[미국암협회] 유전자의 신비 ① 유전자 변화와 암

인간의 몸은 복합적 동물의 기본 구성 요소인 수조 개의 세포로 구성되어 있다. 이 세포들은 일반적으로 함께 작용하여 심장과 간, 피부와 같은 기관을 형성한다. 세포가 함께 작동하려면 특정한 특성이나 특징을 가져야 한다. 예를 들어, 적절한 시기에 새로운 세포를 만들기 위해 분열할 수 있어야 하고, 필요한 곳에 머물며, 근처의 세포를 몰아내지 않아야 한다.

암은 신체의 세포가 비정상이 되어 통제할 수 없을 정도로 커지기 시작할 때 시작된다. 이는 세포 유전자의 특정 변화로 인해 발생한다.

유전자란 무엇인가?

유전자는 각 세포 안에 있는 DNA 조각이다. 그들은 세포가 기능하는 데 필요한 단백질을 만드는 방법을 세포에 알려준다. 각 유전자에는 특정 단백질을 생성하는 암호(code)가 포함되어 있으며 각 단백질에는 특정 역할이 있다. 예를 들어, 일부 유전자는 세포가 성장하고 분열하여 새로운 세포를 만드는데 도움이 되는 단백질을 암호화한다. 다른 유전자는 세포 성장을 통제하는데 도움이 되는 단백질을 암호화한다.

유전자는 각 세포의 긴 DNA 가닥인 염색체에 들어 있다. 각 염색체에는 다양한 유전자가 있다.

대부분의 인간 세포에는 23쌍의 염색체가 있다. 각 쌍의 염색체 중 하나는 어머니로부터 물려받고, 다른 하나는 아버지로부터 물려받는다. 이것이 바로 아이들이 부모를 닮는 경향이 있는 이유이며, 가족에게서 유전되는 특정 질병이 발병하는 경향이 있는 이유다.

신체의 모든 세포는 동일한 유전자를 가지고 있지만 각 세포는 필요한 유전자만 사용한다. 즉, 필요한 유전자를 적시에 켜고(활성화), 필요하지 않은 다른 유전자는 끄는 것이다. 일부 유전자를 켜고 다른 유전자를 끄는 것은 예를 들어 근육 세포나 뼈세포가 되는 것과 같이 세포가 전문화되는 방식이다. 일부 유전자는 기본적인 세포 기능에 필요한 단백질을 만들기 위해 항상 활성 상태를 유지한다. 다른 유전자는 작업이 끝나면 종료되고 필요할 경우 나중에 다시 켤 수 있다.

유전자의 변화

인간은 모두 기본적으로 동일한 유전자 세트를 가지고 있지만, 우리 각자를 독특하게 만드는 유전자에도 차이가 있다.

각 유전자의 '코드' 또는 '청사진'은 뉴클레오티드라는 화학물질에 포함되어 있다. DNA는 4개의 뉴클레오티드(A, T, G, C)로 구성되어 있으며 이는 알파벳 문자와 같은 역할을 한다. 각 유전자는 긴 사슬의 뉴클레오티드로 구성되어 있으며, 그 순서에 따라 세포가 특정 단백질을 만드는 방법을 알려준다.

유전자의 변이 혹은 돌연변이

어떤 사람들은 돌연변이라고 알려진 유전자의 뉴클레오티드에 변화가 있다. 예를 들어, 대부분의 다른 사람들의 유전자와 비교할 때 하나의 뉴클레오티드 '문자'가 다른 문자로 바뀌거나 하나 이상의 문자가 누락될 수 있다. 유전자 변이는 자신이 코딩하는 단백질에 다양한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어:

• 일부 유전자 변이는 단백질에 눈에 띄는 영향을 미치지 않을 수도 있다.

• 일부 변이는 단백질에 아주 사소한 변화를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 변형으로 인해 모양이 약간 다른 단백질이 생성될 수 있으므로 '정상' 버전의 단백질보다 효과가 약간 떨어질 수 있다.

• 일부 변이는 더 큰 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 변이로 인해 전혀 작동하지 않는 단백질이 생성될 수 있다.

단백질의 변화를 일으키는 유전자 변이는 해당 변이가 있는 모든 세포에 영향을 미칠 수 있으며 심지어 신체 전체에도 영향을 미칠 수 있다.

일부 유전자 변이의 전반적인 효과가 반드시 '좋다'거나 '나쁘다'는 것은 아니다. 예를 들어, 유전자 변이는 사람의 머리카락이나 눈 색깔의 차이를 설명한다. 반면에 일부 변이는 질병(예: 암)을 유발하거나 질병의 위험을 증가시킬 수 있다. 이를 병원성 변이라고 한다. 이것은 또한 돌연변이라는 용어를 들을 때 많은 사람들이 생각하는 것이기도 하다.

유전된 유전자 돌연변이 대 후천적 유전자 돌연변이

돌연변이를 포함한 유전자 변이는 유전되거나 후천적으로 획득될 수 있다. 유전된 유전자 돌연변이는 이름에서 알 수 있듯이 부모로부터 유전되므로 결국 사람이 되는 첫 번째 세포(난자 세포가 정자 세포에 의해 수정되면)에 존재한다. 신체의 모든 세포는 이 첫 번째 세포에서 나왔기 때문에 이 돌연변이는 신체의 모든 세포에 존재하며 다음 세대에도 전달될 수 있다. 이러한 유형의 돌연변이는 생식세포 돌연변이(난자와 정자로 발달하는 세포를 생식세포라고 부름) 또는 유전성 돌연변이라고도 부른다.

일반적으로 세포가 암세포가 되려면 하나 이상의 유전자 돌연변이가 필요하다. 그러나 누군가가 비정상적인 유전자 사본을 물려받게 되면, 그들의 세포는 이미 하나의 돌연변이를 갖고 시작된다. 이로 인해 다른 돌연변이가 발생하기가 더 쉽고 빨라지며, 이로 인해 세포가 암세포가 될 수 있다. 이것이 유전된 ​​돌연변이와 관련된 암이 유전되지 않은 동일한 유형의 암보다 생애 초기에 발생하는 경향이 있는 이유다.

유전된 유전자 돌연변이는 대부분의 암의 주요 원인이 아니다. 후천적 유전자 돌연변이는 부모로부터 유전되지 않는다. 대신, 이는 사람의 일생 중 어느 시점에 발생한다. 후천적 돌연변이는 한 세포에서 발생한 다음 해당 세포에서 나오는 새로운 세포로 전달된다. 이 돌연변이는 정자나 난자 세포에 영향을 주지 않기 때문에 사람의 자녀에게 유전될 수 없다. 이러한 유형의 돌연변이는 산발성 돌연변이 또는 체세포 돌연변이라고도 부른다.

후천적으로 획득된 돌연변이는 다양한 이유로 발생할 수 있다. 때로는 방사선이나 특정 화학 물질에 노출된 후와 같이 세포의 DNA가 손상될 때 발생한다. 그러나 종종 이러한 돌연변이는 외부 원인없이 무작위로 발생하기도 한다. 예를 들어, 세포가 2개의 새로운 세포를 만들기 위해 분열하는 복잡한 과정에서 세포는 전체 DNA의 또 다른 사본을 만들어야 하며, 때로는 이러한 과정에서 실수(돌연변이)가 발생하기도 한다. 세포가 분열할 때마다 유전자 돌연변이가 발생할 또 다른 기회가 생긴다. 우리 세포의 돌연변이 수는 시간이 지남에 따라 축적될 수 있으며, 이것이 바로 나이가 들수록 암에 걸릴 위험이 더 높아지는 이유다. 후천적 유전자 돌연변이는 유전된 돌연변이보다 훨씬 더 흔한 암 원인이다.

유전자 활동이 변경될 수 있는 다른 방식

암으로 이어질 수 있는 세포 내부의 일부 변화에는 유전자 변이나 돌연변이가 포함되지 않는다. 세포는 다른 방식으로 일부 유전자를 켜고 끌 수 있으며, 이들 중 일부는 세포가 성장하고 분열하는 방식에도 영향을 미칠 수 있다.

앞서 언급했듯이, 다른 유전자는 다른 세포보다 일부 세포에서 더 활동적이다. 특정 세포 내에서도 일부 유전자는 어떤 때는 활성화되고 다른 때는 비 활성화된다. 이러한 유전자를 켜고 끄는 것은 DNA 서열을 변경하여 수행되는 것이 아니다(변이 및 돌연변이의 경우처럼). 대신, 유전자 활동의 변화는 후생적 변화라고 알려진 다른 수단에 의해 발생한다. 이러한 변화에는 여러 가지 유형이 있다.

• DNA 메틸화 : 이러한 유형의 변화에서는 메틸그룹이라는 작은 화학 그룹이 DNA에 부착되어 유전자가 코딩하는 단백질을 만드는 과정을 시작할 수 없다. 이것은 기본적으로 유전자를 차단한다. 반면에 메틸기를 제거하면 탈메틸화라는 과정에서 유전자가 활성화될 수 있다.

• 히스톤 아세틸화/히스톤 변형 : 염색체는 히스톤이라는 단백질을 감싸고 있는 DNA 가닥으로 구성된다. 히스톤 단백질은 아세틸 그룹이라는 작은 화학 그룹을 추가하거나 빼서 변경될 수 있다. 아세틸기를 추가(아세틸화)하면 염색체의 해당 부분을 활성화(켜기)할 수 있는 반면, 아세틸기를 제거(탈 아세틸화)하면 염색체의 해당 부분을 비활성화(끄기)할 수 있다. 히스톤 데아세틸라제(HDAC) 억제제라는 약물은 세포 성장과 분열을 조절하는 데 도움이 되는 유전자를 작동시켜 일부 유형의 암 치료에 도움이 될 수 있다.

• RNA 간섭 : 각 세포 내부에서 DNA는 유전자를 장기간 보관하는 역할을 한다. 그러나 DNA는 단백질이 만들어지는 세포의 동일한 부분에 있지 않다. 단백질이 만들어지려면 먼저 DNA에서 유전 암호의 사본(메신저 RNA 또는 mRNA 형태)이 만들어져야 다. 이 mRNA 조각은 단백질이 만들어지는 세포 부분에 명령을 전달할 수 있다. mRNA는 단백질을 만드는데 짧은 시간 동안만 사용된 다음 분해된다. 세포가 해당 단백질을 더 많이 필요로 하면 더 많은 mRNA를 생성하게 된다.

RNA 간섭은 세포가 유전자를 차단할 수 있는 또 다른 방법이다. 세포는 mRNA에 달라붙는 다른 형태의 RNA를 만들 수 있다. 이로 인해 mRNA가 분해되거나 코드 전달이 중단될 수 있다.

RNA 간섭과 관련된 RNA 형태를 표적으로 삼는 약물이 개발되고 있다. 이는 암을 유발하는 특정 유전자를 차단하는 데 도움이 될 수 있다.

유전자의 변화가 암 위험에 어떻게 영향을 미칠 수 있나?

일부 유전자는 일반적으로 세포가 성장할 때, 분열하여 새로운 세포를 만들 때, DNA의 실수를 복구할 때, 세포를 예상대로 죽게 할 때 제어하는 ​​데 도움을 준다. 이 유전자가 제대로 작동하지 않으면 암의 위험에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어:

• 일반적으로 세포의 성장과 분열 또는 생존을 돕는 유전자의 변화로 인해 이러한 유전자가 원래보다 더 활성화되어 종양 유전자가 될 수 있다. 이러한 유전자로 인해 세포가 통제할 수 없을 정도로 성장할 수 있다.

• 일반적으로 세포 분열을 통제하는 데 도움을 주거나 적절한 시기에 세포가 죽게 만드는 유전자를 종양 억제 유전자라고 한다. 이러한 유전자를 끄는 변화로 인해 세포가 통제할 수 없을 정도로 성장할 수 있다.

• 일부 유전자는 일반적으로 세포 DNA의 실수를 복구하는데 도움이 된다. 이러한 DNA 복구 유전자를 끄는 변화로 인해 세포 내에 DNA 변화가 축적되어 통제할 수 없을 정도로 커질 수 있다.

종양 유전자를 생성하거나 종양 억제 유전자 또는 DNA 복구 유전자를 끄는 DNA 변화는 암으로 이어질 수 있지만 일반적으로 세포가 암세포가 되기 전에 여러 가지 유전자 변화가 필요하다.

일부 다른 유전자의 변화가 암으로 직접 이어지지는 않지만 여전히 암에 걸릴 확률을 높일 수 있다. 예를 들어, 일부 유전자 변화는 신체가 담배 연기에 포함된 일부 독소의 분해 능력을 제한할 수 있다. 흡연하는 사람 중에서 이러한 종류의 유전자 변화를 가진 사람은 폐암 및 기타 흡연 관련 암에 걸릴 가능성이 더 높을 수 있다.

유전자 변화는 암 위험에 영향을 미칠 수 있는 다른 조건에서도 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 일부 유전자 변이는 체중에 영향을 미칠 수 있다. 체중이 더 많이 나가는 사람들은 일부 유형의 암에 걸릴 가능성이 더 높으므로 이러한 변이는 암 위험에 간접적으로 영향을 미칠 수도 있다.

유전자 변이 및 기타 변화는 일반적이다. 우리 모두는 그런 증상을 갖고 있으며 그 영향이 더해져 암 위험에 영향을 줄 수 있다.