염색체 수·구조 이상에 의한 유전병

지금까지는 유전자 하나가 정상 대립유전자냐 돌연변이 대립유전자냐를 다뤘습니다. 그런데 문제가 유전자 하나가 아니라 염색체 전체 단위에서 생기면 어떻게 될까요. 감수분열이 정확히 진행되지 않으면 염색체 수 자체가 달라지거나, 염색체 한 조각이 통째로 사라지거나 뒤집히는 일이 생깁니다.

비분리 — 염색체가 제대로 안 갈라진다

정상적인 감수분열에서는 감수 1분열에서 상동염색체가, 감수 2분열에서 자매염색분체가 각각 정확히 반씩 갈라집니다. 그런데 이 분리가 실패해서 한쪽 딸세포로 염색체가 몰리는 경우가 있는데, 이를 비분리(nondisjunction)라 합니다.

비분리가 일어난 생식세포가 수정되면 정상보다 염색체가 하나 많거나(삼염색체성, trisomy) 하나 적은(일염색체성, monosomy) 자손이 생깁니다. 이렇게 염색체 수가 정상(2n)에서 한두 개만 어긋난 상태를 통틀어 이수성(aneuploidy)이라 불러요. 감수 1분열에서 비분리가 나든 2분열에서 나든 결과는 똑같이 이수성 생식세포지만, 만들어지는 비정상 생식세포의 비율이 서로 다릅니다(1분열 비분리는 만들어지는 생식세포 전부가 비정상, 2분열 비분리는 절반만 비정상).

감수 1분열 비분리와 2분열 비분리의 차이, 그리고 수정 후 나타나는 이수성 — 송쌤생명과학 자체 제작

사람에게 실제로 나타나는 이수성

이름	염색체 구성	특징
다운증후군	21번 삼염색체(2n+1)	가장 흔한 상염색체 이수성. 지적장애·특징적 외모·심장 기형 동반 가능
클라인펠터증후군	XXY	남성, 정소 발달 저하·불임 경향
터너증후군	X0(X 하나뿐)	사람에서 유일하게 생존 가능한 상염색체 아닌 일염색체성. 여성, 저신장·생식샘 발달 저하
XYY 증후군	XYY	남성, 대개 정상 범위 발달

21번 삼염색체(다운증후군)가 유독 흔한 이유는, 21번이 사람 염색체 중 유전자 수가 적은 편이라 하나 더 있어도 상대적으로 생존 가능한 개체로 태어날 확률이 높기 때문입니다 — 다른 상염색체(예: 1번, 3번처럼 유전자가 많은 염색체)의 삼염색체성은 대부분 임신 초기에 자연유산으로 끝나요.

산모의 나이가 많을수록 비분리 발생률이 뚜렷하게 올라갑니다. 난자는 태아 시기에 이미 감수분열 전기에서 멈춰 있다가 배란 시점에야 재개되는데, 이 정지 기간이 길어질수록(즉 나이가 많을수록) 방추사 이상 등으로 비분리가 생길 위험이 커진다는 게 유력한 설명입니다.

쌤 한마디 — 학생들이 자주 헷갈리는 지점인데, 염색체 이상(이수성)과 유전자 돌연변이는 완전히 다른 차원의 문제입니다. 유전자 돌연변이는 염기서열 하나가 바뀌는 미시적 사건이고, 염색체 이상은 염색체 전체(수백~수천 개 유전자 묶음)가 통째로 많아지거나 적어지는 거시적 사건이에요. 현미경으로 핵형(karyotype)을 찍으면 염색체 이상은 바로 보이지만, 유전자 돌연변이는 절대 안 보입니다.

염색체 구조 자체가 망가지는 경우

염색체 수는 정상인데 염색체 일부 구조가 잘못되는 경우도 있습니다.

• 결실(deletion) — 염색체 조각이 통째로 떨어져 나감. 5번 염색체 일부가 없어지면 묘성증후군(cri-du-chat, 아기 울음소리가 고양이 울음과 비슷해서 붙은 이름)
• 중복(duplication) — 같은 조각이 두 번 들어감
• 역위(inversion) — 조각이 잘렸다가 방향이 뒤집혀 다시 붙음
• 전좌(translocation) — 조각이 다른(상동이 아닌) 염색체로 옮겨 붙음

전좌는 백혈병 연구에서 특히 유명한데, 9번과 22번 염색체 일부가 서로 맞바뀌어 생기는 필라델피아 염색체가 만성골수성백혈병의 원인 중 하나로 알려져 있습니다.

이수성은 감수분열 과정에서 생긴 사고였죠. 그런데 염색체 수·구조가 완전히 정상이어도 어느 부모에게서 물려받았는지에 따라 표현형이 달라지는 예외적인 경우가 있습니다. 개념 15.5에서 다룰 유전체 각인이 그 이야기예요. 감수분열 자체의 배경은 감수분열의 단계(개념 13.3)를 참고하세요.