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 전형적인 염색체의
모양은 좌측 그림과 같다.세포분열 중기의 염색체로 이미 DNA의 복제가 끝나고 두개의 염색분체가 동원체에 의해 묶여 있는 상태다. 동원체는
세포분열시 방추사가 부착되는 위치이다. 염색체 상에 동원체가 위치하는 위치는 각 염색체에 따라 상이하여 염색체의 짝을 짓고 크기 순으로 배열하여
일련번호를 붙이는 핵형분석시 이용할 수 있는 한 특징이 된다.
 염색체에서 동원체를 기준으로 짧은 쪽을 단완(p-arm:short arm)이라
하고, 긴 쪽을 장완(q-arm:long arm)이라고 한다. 이 p-arm과 q-arm의 상대적인 길이에 따라 염색체는 몇가지의 그룹으로
나뉜다.
Metacentric chromosome은 동원체가 염색체의 중앙에 위치한다. Submetacentric chromosome은
동원체가 중앙에서 약간 벗어난 위치에 존재하고, acrocentric chromosome은 한 쪽으로 치우쳐 존재한다. Telocentric
chromosome은 동원체가 한쪽 끝에 위치하는 염색체이다. 사람의 경우에는 telocentric chromosome은 없다.
1. 동원체(centromere)
정상적인 염색체는 각기 하나의 동원체를 가지며, 이 부분은 심하게 수축되어 있어 이를 1차 수축(primary
constriction)이라고 한다. 동원체에 두 개의 딸 염색분체가 서로 붙어 있고 체세포 분열이나 감수분열의 후기에 방추사가 이 부위에
부착하여 염색체를 양쪽 방향으로 끌어당긴다. 같은 염색체에서 다른 수축들은 2차적인 것으로 정의하며 따라서 이를 2차 수축(secondary
constriction)이라 한다. 그 예로서 인 형성부위는 드물게 염색체 끝에 돌출되어 있는 문의 손잡이 모양을 하고 있는데 이를
부수체(satellite, 위성)라 하며, 2차 수축으로 식별된다.
동원체는 여러 종류의 위성 DNA로 구성되어 있다. 포유동물의 동원체는 대략 길이가 170bp(염기쌍)정도의 알파(?)형 위성 DNA
반복서열을 가지고 있는데, 이들은 대부분 이질 염색질을 이루며, 모든 염색체의 동원체에 존재한다. 사람의 염색체 동원체를 이루는 반복서열
DNA는 5bp에서 170bp정도의 알파형 반복서열 DNA로 이루어져 있다. 흥미로운 사실은 이러한 동원체의 반복서열 DNA가 여러 종의
염색체들에서 공통적으로 존재하며, 염기배열이 상당히 보존적이라는 사실이다. 또한 이들이 어떤 생물체의 모든 염색체에 반드시 존재하지 않는 경우도
있다는 것이다. 결과적으로 68bp의 베타(?) 위성 DNA들이 5bp에서 48bp정도로 반복되는 다른 위성 DNA의 반복에서도 상동성을
갖는다는 사실이다. 동원체를 이루는 반복 DNA들의 염기서열은 대개 'GGAAT'의 반복을 갖고 있으며, AT 염기가 많이 존재한다.
동원체는 세포분열 중기에 방추사의 미세섬유(spindle microfilament)가 부착되는 키네토코어(kinetochore)를
포함한다. 동원체는 고밀도의 바깥 판과 투명하고 섬유상인 중간층, 염색질과 접하는 안쪽의 거친 과립층으로 구성되며, 각 염색체의 동원체에 두
개씩 판 모양으로 존재한다. 동원체의 외판에 미세섬유가 다발로 부착하는데 이를 방추사(spindle fiber)라 한다. 동원체는
방추사(spindle)를 구성하는 미세소관(microtubules)의 끝이 부착하여 세포분열 때 염색체들을 끌어간다. 두 개의 동원체가 하나씩
각각 염색체의 양쪽으로 부착하여 세포의 극을 향하여 배열을 한다. 동원체는 분열 후기에 염색체가 세포의 극으로 이동하는데 필수적이므로 동원체가
없는(acentric) 염색체는 방추사가 부착하지 못하여 극 방향으로 이동할 수 없다. 따라서 세포분열이 계속되는 동안 결국 소실되고 만다.
만약에 동원체가 정상적인 위치에 정열하지 못하면 세포분열도 정상적으로 이루어지지 못한다. 만약 이런 일이 생식기관의 감수분열 때 일어난다면
염색체수가 많거나 적어져서 다운증후군(Down's syndrome) 같은 기형을 유발한다.
2. 말단립(telomere)
말단립은 선형 염색체의 말단에 있는 DNA 부위로서 염색체의 복제와 안정성에 중요한 역할을 수행하다. 미국의
헤이플릭(Hayflick)은 사람의 정상적인 체세포가 50-60회 분열하면 분열을 정지한다는 것을 밝혔다. 이를 헤이플릭한계라고 부르기도 한다.
젊은 사람의 세포는 분열횟수가 많고, 나이가 많을수록 분열횟수가 줄어든다는 것도 조사하였다. 이러한 분열횟수를 결정하는 것이 염색체의
말단립이라고 생각하고 있다. 말단립 부위는 작게는 수백 염기쌍에 이르는 특정 DNA 염기서열과 분자구조를 가지고 있으며, 관련 단백질과 함께 각
염색체 말단에 위치한다.
효모와 여러 원생생물의 말단립 유전자의 염기 서열을 분석한 결과 모든 종의 말단립은 공통된 DNA 염기서열을 갖는다는, 즉 각
염색체의 말단은 거의 동일하다는 사실이 밝혀졌다. 염색체 말단에는 2가지 종류의 DNA 염기서열이 존재한다. 그들은 아주 짧은 나란히 반복된
DNA 염기서열로 구성된 단순한 말단립 염기서열과, 염색체의 양 말단 부분에 앞뒤로 연결되어 말단립에 연관된
염기서열(telomere-associated sequence)로서 수천 개의 염기쌍을 포함한다. 단순 말단립의 염기서열은 염색체 말단의 안정성과
완전복제를 보장하는데 매우 중요한 기능을 담당하는 구조이다. 포유동물에서 말단립의 염기서열은 규칙적인 단순 반복적 구조인 'TTAGGG'
염기배열(T2AG3)이 250-2,000번 계속해서 직렬로 반복되어 있고, 효모의 경우 덜 규칙적이어서
(TG1-3)n으로 구성되어 있다.
선형 DNA의 복제가 양끝까지 진행되어 새로 합성된 DNA의 5'말단에서 마지막 RNA 프라이머(primer)를 제거하고 나면,
기존의 3'-OH가 더 이상 존재하지 않으므로 3' 방향으로 12-15 뉴클레오타이드(nucleotide)가 더 연장된 돌출부를 남기게 된다.
새로 합성된 DNA 가닥의 5' 말단으로부터 DNA 가닥을 연장하는 중합효소는 알려지지 않았으며, 새로운 가닥의 말단을 완성하기 위해서는 어떤
특별한 조건이 필요하다고 추정된다. 모든 세균과 몇몇 바이러스의 경우는 이 문제를 원형 DNA를 가짐으로써 해결한다. 주형의 주위를 새로운
가닥이 계속 자라면서 궁극적으로 새로운 가닥의 처음 생성된 5' 말단과 마지막으로 형성된 3' 말단을 근접시켜 DNA 연결효소(DNA
ligase)로 연결시킨다. 또 다른 해결방법이 바이러스에서 알려졌다. 염색체 말단에서 DNA가 반복된 염기서열로 존재하여 단일 가닥 반복부위의
염기 짝짓기에 의한 머리핀 모양의 고리(hairpin loop)가 형성되거나, 또는 염기서열의 중복 때문에 구조적 변화의 결과로 불완전한 5'
말단이 채워질 수 있을 것이다. 또 G-rich 단사 DNA 말단이 말단립효소(telomerase)라는 특수한 효소에 의해 원래의 길이로
복구되어 딸세포로 전달되기도 한다. 말단립효소는 역전사효소(reverse transcriptase)로서 이 효소의 한 구성요소인 RNA 분자는
G-rich 3' 말단에 새로이 반복 서열을 붙이는데 주형의 역할을 한다. 말단립은 염색체의 복제 종결에 필요하고,
핵산분해효소(nuclease)나 다른 불안요소로부터 염색체를 보호하며, 염색체 말단간의 상호 융합을 억제한다. 또한 염색체 말단이 핵의
가장자리에서 관찰되는 것으로 미루어 말단립은 핵의 3차원 구조 형성과 염색체 짝짓기에도 관여할 것으로 생각된다. 세포는 한 번 분열할 때마다
50-200개의 텔로미어의 뉴클레오타이드의 배열을 잃는다. 그러므로 길이가 짧아지는 것은 세포가 앞으로 얼마나 더 분열할 수 있는가 말해주는
'세포분열 시계'라고 할 수 있다. 그리고 충분히 짧아진 텔로미어는 정상세포가 분열을 더 이상 못하게 하는 어떤 신호를 한다고 추측하고 있다.
이와 같이 염색체 말단립이 정상포유류 세포에서 점진적으로 단축되는데 반하여 암세포에서는 그 길이가 잘 유지되는 것으로 보아 세포의
노화와 암발생 과정에도 중요한 것으로 생각되고 있다.
3. 복제 개시점
복제 개시점은 DNA의 복제개시와 일정한 염색체 수를 유지하는데 필요하다. 대부분의 세포에서 DNA는 세포주기마다 한 번씩 복제된다.
DNA 복제개시는 DNA 복제가 시작되는 곳 가까이에 위치한 시스(cis-) 작용 염기서열과 트랜스(trans-) 작용
단백질에 의하여 조절된다. 포유류에서는 복제기점의 염기서열이 아직 명확하게 밝혀지지 않았으나 효모에서는 자가복제서열(autonomously
replicating sequence, ARS)이 복제 기점의 기능을 수행한다.
[참고 자료]
www.ilovedna.co.kr,home.inje.ac.kr/~chemrpa
Posco Sciience
Plaza, www.g2bank.com
[그림 출처]jurio.new21.org
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