유전 및 형질의 정의와 염색체 이상에 따른 유전 질환

우리는 부모에게 물려받은 유전자를 통해 비슷한 형질을 가지고 닮아가게 됩니다. 이러한 유전자는 염색체라는 구조에 표현되며 염색체가 분열되면서 각각의 유전자를 물려받게 됩니다. 이번 장에서는 유전과 형질의 정의를 알고 상염색체와 성염색체 이상에 의한 유전 질환에 대해 알아보겠습니다.

유전과 형질

유전과 형질

1) 정의

유전이라는 것은 유전 정보가 유전자에 의해서 부모에서 자손으로 전해져 내려가 특정한 형질이 발현하는 현상을 의미합니다. 그리고 형질이라는 것은 유전자에 의해서 형태나 기능면에서 우리 신체로 표현되는 여러 가지 성질을 말합니다.

유전 현상이 나타나는 데는 유전자의 다양한 타입의 조합이 있는데 이것을 유전자형이라고 합니다. 이 다양한 유전자형에 대응하여 여러 가지 형의 형질이 표현되는 것을 표현형이라고 합니다. 사람과 같은 고등 생물에서는 난자 또는 정자라는 배세포를 통하여 그 종속의 특성을 지속시킵니다. 한쪽 배우자의 배세포가 감수 분열을 2번 하여 염색체 수를 반감하고 다른 성의 배우자 역시 감수 분열을 통해 염색체 수를 반감하여 각각의 배세포가 수정을 하여 제1대 접합체 즉 수정란이 형성됩니다. 수정란은 그 후 분열을 반복하여 분화하면서 체세포가 되고 여러 기관을 형성하며 최종적으로 1개의 개체가 완성됩니다.

 

2) 유전자와 유전자좌

유전자는 1개의 기능을 가진 유전 정보의 기본적인 단위를 말합니다. 유전자 각각에는 염색체 안에서 각자의 고유한 위치를 가지고 있습니다. 이것을 유전자좌라고 부릅니다. 동일한 사람에서는 모든 세포 내의 동일 염색체 상에는 동일한 유전자가 같은 배열을 하고 있습니다.

 

3) 유전 양식

유전 질환을 유전 양식 기준으로 분류하면 단인자(1 유전자) 유전 질환, 다인자성 유전 질환, 여러 가지 전달 양식에 의한 유전 질환이 있습니다. 단인자(1 유전자) 유전 질환은 1개의 변이 유전자가 유전되어 발현하는 경우를 단인자 유전 또는 1 유전자 유전이라고 부릅니다. 일반적으로 상염색체 우성 유전, 상염색체 열성 유전 그리고 성염색체 관련 유전 등 3개로 구분됩니다. 다인자성(다원성) 유전 질환은 키나 체중과 같이 계측이 가능한 형질의 유전에는 형질 발현 효과가 매우 작을 뿐만 아니라 비등하지 않은 다수의 유전자가 관계하고 있습니다. 즉 다인자 유전 질환에서는 다수의 유전 인자와 환경 인자의 상호 작용 결과로 이상 형질이 발현됩니다. 그리고 여러 가지 전달 양식에 의한 유전 질환이 있습니다. 이는 동일 종류의 질병이 여러 가지 유전 양식이나 염색체에 의해서 발생하는 경우가 있습니다. 선천 기형의 경우 대부분 다인자 유전 질환이지만 단인자 유전이나 염색체 이상으로 생기는 경우도 있습니다. 또한 대부분의 암은 다인자 유전에 의한 것이라고 생각하고 있지만 윌름즈종양이나 망막 모세포종 등이 발생하는 가계에서는 특정 염색체의 변이에 의해 발생하기도 합니다.

염색체 이상 

염색체 이상은 자연환경 아래에서도 일어날 수 있습니다. 자연 유산아에게는 염색체 이상이 매우 많아 임신 90일 이내의 유산에서는 약 50% 정도를 차지합니다. 염색체 이상은 일반적으로 수의 이상, 구조의 이상, 모자이시즘으로 분류됩니다. 

 

1) 염색체 수의 이상 : 염색체의 전체수가 정상인 46개보다 많거나 적은 경우와 정상인의 체세포인 2 배체보다 많은 다배체인 경우가 있습니다. 염색체 수가 정상인보다 많거나 적은 경우는 감수 분열 시 염색체의 비분리 현상에 의해 발생하며 일반적으로 23 : 23으로 나누어져야 할 염색체가 22: 24로 나누어지면서 이 세포가 정상인 다른 23 세포와 만나게 되면 염색체 수가 적거나 많아지게 되는 것입니다. 대표적으로 다운 증후군은 상염색체 수의 이상으로 발현되는 질병이고 터너 증후군은 성염색체 수의 이상으로 발현되는 질병입니다.

 

2) 염색체의 구조 이상 : 염색체 구조의 이상은 염색체의 절단, 재결합, 융합 등에 의해서 발생합니다. 염색체 구조의 이상으로는 6가지가 알려져 있습니다.

 - 결실 : 절단의 결과, 염색체의 일부가 소실된 상태를 말합니다.

 - 전좌 : 염색체 1개나 일부가 절단되어서 다른 염색체와 재결합한 상태입니다. 균형전좌가 된 경우에는 표현형은 정상으로 모든 유전 정보가 정상적인 기능을 수행하지만 염색체 수는 1개가 다른 게로 이동하였으므로 부족한 경우가 발생합니다.

 - 중복 : 염색체의 일부가 상동 염색체로 또는 다른 비상동 염색체로 삽입되어 중복으로 배열된 상태를 말합니다.

 - 역위 : 염색체의 일부가 180도 회전한 상태를 의미하며 역위를 일으킨 부분에서 유전자 배열은 반대가 됩니다.

 - 이소 염색체 : 동원체를 중심으로 염색체의 양팔이 같은 길이, 같은 유전자 좌를 가진 상태입니다.

 - 환상 염색체 : 염색체의 양단에 동시에 절단이 일어나 2개의 단끝이 서로 융합한 상태를 말합니다.

 

3) 모자이시즘 :동일인의 몸속에 유전 형질이나 염색체 수 또는 구조가 다른 2종류 이상의 세포가 존재하는 경우를 말합니다. 특히 성염색체에서 많이 발견되며 모든 세포가 이상이 있는 것은 아니므로 단염색체증이나 삼염색체증보다 증상이 심하지 않은 편이고 외향도 양호한 편입니다. 발생 기전은 2배로 증가된 염색체가 양극으로 이동 시 완전히 분리되지 못하고 한쪽 극으로 2개의 염색체가 끌려가는 비분리 현상이 유사 분열 시에 일어나기 때문입니다. 그래서 46/45/47 등으로 여러 염색체 수를 가진 체세포가 섞이게 되어 발생하는 것입니다.

 

상염색체 이상에 의한 유전 질환

1) 다운 증후군

다운 증후군은 가장 흔한 염색체 이상 유전 질환입니다. 국내에서는 전체 염색체 이상 증후군 1621례 중 71%를 차지하고 있습니다. 원인은 대부분 난자의 감수분열 시 비분리 염색체에 의해 발생하므로 부모는 핵형을 포함하여 모든 것이 정상입니다. 21번 세 염색체에서 가외의 21번 염색체는 95%가 어머니로부터 물려받은 것입니다. 전위형 다운 증후군에서 가외의 염색체는 21번 염색체의 장완이 다른 끝곁매듭염색체에 로버트슨 전위를 한 것으로 대부분은 생식 세포의 형성 당시 새로 생긴 것입니다. 전위 염색체의 절반 가량이 부모 중 한 사람으로부터 유전된 것으로서 부모 중 한 사람이 로버트슨 전위를 가지고 있으며 대부분 가족적으로 발생합니다. 다운 증후군은 둥글고 납작한 얼굴, 외상방으로 경사진 눈꼬리와 뚜렷한 눈구석 주름이 몽고인과 비슷한 특징적 얼굴을 가져 몽고증 또는 몽고인 백치라고도 불립니다. 그 밖에 새끼손가락의 형성이상과 관절의 과다굴절을 동반하게 됩니다. 심한 정신지체를 수반하며 약 80%가 25~50의 지능지수를 보입니다. 30%가 심장질환을 가지고 대개 심실중격결손증과 심내막결손증을 보입니다. 또한 급성 백혈병이 발생할 가능성이 정상인보다 10~20배가량 높고 백혈병의 1/3은 골수모세포성이고 2/3는 림프모세포성입니다. 40세 이상 생존한 경우 뇌에 알츠하이머병의 신경병리학적 변화가 생깁니다. 21번 세 염색체 증후군 환자들은 면역 반응의 이상으로 감염이 잘 일어나는데 최근 의학적 치료의 발달에 힘입어 환자의 80%가 30세 이상까지 생존합니다.

 

2) 에드워드 증후군과 파타우 증후군

에드워드 증후군은 18번 삼염색체증 유전 질환이며 비교적 드물게 나타납니다. 18번 염색체가 3개인 형태로 대부분 1세 이전에 사망하게 됩니다. 대부분 발달이 좋지 않고 심장 기형 및 위장관 기형, 손가락 겹침 현상이 특징적입니다. 파타우 증후군은 13번 삼염색체증 유전 질환이며 13번 염색체가 3개인 형태로 신생아 시기에 사망합니다. 전뇌와 얼굴의 발육이 좋지 않고 중앙에 눈이 1개인 경우도 있습니다. 소두증, 코의 이상, 뇌의 전전뇌증 등이 나타납니다. 

 

성염색체 이상에 의한 유전 질환

1) 클라인펠터 증후군

클라인펠터 증후군은 남아 600명 중 1명 꼴로 나타나는 다운 증후군 다음으로 비교적 흔한 유전 질환입니다. 어머니 쪽 X 염색체의 비분리로 어머니 XX와 아버지 Y가 결합하여 XXY인 성염색체를 가지게 됩니다. 고환발생장애로 부르기도 하며 남성 생식샘 저하증의 가장 흔한 원인의 하나이고 중증도의 정신 지체를 동반합니다. 임상적으로 고환이상은 사춘기가 되면서 뚜렷해지므로 사춘기 이전에 진단하기 어렵습니다. 키가 크고, 특히 팔다리가 길며 전신의 근육과 골격이 여성이나 남성이 아닌 중성형입니다. 또한 여성형 유방증과 고환의 형성 저하증, 원발 불임증이 나타나며 남성의 경우 이차성징이 없습니다. 클라인펠터 증후군 환자의 고환에서 관찰되는 현미경 소견은 다양합니다. 정세관 전체가 위축되어 유리질화된 결합조직으로 대치되어 있거나 정상과 위축된 정세관이 서로 섞여 있을 수도 있습니다. 때로는 정세관 전체가 태생기의 원시 정세관으로 구성되어 있어 성숙한 정자를 형성하지 못합니다. 정세관이 위축되고 밀집되어 있어서 마치 레이디그세포가 증가한 것처럼 보입니다. 진단은 구강 점막 상피 내 바르소체(Barr body)가 있다는 점과 염색체의 핵형으로 알 수 있습니다. 구강 점막 상피 내 핵막에 붙어 있는 바르소체는 X 염색체 개수에서 1개를 뺀 숫자만큼 관찰됩니다. 따라서 XXY에서는 바르소체가 1개 관찰됩니다.

 

2) 터너 증후군

터너 증후군은 난소이상발육이라고도 하며 여아 2500명 중 1명 꼴로 나타나는 사람에게서 가장 흔한 홑 염색체 유전 질환입니다. 부모 중 1명에서 X 염색체 비분리로 한쪽에 X 염색체가 없는 세포와 정상 세포가 만나 성염색체가 X 하나만 유전되어 발생하게 됩니다. 터너 증후군은 대부분 불임이 되며 지능은 대게 정상이나 약간의 학습 장애를 보일 수 있습니다. 모자이크현상인 경우 전형적인 표현형을 보이지 않고 임상 증상의 심한 정도가 다양합니다. 선천심장질환 중 대동맥협착과 심내막섬유탄성증을 수반한 대동맥판협착을 흔히 동반하여 조기 사망의 원인이 됩니다. 표현형은 여성이며 생식샘 저하증을 특징적으로 보입니다. 이 환자 외형은 대체로 키가 작고 비만, 골격 이상 등이 관찰될 뿐만 아니라 목이 림프부종으로 목선이 굵게 부어오르므로 목과 어깨선의 각도가 커져 물갈퀴 현상이 나타나게 됩니다. 난소는 선 모양의 흔적만 남아 있는 선조 난소로 나타나므로 월경을 하지 않고 그 외에 여성의 이차 성징도 거의 없습니다.