸세포로 완전히 전달되지 않을 수 있기 때문입니다.


 이런 염색체들을 중기 때 가장 잘 확인된다고 말씀 드렸는데요, 중기 때 염색체를 관찰하시면 X자 모양의 염색체 들의 가운데 중첩되는 부분을 띄워서 보시면 모양으로 보이실 것인데요, 그 각각을 염색분체(Chromatid)라고 부릅니다. 그 각각의 염색분체는 세포가 감수분열이라는 생식세포 분열을 하게 될 때 자신의 딸세포에게 나뉘어져서 전달됩니다. 이렇게 각각 나뉘어지기 때문에 자식은 엄마, 아빠 각각의 유전정보 50%씩 받는 것입니다.
<그림 3 https://eapbiofield.wikispaces.com>


이렇게 각각 나뉘어져 들어간 염색분체들은 엄마에게서 반, 아빠에게서 반을 받아 다시 X자 모양을 형성하게 되고 형성된 염색체들은 한 사람의 안에서 전체 46(23)을 가지게 됩니다. 여성의 경우 성을 결정하는 성염색체 한쌍(XX)와 체세포 전체를 결정하는 22쌍의 상염색체를 가지며, 남성의 경우는 성을 결정하는 성염색체 한쌍(XY)와 체세포 전체를 결정하는 22쌍의 상염색체를 가집니다.

 

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