이전 chapter에서 알아본 것처럼 allele은 gene의 각종 alternative form들을 모두 아우르는 용어임. 이 때 gene의 alternative form은 mutation에 의해 생성됨. 다시 말해 mutation이 allele의 source임. (wild-type alleles로부터 만들어지는 protein은 기능적으로 정상이며, 적 당한 양이 만들어짐. 한편 mutant alleles로부터 만들어지는 protein은 기능, 양적인 측면에서 이상이 있음)
실제로 allele의 종류는 매우 많을 수 있지만, 한 cell 내에서는 한쌍씩만 pair를 이룰 수 있음.
mutation을 functional한 측면에서 나누게 되면 크게 loss-of-function mutation, gain-of function mutation, neutral mutation으로 나눌 수 있음.
loss-of-function mutation은 wild-type의 function을 잃는 결과를 유발하는 mutation임. (보통 recessive함)
gain-of-function mutation은 wild-type의 function을 더 enhance하는 결과를 유발하는 mutation임. (보통 dominant함) 이 mutation의 결과 일반적으로 gene product의 양이 증가함.
neutral mutation은 phenotype에 변화가 발생하지 않는 mutation을 의미함.
1. 불완전우성 (incomplete dominance)
위 표에 나타나 있는 것과 같이 incomplete dominance(불완전우성=partial dominance)에서는 heterozygote가 두 homozygote phenotype의 중간에 해당하는 애매한 표현형을 가짐.
대표적인 예가 위 그림에 나타난 것과 같은 Snapdragon(금어초)의 꽃 색깔임.
보면 red를 만드는 R1과 white를 만드는 R2 둘이 만나서 R1R2가 탄생하면 이 경우 pink색
꽃잎이 나옴. 결과적으로 이들의 표현형 비율은 1 : 2 : 1로 나옴. (이는 genotypic ratio와 동일함)
그 밖에 incomplete dominance의 또 다른 예로는 사람에게서 발생하는 Tay-Sachs
disease가 있음. (이 질병에 대한 자세한 설명은 유전학 1.2 포스트 참조)
이 질병의 경우 heterozygote의 gene expression 정도가 딱 intermediate level임.
조금 더 구체적으로 보자면, 테이-삭스병의 경우 homozygote recessive의 경우 강글리오시드가 뇌에 과축적되어서 사망함. 한편 heterozygote recessive의 경우 homozygote recessive와 비교해서 1/2 만큼의 강글리오
시드가 뇌에 축적됨. 그 결과 겉으로는 거의 정상인인 것처럼 보임. (즉 이 예시는 activation된
hexosaminidase의 양 측면에서 incomplete dominance인 것임. 다만 phenotype 자체로
보면 그냥 완전우성이라고 생각할수도 있음)
* threshold effect
threshold effect는 incomplete dominance를 설명하고자 등장한 개념임. 쉽게 말해 n% 이상의 gene product가 생성될 시 겉보기에 정상처럼 보인다면, 이 떄의 minimum n이 바로 threshold임.
(gene의 기능에 따라 n 값은 다 다름. 참고로 Tay-Sachs disease에서는 threshold가 50% 이상임)
2. 공동우성 (codominance)
codominance는 한국어로 공동우성임.
codominance는 heterozygote에서 각자 서로 다른 allele들이 서로 다르고 detectable한 gene product를 만드는 경우에 나타나는 유전적 경향임. 이 때 중요한 것은, codominance 하에서 뚜렷하게 나타나는 dominance나 recessiveness가 없다는 것임.
codominance의 대표적인 예시는 human에서의 MN blood group임.
이 경우 L^M L^M의 genotype을 가질 경우 M형이고, L^M L^N의 genotype을 가질 경우 MN형이며, L^N L^N의 genotype을 가질 경우 N형임. 즉, M, N 중 어느 하나가 dominant하지 않고, 둘 중 하나가 있으면 그 자체의 distinct한 phenotype을 발현시키는 결과를 초래함.
참고로 MN blood type과 관련된 antigen은 사람이 가지고 있지만 antibody는 없음. 따라서 MN blood type이 다른 사람들끼리도 자유롭게 수혈이 가능함.
3. 복대립유전 (multiple alleles)
multiple allele은 한국어로 복대립유전이며, 동일한 gene에 대해 3개 이상의 서로 다른 version의 allele들이 있는 경우를 의미함. 한편 이 경우 3개 이상의 version 중 한 개체 내에서는 어찌되었든 최대 두 종류의 allele만이 관찰되므로, multiple allele에 대한 연구를 위해서는 반드시 population level에서의 연구가 필요함.
multiple alleles의 대표적인 예가 바로 ABO blood group임.
ABO식 혈액형은 red blood cell(RBC) 표면의 다당류로 이루어진 antigen 종류에 따라 나누어짐. 한편 ABO phenotype에 관여하는 3개의 alleles는 I^A, I^B, i임. (이들은 human chromosome 9에 위치하고 있음)
실제로 I^A I^A 혹은 I^Ai의 경우 RBC의 표면에 A antigen이 present되면서 A형의 phenotype이 나타남. 다음으로 I^B I^B 혹은 I^B i의 경우 RBC의 표면에 B antigen이 present되면서 B형의 phenotype이 나타남. 다음으로 I^A I^B의 경우 A, B gene이 서로 codominant하기 때문에 RBC의 표면에 A, B antigen이 모두 present되면서 AB형의 phenotype이 나타남. 마지막으로 ii의 경우 RBC 표면에 A, B antigen이 present되지 않으면서 O형의 phenotype이 나타남.
방금 말한 내용을 표로 정리해놓은 것이 위와 같음.
그렇다면 A, B, AB, O 각각에 대해 서로 다르게 관찰되는 ABO antigen은 어떤 기작에 의해 형성되는 것일까.
위 그림에 그 과정이 자세히 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.
일단 맨 처음에는 Gal-AcGluNH의 형태인 H substance precursor가 존재하고 있음. 이 녀석이 H substance로 변화하는 과정에서는 fructose가 첨가되게 되는데, 이 반응이 원활하게 일어나기 위해서 반드시 잘 발현되어야 하는 gene 중 하나가 바로 FUT1임.
한편 일단 fructose의 첨가에 의해 H substance가 만들어졌다고 생각해보자. 이 때 만약 I^A allele이 존재하고 있다면 H substance에 AcGalNH가 추가적으로 첨가되어서 비로소 A antigen이 만들어짐. 한편 I^B allele이 존재하고 있다면 H substance에 Gal이 추가적으로 첨가되어서 비로소 B antigen이 만들어짐. (만약 개체의 ABO genotype이 ii라면 이 경우 RBC 표면의 H substance가 다른 antigen으로 변화하지 않은 결과 O형이 됨)
그런데 이 변화 과정을 보면, H substance가 형성되고 난 이후에 I^A, I^B와 같은 allele들이 관여하는 반면 애초에 H substance precursor를 H substance로 바꿔주는 데에 FUT1 allele이 필요하므로, FUT1이 I^A, I^B, i 에 대해 상위(epistasis)에 있음을 알 수 있음.
이와 관련된 아주 흥미로운 예시가 있는데, 바로 Bombay Pedigree임.
보면 아빠가 A형, 엄마가 AB형인데 이들의 자식 중 O형이 나옴. 이는 원래 우리의 상식으로는 있을 수 없는 일인데, 그 이유는 아빠가 만약 I^Ai여서 i를 하나 가지고 있다고 하더라도 애초에 엄마가 I^AI^B이므로 엄마로부터 i가 전달될 수 없기 때문임.
그런데도 이런 일이 일어난 것은 바로 FUT1 때문임. 예를 들어 아빠, 엄마 각각이 모두 FUT1, fut1 heterozygote였다고 하자. 그런데 하필 자손 중 하나에게 아빠, 엄마로부터 하나씩의 fut1이 전달되어서 자손이 fut1 homozygote가 되었다고 하자. 이 경우에는 active한 H substance 자체가 만들어지지 않으므로 당연히 O형 phenotype이 관찰될 것임. (이러한 phenotype을 Bombay phenotype이라 함) 이러한 일이 일어날 수 있었던 것은, FUT1 gene이 I gene보다 더 상위에 있었기 때문임.
다음 포스트에서는 이어서 치사유전자, 상위(epistasis), complementation analysis 등에 대해 알아보도록 하자.