김영진박사의 치과방사선 (22)

(5) DNA의 방사선장해(障害)와 회복(回復)과정

세포의 DNA는 방사선에 의해 손상될 수 있지만, 생체 고분자, 세포, 개체수준에서 생긴 방사선장해는 여러 요인에 따라 가능한 범위에서 정상적인 DNA복제과정을 거쳐 회복된다. 하지만 회복 가능한 DNA 장해로부터 시작되어 세포사(細胞死)에 이르기까지 장해의 확대를 세포수준에 머무르게 하고 그 장해가 모체(母體) 수준에까지 이르지 않게 하는 것은 넓은 의미에서 일종의 개체보호(個體保護) 과정이라고 볼 수 있다.
 

 1) 세포에서의 DNA손상
방사선에 의한 DNA 손상의 종류에는 염기변성, 나선절단, 가교형성 등이 있다.
DNA 나선절단이라 함은 뉴클레오티드의 당-인산의 결합부분이 절단되는 것이며 DNA는 2개의 나선형 사슬이 함께 염기에 의해 가교된 이중 나선구조이다. DNA 나선절단에는 이 DNA사슬 가운데 한쪽 또는 양쪽이 절단되는 것에 의해 생기는 손상을 말하는 것으로,
1개 나선절단(SSB, Single Strand Break),
2개 나선절단(DSB, Double Strand Break)등 두 종류로 분류되고 있다. 
 염기변성이나 1개 나선절단 손상은 거의 100% 회복되는데 2개 나선절단이 일어나는 빈도는 비록 적지만 생명체에 대한 영향이 매우 크고 중요한 DNA 손상으로 볼 수 있다. 
 

고선량이나 고선량률 방사선에 의한 DNA손상은 방사선자체, 그리고 일• 이차전자와 히드록실 라디칼(HYDROXYL RADICAL; 활성산소)등이 복합해서 DNA를 다각적, 복합적, 집중적으로 손상시켜(Cluster손상) 2개의 나선사슬이 절단되는 결과를 야기하게 되므로 1개의 나선절단인 경우보다 회복이 상대적으로 어려워진다.

■ DNA 손상의 4가지 경우를 각각 살펴보면,

① 염기변성 : 염기가 손상, 파괴되거나 화학적으로 다른 기와 결합하는 경우이다. 퓨린(A, G)보다 피리미딘(C, T) 쪽이 손상을 받기 쉽다.

② 1개 나선절단 : 당(디옥시리보오스;deoxyribose)과 인산의 결합이 절단된다. 1개 나선절단의 대부분은 히드록실 라디칼( 활성산소)에 의한 것이다.
 

③ 2개 나선절단 : 위 그림과 같이 나선 2개가 절단되는 경우로써 1개의 방사선 또는 전자가 2개의 나선을 가로지른 결과인지, 우연히 독립적으로 1개 나선절단이 근처에서 같이 생긴 것인지는 알 수 없다(양쪽 모두 가능성이 있다). DNA가 피폭되면 1개 나선절단은 피폭선량의 증가에 비례하여 증가하지만 2개 나선절단은 선량의 제곱에 비례하여  직선적으로 증가한다.

④ 가교형성 : DNA와 단백질이 화학적으로 결합하거나, 같은 DNA사슬 옆의(사다리의 위, 아래) 염기끼리 결합하는 경우를 가교형성이라고 한다. DNA에 염기라디칼이 생기고 DNA 사슬 상 염기끼리의 공유결합에 의해 손상이 일어나게 된다. 가교형성은 1줄의 DNA 사슬 상 염기끼리의 공유결합과 2줄의 DNA 사슬 상 염기끼리의 공유결합에 의한 것 등 두 가지로 분류되고 있다.

1줄 DNA 사슬염기끼리의 공유결합; intrastrand cross link,
2줄 DNA 사슬염기끼리의 공유결합; interstrand cross link.

■ 방사선이나 각종 유해요소에 의해 DNA가 손상된 세포는 손상의 종류와 정도 및 회복과정에 따라 다음 4가지 형태로 나누어 볼 수 있다.

① DNA손상이 가벼운 경우 : 완전히 회복되고 급성장해 및 만성장해로 나타나거나 나타나지 않을 수 있다. 회복에는 손상의 정도에 따라 수 시간에서 수 일이 필요하다.

② DNA손상이 큰 경우 : 세포를 재생할 수 없게 된다. DNA 손상이 넓은 범위에 생기면 시간과 함께 조직괴사, 방사선 급성장해(급성 방사선증), 개체의 죽음으로 귀결된다. 
방사선 피폭 시에 세포자체는 살아 있지만 새로운 세포를 만들 수 없으므로 그 세포의 평균수명에 따라 장해가 지연되어 나타나게 된다. 즉 위장장해는 1주~10일 후, 골수장해(출혈, 감염)는 방사선 조사 1개월 후에 가장 중증으로 발전되는 것은 이 때문이다.

③ DNA손상이 중간정도인 경우 : 회복되지 않는다. 즉 돌연변이가 생기게 된다. 암 유전자가 활성화되거나 암 억제 유전자가 불활성화 되므로 발암확률이 높아진다. 
단, 암이 발생하기 위해서는 여러 조건이 필요하므로 한 개의 돌연변이가 암으로 직접 이행되는 일은 거의 없다.

④ 아포토시스(Apoptosis; 예정세포사) : 이것은 방사선에 조사된 세포의 자살행위로써 일종의 방어기전으로 간주된다. DNA가 완전히 회복되지 못한 경우, 불완전한 회복에 따라 발생하는 각종 질환이나 노화, 암 유발 등 바람직하지 않은 결과를 야기하는 유전자를 남겨두지 않기 위해 스스로 죽음을 택하는 세포의 자기희생 반응인 것이다.
 

글_ 김영진 박사 
전 건강보험심사평가원 상근 심사위원
대한치의학회 고문 역임 
제 23회 ‘치과의료문화상’ 수상 
제 30회 보건의 날 ‘대한민국국민포장’ 수훈