[유전학] 6.3 : mtDNA 변이에 의해 발생하는 질병들

 

이번 포스트에서는 mitochondrial DNA(mtDNA)의 돌연변이에 의해 사람에서 발생할 수 있는 질병들에 대해 알아보도록 하자.

 

 

human mtDNA 내에 포함되어 있는 100여개의 gene 중 13개 정도가 aerobic cellular respiration(산소호흡)과 관련되어 있음. (즉, ATP 생성과 관련되어 있음)

 

 

mtDNA는 사실 굉장히 mutation되기 좋은 조건임. 그 이유는 mtDNA의 경우 histone을 가지지 않아서 물리, 화학적인 보호가 어렵고, mitochondria의 역할상 주변에 O2(산소)가 많아서 ROS(reactive oxygen species)가 많이 형성되기 때문임. 그 결과 ROS 등에 의해 protein, DNA, lipid에 damage가 가해지게 됨.

 

 

물론 그럼에도 불구하고 세포 안에는 상당히 많은 mtDNA copy가 존재하고 있음. (보통 100,000개의 copy가 존재) 따라서 보통은 일부 mtDNA에 mutation이 생겨도 거의 영향이 없음.

 

 

다만 간혹 mtDNA의 mutation에 의해 발생하는 몇몇 질병들이 보고되기도 함. 이 경우 대부분 ATP 생성에 문제가 생겨 발생하는 질병이며, mitochondria를 통해 전달되므로 100% 모계유전됨.

 

 

 

첫 번째로 살펴볼 질병은 Myoclonic epilepsy and ragged red fiber disease(MERRF)임.

 

 

 

 

MERRF에 의해서는 ataxia(운동실조증)가 유발되고 근수축이 잘 되지 않아서 잘 움직이지 못함. 이외에 deafness(청각장애), demensia(치매), 간질성 경련도 발생할 수 있음.

 

 

MERRF가 생기는 원인은 mitochondria에 있는 tRNA 하나가 오작동해서임. 그 결과 단백질 합성이 잘 되지 않음.

 

 

 

두 번째로 살펴볼 질병은 Leber's hereditary optic neuropathy(LHON)임.

 

 

LHON은 어릴 때는 정상이나 27세정도가 될 시 갑자기 blindness(시각장애) 증상이 발생하는 질병임.

 

 

 

위 그림의 오른쪽은 27세가 넘어 blindness가 온 LHON 환자의 시야를 나타내 보여주고 있으므로 참고할 것.

 

 

LHON은 NADH dehydrogenase의 subunit 중 하나를 암호화하는 gene에 mutation이 생겨서 발생하는 질병으로 알려져 있음.

 

 

 

세 번째로 살펴볼 질병은 Kearns - Sayre syndrome(KSS)임.

 

 

KSS의 경우에는 어릴 때는 정상이나 크면서 시력을 잃고, 청력도 잃으며, 더불어 심장기능도 잃어가게 되는 상당히 심각한 질병임. 이 질병은 mtDNA의 여러 부분에 문제가 생겨서 발생함.

 

 

 

이 밖에 mtDNA에 생긴 mutation은 파킨슨병 등의 뇌질환과도 밀접하게 관련되어 있으며 노화와도 어느정도 연관되어 있음. (나이가 든 세포의 mtDNA에는 damage가 더 많이 누적되어 있음) 이 증거 중 하나로, mtDNA 복제 시 작용하는 proofreading gene이 망가진 쥐를 만들어줄 경우 mtDNA의 축적이 빨라서 결과적으로 빨리 늙게 됨(조로).

 

 

그렇다면 이러한 mtDNA 관련 질병들을 어느 정도 예방할 수 있는 방법은 무엇인가. 실제로 엄마의 mitochondria에 문제가 있는 경우, 엄마의 난자로부터 핵만을 추출하고, 정상 여자 난자에서 핵을 제거 후 앞서 추출한 난자의 핵을 넣게 됨. 이 상태로 만들어진 난자를 정자와 수정시키게 되면 각종 mtDNA 관련 질들을 예방할 수 있음. (이러한 방법을 three-parent in vitro fertilization이라고 함)

 

 

실제로 이러한 three-parent in vitro fertilization은 인간과 가장 비슷한 종으로 알려져 있는 rhesus monkey에서는 이미 성공함.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 materal inheritance(모계유전)에 대해 자세히 알아보도록 하자.