새로운 분자 진단 방법을 소개합니다!

　

게놈을 이용한 유전학적 테스트의 이용

  광학현미경의 해상도가 높아져서 수백, 수천 개의 세포 핵 DNA의 염기서열 중복과 결실을 감지하는 등 DNA 분석 기술이 발전하고 있다. 이로 인해 희귀질환과 일반질환의 유전학적 테스트가 변화하고 있다.

  특히 단일 유전자 장애에 대한 진단검사에 게놈이 이용된다. 특정 유전자 변이를 시퀀싱을 통해 알아내거나, 유사한 표현형을 발현하는 여러 개의 유전자를 분석한다. 또한 대용량의 데이터를 생산하여 여러 개의 유전자 분석이 용이해졌으며, 임상 시험을 위해 게놈에서 단백질을 생산하는 영역의 염기서열을 이용하고 있다. 게놈 이용에는 병리학적 생물정보 분석이 필요하다. 유전 상담을 통해 복잡한 변이를 식별하고, 약물을 선택하거나 용량을 정하는 등의 약물 대사와 상호작용에 영향을 미치는 변이를 식별할 수 있다. 또한 엑솜 및 게놈시퀀싱을 통해, 암의 유전적 위험을 식별하고 예후를 추정할 수 있으며, 암세포에서 특정 유전자 변이를 확인하여 치료에 이용하기도 한다.

  게놈 테스트는 임상적 유용성이 불분명하지만, 일반적 질환에 대한 위험을 식별하기에는 무리가 없다. 기존의 유전자 차별 금지법이 있으며, 유전 상담 과정에서 해결해야 할 윤리적, 법적, 사회적 문제를 발생시킨다. 따라서 유전자와 게놈 검사에 대한 임상 결과의 해석을 전문의에게 제공하여 진단에 도움이 되게끔 하여야 한다.

  인간 게놈 서열의 분석 비용이 급락하면서 유전자 테스트에 상당한 발전이 이루어졌다. 그 결과, 희귀유전과 염색체 질환 등 다양한 일반질환의 위험을 추정할 수 있게 되었으며, 개인 맞춤 진단과 약물 치료가 가능해 졌으며, 희귀질환과 일반질환의 유전적 진단을 검토하기에 이르렀다. 본문에서는 게놈과 유전자 검사에 대해 질문을 던진다. 정확한 결과인가? 임상적 유효성으로 진단된 건가? 검사 결과에 대해 의료적 관리가 이루어 질 수 있는가? 개인의 사회적 차별이나 낙인, 죄책감 등의 위험이 있지 않은가?

  유전학적 원리에 대한 기본 지식과 개념이 필요하다. 이전에는 전염병 및 미생물 검사에 적용되었으나, 이제는 암이나 생식적 검사, 신체적 변이에 초점을 맞추어 적용되고 있다.

유전 질환의 진단과 세포유전학

　

  부모에게서 유전된 정자와 난자 세포의 DNA에 변이가 생긴 것을 유전질환이라 한다. 병적인 유전자는 여러 개의 유전자에 걸쳐 유전 물질의 큰 손실이나 개별 유전자 수준에서 발생할 수 있다. 또한 전체 염색체에서 염기서열의 결실이나 수천 개의 염기가 중복되는 등 다양한 게놈 변이가 나타날 수 있다. 최근에는 기술의 혁신적인 발전에 의해, 세포유전학적 테스트가 출현하여 copy number 변이를 확인 하기에 이르렀다.

　

　

  자폐증 장애를 가진 6세 소년의 유전적 검사를 하였다. 4세에 X염색체를 분석하였고, 6세에 세포유적학적 테스트로 16번 염색체에서 55만개의 DNA 손실을 확인하였다. 그의 부모에게서도 DNA 결실이 발견되었고, 이는 자폐증 장애가 있는 사람에게서 흔히 보이는 지역의 결실이었다. 세포유전학적 테스트는 현미경으로는 볼 수 없는 작은 게놈 조각의 손실을 검출하는 방식으로, 주로 copy number 변이를 검출한다. 추가적으로 마이크로어레이(Microarray)로 염기서열을 참조게놈과 게놈 재조합 정도를 비교하였다. 비교에 이용된 샘플들은 혈족이나 유전되지 않은 염기서열을 추론하기 위해 동형 접합성을 식별하였으며, 여러 가지 선천성 기형 및 성장지연과 자폐증 장애에 대한 유전자 검사를 추가적으로 실시하였다.

　

  임상에 따라서는, 염색체 이상인 태아의 copy number 변이 검출에 이용하기도 한다. 임상적 유용성에서 진단되지는 않지만, 재발 위험성에 대해 상담하거나 산전 검사를 위한 기초 정보를 제공한다. 분석 타당성은 매우 높지만, 임상적 유효성은 1,000개 중 1~2개의 copy number 변이를 식별하는 수준에 그친다. 그러나 많은 copy number 변이를 가진 인구 데이터에서 변이가 새로 발생한 경우 부모의 샘플을 추가적으로 확인하여 병원성 역할을 확인하는 방법이 있다. copy number 변이 테스트는 암 유전의 위험성, 종양 억제 유전자를 포함하는 염기서열 영역의 결실을 검출하는 등의 결과를 식별하기 위해 실시되는데, 테스트 전 철저한 교육이 필요하다.

　

질병 표적 테스트

　

  건강한 여 신생아로 청각장애의 징후를 보여, 청각-뇌간 반응 검사로 양쪽 청력을 확인하여 유전임을 발견하였다. 차세대 해독 기술로 70개 이상의 유전자로 청력 손실을 테스트하였다. 그 결과 MYO7A 유전자로 인해 어셔 증후군(usher syndrome, 망막염 색소성 청각장애)로 알려진 2형 열성 병원성 변이가 발견되었으며, 임상적으로 인공 와우를 이식하는 데 이용하였다.

　

  유전자 검사는 표현형과 유전적 이질성 정도에 따라 3종류로 나뉜다. 첫 번째는 몇 가지 정의된 변이를 식별하는 검사로, 베타 글로빈 유전자의 겸상 적혈구 돌연변이 검출 등이 있으며, 분석 타당성이 매우 높은 것이 특징적이다. 두 번째는 서로 다른 변이에 영향을 받은 각각의 개인에게서 발생하는 하나의 유전자에 의한 질환 검사로, DNA 시퀀싱으로 수행된다. 예시로는 신경섬유종 1형은 변이가 발견되면 분석 타당성이 높을 수 있지만, 모든 변이를 검출하지 못하는 단점이 있다. 세 번째는 선천성 난청이나 심근증 등의 여러 가지 유전자 중 하나에 변이가 생긴 조건부 검사로, 비용을 줄이기 위해 일반적인 영향 유전자를 검사하며 유전자 하나에 한번씩만 테스트 한다. 차세대 해독 기술을 이용하여 하나의 유전자 검사 비용보다 조금 더 많은 유전자를 가진 코딩 영역을 테스트하기 때문에, 기존의 시퀀싱 보다 분석 타당성이 높지만, 유전자 구조 변이나 인트론 내에 발생하는 변이의 가능성을 배제시키는 단점이 있다.

　

  유전자 검사는 개인이나 가족력을 기반으로 유전적 위험을 검사하는 것인데, 이를 태아에 적용시켜 진단하여 변이 영향을 받은 조직의 생검 필요성을 미연에 방지할 수 있다. 산모의 조직과 혈액을 이용하여 증상 발병 전에 수행하기 때문에, 질병에 대한 감시와 위험율을 감소시켜 가족계획에 도움이 된다. 특히 유방암과 난소암 가족력을 가진 개인의 BRCA1과 BRCA2 유전자 변이를 검사하면, 감시뿐만 아니라 수술의 위험도를 줄이기 위한 의료전략으로 활용할 수도 있다.

　

  알려진 병원성 변이는 개인의 건강 관리에 이용될 수 있는데, 가족력에 의해 발생되지 않으면 암의 위험도에 영향을 끼치지 않는다는 단점이 있다. 또한 특정 변이에 대한 검사를 통해 진단 정보를 제공하고 유전자 검사로 치료에 도움이 될 수 있다. 예를 들어 넥신에 관련된 26개 유전자 변이에 의해 선천성 난청을 가진 아이들은 다른 원인에 의한 난청보다 인공 와우 이식에 더 효율적이다.

　

  그러나 많은 변이들이 알 수 없는 병원성을 가진 중요 변이라는 것을 문제점으로 들고 있다. 또한 낫 세포 변이뿐만 아니라 임상적 유효성이 확립되어 있다 하더라도, 다른 문제점이 발생할 수 있는데, 변이가 있어도 표현형으로 발견되지 않을 경우 찾아내지 못할 가능성이 있다. 유전자 검출 기술은 병원성 변이나 양성 변이 여부를 확인하는 것이라서 무의미한 변이를 감지할 가능성도 있고, 병원성에 대한 증거가 변이에서 영향을 받았는지에 대한 의문 또한 제기되고 있다.

　

엑솜 및 게놈 시퀀싱과 약리 검사

　

  심각한 지적 장애와 발작 증세를 보이는 6세 소년인데, 의료적인 진단과 세포유적학적 microarray 테스트로도 원인을 밝히지 못했다. 부모와 소년을 엑솜시퀀싱하여, SCN2A 유전자의 변이를 발견하였다. 그러나 소년에게서는 발견된 SCN2A 유전자 변이가 전사를 중단시켰지만, 부모에게서는 발견되지 않았다.

　

  이처럼 엑솜 및 게놈시퀀싱은 임상적 진단 검사로 사용되는데, 차세대 해독 기술을 이용하여 수행되고 있다. 엑솜은 게놈시퀀싱 보다 저렴한 비용으로 대부분의 변이를 식별한다. 그러나 환자의 표현형에 중요한 후보 유전자가 감지되지 않을 수 있으니 게놈시퀀싱도 필요하다. 임상적 표현형에 따라 예상되지 않을 수 있지만, 변이 검출에는 도움이 된다. 많은 유전적 조건과 표현형은 특정 유전자를 선택하여 임상적 유용성을 주며, 유전 상담을 통해 정보를 제공하고, 합병증에 대한 감시와 치료 수단을 제안한다.

　

　

  시퀀싱은 유전적 영향을 받은 자녀와 부모로 구성된 트리오(trio)에서 수행되며, 적은 수로도 변이를 필터링 할 수 있다는 장점이 있다. 엑솜시퀀싱은 때로는 예상치 못한 결과가 환자에게서 표현형으로 나타날 수 있으며, 잠재적으로 임상 유의적이지 않은 유전자의 2차 변이가 식별될 수 있다. 이는 유전성 유방암이 가족력에 의해서는 나타나지 않더라도, 난소암 증후군으로 이어질 유전자 변이가 발견될 수 있다는 것을 보여준다.

　

  폐암으로 진단된 40세 여성 환자로, 종양 생검을 통해 DNA 염기서열에서 EGFR과 KRAS 유전자를 포함한 폐암에 연관된 유전자 변이를 확인하였다. 이를 통해, 종양치료에 티로신 키나제 억제제를 적용하여 반응에 도움을 주었다. 이처럼 분자적으로 질병을 이해하면, 특정 결함을 대상으로 하는 약물 치료를 할 수 있다. 약물의 흡수, 대사, 배설에 관련된 프로세스와 촉매 효소에 연관된 유전자 변이는 약물에 대한 환자의 반응에 영향을 미칠 수 있다. 이는 약물의 농도와 유전학적 효과는 화학반응에 따라 달라진다는 것을 의미하며, 과도한 민감성과 그에 따른 부작용과 내성, 효능 부족으로 이어질 수 있기 때문에 중요하다.

　

  약리적 테스트는 단일 염기 변이와 copy number 변이에 초점을 맞추고 실시하는데, 임상적 유효성이 다양화되어 있다. 예를 들어, 같은 CYP2C9와 와파린 대사에 관여하는 VKORC1 변이에 대한 테스트에서는 치료를 위해 약물의 용량을 조절할 수 있고, 다른 항 혈소판 약물을 사용해야 하는지도 미리 알 수 있다. 그러나 약리적 테스트는 비용이 효율적인지, 결과를 사용할 수 있을 정도로 신속하게 되는지에 대한 임상적 유용성은 논쟁거리가 되어 왔다. 또한 부작용을 피하고 정당화 하기에 충분한 치료 효과를 달성하는 지, 약물이 처방될 때마다 테스트를 해야 하는 지에 대한 논쟁은 계속되고 있다.

　

  그러나 최적의 약물 선택에 유전자 검사를 적용하는 것은 종양학에서 가장 진보된 일이라 할 수 있다. 작은 세포 폐암에서 EGFR 변이에 대한 검사를 한다던가, 티로신 키나제 억제제에 대한 환자의 반응을 미리 예측하여 볼 수 있기 때문이다. 이처럼 차세대 해독 기술은 새로운 약물의 표적을 식별하고, 개인별 체질에 따른 특정 종양 유전자 치료를 선택할 수 있게 하였다.

　

위험도 평가와 윤리적, 법적인 문제

　

 건강한 42세 남성이 개인 게놈 검사의 가능성에 대해 정보를 수집한 것이다. 온라인으로 신청하여 타액을 튜브에 채워 보낸 후, 몇 주가 흐른 다음 자신의 게놈 데이터에 대한 정보를 웹으로 받아, 100만 개 정도의 단일 염기 변이 분석하였다. 그 결과 와파린에 대해 평균 감도가 크고, 낭포성 섬유증 변이 보인자로 나왔으며, 2형 당뇨는 상위 15%로 높은 위험율을 가졌다.

　

  이처럼 지난 몇 년간 GWAS 연구를 통해, 일반적인 질병의 증가 가능성과 특정 유전자 변이와의 연관 관계를 밝혔다. 특정 위치에 하나의 염기로 구성된 각각의 단일 염기 변이들은 일반적인 질병의 원인으로 생각되지 않으나, 질병의 위험에 영향을 미치는 미확인 유전자 변이에 연관될 것으로 추정되었다.

　

  몇몇 회사는 보건 전문가로서 고객에게 직접 테스트 결과를 제공하는데, 접근 방식에 따라 논쟁을 생성하기도 한다. 유전자 표지자 및 기타 비 유전적 요인의 서로 다른 조합을 고려하여 위험을 계산하는데, 분석 타당성이 높지만 임상적 유효성이 불확실할 가능성이 있다. 또 직접적으로 전문가의 참여가 부족하다면, 정보가 잘못 해석될 수 있다는 우려 점이 있다. 게놈 데이터가 개인의 질병율을 감소시키도록 동기를 부여할 지 여부를 알 수 없다는 점도 문제점이다. 또한 의료서비스로서의 이용으로 건강보험비용이 증가되거나, 고객에게 심각한 정신적 피해를 일으킬 수 있다는 것이 입증되지 않았다는 것 또한 문제점으로 들고 있다. 뿐만 아니라, 개인이 자신의 게놈 정보에 접근할 권리가 있다고 주장하거나, 게놈 정보 해석 전문가에게 충분한 접근 권한이 없는 것 등이 있다. 그러므로 일부 기업이 사업적인 측면을 떠나서 제공해야만이 장기적인 제공이 가능할 것이다.

　

　

  유방암으로 진단된 60세 여성으로, 그녀의 어머니가 유방암이었기에 가능성에 대해 유전적 상담을 요청한 자매 중 한 명이다. 본인에게서 변이가 발견될 경우, 위험에 노출된 2살 손녀가 건강보험을 잃을지를 확인하고 싶었다. 이처럼 유전자 검사로 인한 사회적 낙인과 차별에 대한 우려를 제기한다. 미국에서는 국가 유전 정보 차별에서 개인을 보호하는 법률을 통해 이러한 우려가 완화되고 있다. 2008년 유전정보 차별 법은 미국 연방정부 차원에서 제기되어, 고용, 승진, 건강보험, 보험료에 유전정보를 사용할 수 없게 하였다. 그러나 장애 또는 생명보험에 관련된 결정을 내릴 때에는 유전정보를 사용할 수 있게 하였다.

　

  그러나 여전히 특허와 독점적 데이터 베이스에 대한 사용과 테스트 접근 제한에 대한 우려는 지속되고 있다. 게놈의 20%는 특허 대상이며, 독점적 라이선스를 가진다는 한계가 있다. 유전자 특허의 합법성에 대해서는 현재 법원에서 논의 중이며, 게놈 데이터의 폭넓은 공유와 표현형 데이터의 사용이 화두에 있다.

　

맺음말

　

  희귀 유전질환을 가진 개인을 위한 유전자 진단 가능성에 대해 알아보았다. 검사의 정밀도는 계속 증가하고 비용은 감소될 것이며, 분자 유전학적 검사는 일상적인 의료행위로 볼 것이다. 약리적 테스트는 전문가의 권고로 유전 검사가 해석될 것이다. 또한 전자 처방 시스템으로 통합되면, 산전 진단이 가능해 질 것이다. 개인에 대한 검사의 임상적 유용성이 확립되면, 기술적 타당성과 비용이 장애물이 될 가능성도 염두에 둬야 할 것이다.

　

참고문헌

　

New Approaches to Molecular Diagnosis

http://jama.jamanetwork.com/article.aspx?articleid=1677378

　

역저자

　

글 : Park.HyeonJi

편집 : Jeon.EunSook

키워드 : whole genome sequencing, exome sequencing, molecular diagnosis, clinical approach 등