정답
㉠ SOS 반응, ㉡ LexA
dinB와 umuC,D 유전자 산물(저충실도 DNA 중합효소)은 손상된 DNA를 주형으로 삼아 복제를 계속할 수 있으나, 염기쌍 선택이 부정확하고 교정 기능이 없어 복제 오류(돌연변이)를 많이 만든다. 반면 DNA 중합효소 Ⅲ는 손상 부위 앞에서 복제가 정지하여 손상 부위를 통과해 복제하지 못하지만, 정상 주형을 복제할 때는 염기쌍 선택이 정확하고 3′→5′ 교정 기능으로 복제 오류가 매우 적다.
출제 의도
대장균에서 광범위한 DNA 손상이 일어났을 때 작동하는 SOS 반응의 핵심 인자인 RecA와 LexA의 역할을 이해하고, SOS 반응에 의해 발현되는 오류 유발 DNA 중합효소와 정상 복제에 관여하는 DNA 중합효소 Ⅲ의 기능 차이를 복제 오류의 관점에서 비교·설명할 수 있는지를 평가한다.
풀이 과정
문제에서 “반응에 관련된 대부분의 유전자들은 평소에는 억제자인 (㉡)에 의해 발현이 억제되어 있다”고 하였고, DNA 손상 시 RecA가 활성화되어 (㉡)의 자가분해를 촉진함으로써 여러 유전자가 발현된다고 하였다.
이는 대장균의 대표적인 DNA 손상 대응 기전인 SOS 반응이다. 이때 손상 유전자들의 발현을 평소에 억제하는 억제자가 LexA이므로, ㉠은 SOS 반응, ㉡은 LexA이다.
dinB와 umuC,D 유전자 산물은 각각 오류-유발 DNA 중합효소(Pol IV, Pol V)로, 손상된 DNA를 주형으로 삼아 손상 부위를 “건너뛰며” 합성하는 전사(전장)우회(translesion) 중합효소에 해당한다. 이들은 다음과 같은 특징 때문에 복제 오류를 많이 일으킨다.
첫째, 손상된 염기가 있는 주형에서도 합성을 계속할 수 있지만, 어느 염기를 넣을지 정확히 가리지 못해 잘못된 염기를 자주 삽입한다. 따라서 돌연변이 발생률이 매우 높다.
둘째, 이들 중합효소에는 DNA 중합효소 Ⅲ가 갖는 3′→5′ 엑소뉴클레이스 교정 기능이 없어서 잘못 삽입된 염기를 잘 제거하지 못한다. 그 결과 잘못된 염기가 그대로 남아 돌연변이로 고정되기 쉽다.
반면 DNA 중합효소 Ⅲ는 정상적인 DNA 복제를 담당하는 고충실도 복제 효소이다. 손상된 염기가 있는 주형을 만나면 복제가 정지하여 손상 부위를 우회해 합성하지 못하지만, 손상되지 않은 주형을 복제할 때는
첫째, 염기쌍 선택이 매우 정확하고,
둘째, 3′→5′ 엑소뉴클레이스 교정 기능으로 잘못 삽입된 염기를 제거하기 때문에 복제 오류율이 매우 낮다.
따라서 복제 오류 관점에서 보면, dinB·umuC,D 유전자 산물은 손상 부위까지 복제를 이어가지만 매우 많은 오류를 유발하는 반면, DNA 중합효소 Ⅲ는 손상 부위에서는 복제가 정지하고 정상 주형에서만 높은 정확도로 복제하여 오류가 거의 발생하지 않는다는 두 가지 차이가 있다.