제 12 장 돌연변이 : 한밤중의 이상한 소리

제 12 장

돌연변이 : 한밤중의 이상한 소리

Mutation: an alteration in the genetic information, inherited defect, mistake in genetic materials

cf. Mutant, Mutagenic, Mutagen

Sickle Cell Anemia

: a hereditary blood disorder

: Individuals with one copy of the

defected gene display both normal and abnormal hemoglobin

: obstruct capillaries and restrict blood flow to an organ, resulting in ischemia, pain, necrosis and often organ damage : shortened life (half survive 50’s)

: caused by a mutation in the hemoglobin gene

: a point mutation in the β-globin chain of hemoglobin, causing glutamic acid to valine at the sixth position

→ structural change to a sickle shape

I. Silent mutation

No change in phenotype

Non-coding sequences 1. Mutations in Non-coding sequences

그림 12-5

2. Mutation in gene but within intron

How about mutations in splice site?

Cf. non-coding sequence between genes

Third base redundancy

3. Mutations in exon but in the 3rd base

그림 12-7

Missense mutation

: a sequence change in DNA a change in amino acid→ a) Conservative substitution

b) Radical substitution

Conservative substitution : no change in protein activity

Radical substitution: change in protein activity

그림 12-9

cf) albino : absence of tyrosinase

Nonsense mutation

Protein degradation

그림 12-11

Deletion – removal of nucleotide(s)

Large deletion

One base deletion

그림 12-14

Deletion of a base change in reading frame (frameshift mutation) →

Deletion of 3 bases no change in reading frame →

→ result depends on the mutation site

그림 12-16

Deletion but no change in reading frame

그림 12-18

Inversion

Translocation

Silent mutation

: no changes in amino acid, no changes in phenotype 1. Mutation in Non-coding sequences

2. Mutation in gene but within intron

3. Mutations in exon but in the 3rd base

Missense mutation

: code for a different amino acid

1. Conservative substitution : change in amino acid but not in the protein activity

2. Radical substitution: change in amino acid and in the protein activity

Nonsense mutation

: code for a stop, thus producing a shortened protein

Insertion or deletion of single base : frame shift mutation

Point mutation (single base substitution)

Insertion or deletion of bases : frame shift mutation Inversion

Translocation

Expanding repeat mutation

: trinucleotide (triplet) repeat expansion : during DNA replication

: ex) Huntington’s disease : neurodegenerative genetic disorder,

expansion of a CAG triplet repeat, repeated glutamines in neuron protein, leading to cognitive decline & psychiatric problems

changes in more than one base

Spontaneous mutation

: error during DNA replication and/or repair (depending on the size of genome & replication frequency)

Mutation by mutagens

: mutagenic chemicals

radiations : UV (ultraviolet radiation), nuclear bomb (accident) X-rays

free radicals

ROS (reactive oxygen species)

What causes mutations?

Deamination

Food preservatives

그림 12-21 Single bas substitution -> point mutation

Base analog

: 5-bromouracil (5-BrU)

: act like T or C

그림 12-23

Intercalation

: insertion effect -> frame shift

Teratogen

: an agent that causes monstrosity Ex) Thalidomide

: hypnotic (1957-1961) 수면제

: caused birth defects when taken during pregnancy : banned in 1961

그림 12-25

UV & thymine dimer

Dioxin



베트남전 고엽제



DD 기본골격의 염소화합물 , 75 isomers



2,4,5-T 제조 부산물



유기염소화합물의 불완전 소각 (850℃ 이하 ) 시 발생



난분해성 , 지용성



체내축적



강력 발암성



강한 독성 , 최기형성



호르몬계 이상 (Ah receptor 에 결합 )

2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD)

dibenzo-p-dioxin (DD)

PCBs



Polychlorinated biphenyls



Biphenyl 에 1-10 개 염소



공업용 열매체 , 복사지 색소용제 , 콘덴서 절연 유 , 전선피복용 고무의 가소제 , 식품포장제 ( 종이 )



일본 미강 ( 쌀겨 ) 유 탈취공정 중 오염 발생



난분해성 , 지용성



약물대사효소 항진



내분비장애물질 (endocrine disruptor)



면역기능감소

비스페놀 A (Bisphenol A)



폴리카보네이트 (PC) 프라스틱 소재



플라스틱 용기 , 음료수 캔 내부 코팅제



내분비장애물질 추정



미국 EPA 일일허용량 : 0.05mg/kg



일본 : 유아용품 규제

방사성 물질

 우라늄 (U-235) 핵분열 시 방출

 Sr-90: Ca 과 친화력 , 뼈침착 백혈병 , 골육종 유발

 Cs-137: K 와 친화력 , 생식세포장 애

식품조사에 이용하는 방사선

 - 선 ( 안전 방사선량 이하에서 사 용 )

 Co-60 의  - 선

 Cs-137 의  - 선

N-nitroso 화합물

 2 차 amines + NO_2- (from sodium nitrite/nitrous acid, HNO2) → nitrosoamine

ex) proline + NO2- → nitrosoproline (not carcinogen) → (frying/baking)

→ (metabolism) → nitrosoamine (ultimate carcinogen) : dimethyl nitrosoamine

Polycyclic Aromatic Hydrocarbones (PAHs)

 식품 / 유기물의 고온 (300℃) 가열 시 분해된 유기물의 중합반응으로 생성

식품의 가공 , 조리 중 생성 유해물질

Heterocyclic amines ( 아미노산 분해산물 )

 Amino acids + reducing sugars + creatine + 고온가열 (300℃ 이 상 )

→ 돌연변이성 / 발암성 heterocyclic amines

 Muscle meats ( 쇠고기 , 돼지고기 , 생선 등 ) 의 고온 조리 시 생성

 MeIQ, IQ, Trp-P-1, Trp-P-2, PhIP, etc

식품의 가공 , 조리 중 생성 유해물질

지방산화물

 Malon(di)aldehyde

유지산패의 지표 , 발암성 / 돌연변이성

Acrylamide

 Fried or baked foods ( 감자튀김 )

 Asparagine 과 환원당 또는 반응성 높 은 carbonyl 기와의 반응 산물

식품의 안전성

 Acute toxicity test

단일투여에 의한 즉각적 독성반응

LD50: lethal dose 50, 실험동물의 50% 가 죽는 물질의 투여량 factor: species, sex, age, time

 Chronic toxicity test

독성의 발현에 일정한 기간 소요 , ex) cancer 20-24 개월 동안 실험동물에 연속적으로 투여

TD50: tumor dose 50, 실험동물의 50% 가 암을 발생시키는 투여량

 Subchronic feeding(toxicity) test 실험동물에 대한 90 일간의 독성시험

Dose: MTD, 1/2MTD, or one more dose

식품의 안전성



NOAEL

No Observable Adverse Effect Level

실험동물을 이용한 ( 아 ) 만성 독성시험에서 독성 ( 발암성이 아닌 ) 을 나타내는 물질에 적용

ADI 결정에 사용



ADI

Acceptable Daily Intake

비발암성 물질에 대해 통상적으로 NOAEL 의 1/100



Genetic toxicity test ( 유전독성시험 )

돌연변이 유발성 시험법

구성요소 : Histidine-requiring strain (His^-) of Salmonella typhimurium agar lacking histidine, S-9 mixture (rat liver enzymes)

Transposon (jumping gene): mobile segment of DNA

Insertion

그림 12-28

Gene cassette : artificially constructed segment of DNA. eg) antibiotic resistant genes

Hot spots :

그림 12-31

Back mutation (reversion)

ex) Ames Test

그림 12-34

Mismatch repair

DNA repair

그림 12-38

Excision repair