뉴클레오티드 (nucleotide)

기능

연쇄 반복은 진화적, 유전적 측면에서 중요하다. 이 부분은 다른 부위에 비교해 돌연변이가 더 잘 일어나며 비대칭 재조합 (unequal recombination) 또는 strand-slippage replication이라는 두 가지 요인 때문에 반복되는 단위의 수가 늘어가거나 줄어들게 된다. 가변 연쇄반복은 기능적 측면에서 볼 때 기능이 없는 쓰레기 DNA (junk DNA)라고 생각되었다. 그러나 최근의 연구에 의하면 연쇄 반복되는 DNA는 변방 위치에 존재하는 것이 많기는 하지만 일부에서는 단백질 번역이 일어나는 번역 부위 (coding region), 또는 유전자 발현을 조절하는 조절 부위 (regulatory region) 등 중요 DNA 부분에도 존재하는 것이 알려졌다. 단백질 번역이 일어나는 번역 부위에 연쇄 반복되는 염기서열이 존재하는 경우는 대부분 반복단위 (repeat unit)가 3의 배수이며 그 이유는 3의 배수가 아닌 돌연변이는 틀이동 돌연변이 (frameshift mutation) 형태가 되어 자연도태되기 때문으로 생각된다. 단백질 번역이 일어나는 번역 부위에 반복되는 단위의 반복 수가 어느 한계를 넘어가면 질병이 발병할 수 있다. 헌팅턴씨 병 (Huntington’s disease)의 경우는 huntingtin (Htt)이라는 유전자 내에 단백질 번역이 일어나는 부위에 CAG 반복이 36개 이상 생기게 되면 발병 위험이 커집니다

서론

진핵세포 또는 원핵세포의 DNA에는 일정한 뉴클레오티드 (nucleotide)가 계속 반복되는 반복 서열 (Repetitive sequence)이 존재한다. 반복 서열은 포유류의 경우 전체 유전체(genome)의 40%를 차지할 정도로 많은 부분을 차지하며 그 비율은 종마다 다르다. 특히 양서류의 경우는 반복 서열이 전체 유전체(genome)의 60%에 이를 정도로 많은 부분을 차지한다. 최초로 알려진 반복 서열은 위성 염색체 (satellite chromosome)이다. 그 후로 유전학적 방법이 개발됨에 따라 많은 반복 서열이 알려지게 되었다. 반복 서열에는 일정한 뉴클레오티드 서열이 게놈에 산재하여 분포하며 다른 곳으로 이동이 가능한 transposable element인 산재 반복 (interspersed repeat), 그리고 같은 염기 서열이 head-to-tail로 붙어서 반복되는 연쇄 반복 (tandem repeat)이 있다 (그림 1). 연쇄 반복은 반복되는 단위의 수에 따라 9개 이하의 뉴클레오티드가 반복되면 microsatellite라고 부르며, 10 ~ 135개의 뉴클레오티드가 반복되면 minisatellite라고 부른다. 만약 136개 이상의 뉴클레오티드가 반복되면 megasatellite라고 부른다. 이러한 연쇄 반복의 수가 극히 다양한 경우 사람마다 그 단위 반복의 수가 다르다. 심지어 한 사람한테서도 아버지에서 온 DNA, 어머니한테서 온 DNA의 단위 반복의 수가 다르다 (그림 1). 이렇게 극도로 다양한 길이의 연쇄 반복을 가변 연쇄 반복 (variable number tandem repeat, VNTR)이라고 한다 (1, 2).

카테콜아민(catecholamine)은 카테콜(catechol, 벤젠고리의 1번과 2번 탄소에 히드록시기가 붙은 것, 그림 1)과 곁가지 아민(side-chain amine)이 결합하여 만들어진 유기화합물이다. 카테콜아민은 아미노산인 타이로신(tyrosine)으로부터 만들어지며, 물에 잘 녹는다. 대표적인 카테콜아민으로는 에피네프린(epinephrine, 혹은 아드레날린, adrenaline), 노르에피네프린(norepinephrine, 혹은 노르아드레날린, noradrenaline), 도파민(dopamine)이 있습니다

생합성과 분해

생합성

도파민(dopamine)은 DOPA로부터 합성되는 첫 번째 카테콜아민이며, 이어서 노르에피네프린(norepinephrine)과 에피네프린(epinephrine)이 차례로 합성된다(그림 3). 일반적으로 카테콜아민의 전구물질이 되는 아미노산은 타이로신(tyrosine)이라고 알려져 있다. 또한, 페닐알라닌(phenylalanine) 역시 수산화를 통하여 타이로신으로 전환이 가능하며, 두 아미노산 모두 혈장과 뇌에 높은 농도로 분포합니다

타이로신이 DOPA로 전환되기 위해서는 타이로신수산화효소(tyrosine hydroxylase, TH)가 필요하다. 이어서 DOPA는 방향성아미노산카르복시기제거효소(aromatic amino acid decarboxylase, AADC)에 의해 카르복시기가 제거되어 도파민으로 합성된다. 도파민은 도파민베타수산화효소(dopamine-β-hydroxylase, DBH)에 의해 노르에피네프린으로, 그리고 페닐에탄올아민-N-메틸전달효소(phenylethanolamine-N-methyltransferase, PNMT)의 작용에 의해 에피네프린으로 전환됩니다

분해

카테콜아민은 혈중에서 반감기(half-life)가 몇 분에 불과하여, 분비가 된 후에는 금방 분해된다. 카테콜아민을 분해하는 효소로는 카테콜-O-메틸기전달효소(catechol-O-methyltransferase, COMT) 또는 모노아민산화효소(monoamine oxidase, MAO) 등이 있다.

용도

가변 연쇄 반복에서 반복되는 단위의 수가 사람마다 매우 다양하기 때문에 이를 이용하여 환자의 인적 사항 판별, 친자 감별, 범죄 수사 등 법의학적 검사, 그리고 식물의 품종 판별 등에 유용하게 사용된다. 이를 DNA 지문 인식법 (DNA fingerprinting)이라고 한다. 가변 연쇄 반복을 조사하는 방법으로는 예전에 쓰이던 고전적 방법으로는 DNA를 제한 효소 (restriction enzyme)로 절단한 후 절단된 파편 (fragment)의 길이가 차이가 나는 것 (다른 말로는 polymorphic 한 것)을 Southern blot 방법으로 알아내는 제한 효소 단편 길이 다형성 (restriction fragment length polymorphism, RFLP) 법을 위시하여, 최근에 많이 쓰이는 중합효소 연쇄반응 (polymerase chain reaction, PCR) 법,  DNA 염기서열 분석 (DNA sequencing) 법 등이 있다.    

기능

노르에피네프린과 도파민은 중추신경계에서는 신경전달물질로 이용되지만, 말초에서는 호르몬으로 작용한다. 에피네프린은 주로 부신수질에서 분비되어 혈중으로 분비되므로 호르몬이라고 할 수 있습니다

질병과의 연관성

중추신경계의 외상(trauma)이나 종양(tumor) 등에 의해 교감신경계(sympathetic nervous system)를 지배하는 뇌간의 부위가 영향을 받으면 카테콜아민의 분비가 과다하게 증가할 수 있다. 또한, 갈색세포종(pheochromocytoma)과 같은 부신 수질(adrenal medulla)의 신경내분비종양(neuroendocrine tumor) 역시 카테콜아민의 과다한 분비를 유발할 수 있다. 또한, 카테콜아민의 분해에 이용되는 모노아민산화효소(monoamine oxidase, MAO)의 결핍이 있을 때에도 카테콜아민이 과다하게 분비될 수 있습니다

스트레스와의 연관성

일반적으로 스트레스 상황에서 혈중 카테콜아민 농도가 증가한다. 시끄러운 환경이나, 아주 강한 빛, 낮은 혈당 등은 정신적인 반응을 유발하여 카테콜아민 분비를 증가시킵니다

신체 활동

카테콜아민은 주로 신체가 활발하게 활동할 수 있도록 준비시켜 주는 쪽으로 신체의 변화를 유도한다. 심박수의 증가, 혈압의 증가, 혈당의 증가 등이 전형적인 반응들이다. 이는 교감신경흥분시 볼 수 있는 현상들과 비슷합니다

카테콜아민은 분해된 후에 소변으로 배출된다. 따라서, 갈색세포종(pheochromocytoma)과 같이 카테콜아민의 농도 변화와 관련 있는 질환의 진단을 위해서 소변 카테콜아민 양을 측정해 볼 수 있습니다

감사합니다