유전자 검사는 어떻게 하나!

[남제현]

유전자 검사

우리몸의 생로병사를 결정하는 유전자는 DNA로 구성되어 있습니다.

DNA의 고유한 유전정보는 세포의 구조와 기능에 따라 필요한 단백질을 생산하며,

유전자의 이상이 발생하면 주어진 역할과 기능을 다하지 못하고,

암등 각종 질병을 초래하게 됩니다.

인체에 발생하는 모든 암은 다수의 유전자 변이가 축적되어 발생하며,

같은 종류의 암도 환자에 따라 변이 양상이 다르게 나타납니다.

현재 보편적으로 시행되는 암 검사 방법은 직경이 1cm 미만의 미세 조기암을 찾아 내는데 한계가 있어, 암의 치료 가능시기인 조기 발견이 어려운 실정 입니다.

폐암으로 사망한 코미디언 이 주일씨의 경우 매년 종합검진을 받았었지만 결국 폐암의 진단을 받았을 때는 이미 말기 상태였기 때문에 더 이상 치료가 불가능한 상태였습니다.

이러한 이유 때문에 암은 유전자 수준에서 진단하여 조기에 치료하는 것 만이 최선의 방법입니다.

암이 발생하여, 암 세포가 성장하고 있으나,

크기가 미세하여

MRI, CT, 내시경, 초음파 등의 의학적 검사로 보이지 않을 때에도 환자의 혈액, 대소변, 객담등에는

암세포나 암세포에서 떨어져 나온 변이 유전자의 DNA와 RNA 그리고 암 단백질이 존재 합니다.

의학이 발달한 오늘날에도 암은 인류에 있어 사망과 삶의 질 악화의 주 원인이며,

암 환자 중 절반 이상은 진행된 상태에서 늦게 발견되며,

그 대부분은 진단 후 2년 이내에 사망합니다.

이와 같은 불량한 성적은 전이 암에 대해 효과적인 치료법이 없다는 것 외에도

조기진단이 여의치 않다는 데에도 중요한 원인이 있습니다.

심지어 이미 진단된 암도 병기와 예후를 정확히 평가하며 치료방침을 결정하고 치료 후 재발암과 잔존 암을 정확하게 파악하는 데 어려움이 적지 않은 것이 현실입니다. 이와 같은 현존 진단법을 보완해 줄 수 있는 가장 유력한 방법이 곧 유전자 암 진단법 입니다.

암은 대표적인 유전자질환으로, 여러 가지 유전자의 이상이 축적되면서 발생하며 더 악성으로 진행합니다.

암이 있으나 암의 크기가 작아서 육안적으로 식별이 되지 않을 때에도 혈액이나 대소변, 객담 등에는 미세암세포와 암세포에서 나온 돌연변이유전자의 DNA가 존재합니다.

분자유전학적 검사를 이용하면 이러한 미량의 암 DNA를 파악하여 암을 진단할 수 있습니다.

다만 암은 특징적으로 다수의 유전자이상에 의해, 다단계를 거쳐 발생하는 질환이며,

같은 종류의 암도 개개 환자별로 이상 유전자가 다릅니다.

1. 유전자

유전자(gene)는 유전정보의 단위를 가리키며 DNA로 구성되어 있습니다.

세포의 모든 생명현상과 기능은 단백질에 의해 이루어 집니다.

유전자는 단백질을 만들기 위한 명령체계를 지시 전달하는 광대한 정보단위 입니다.

하나의 유전자는 하나 혹은 다수의 특정 단백질을 만드는데 필요한 특수한 암호코드를 가지고 있습니다.

한 생물체가 가지고 있는 모든 유전자의 총체를 게놈(genome)이라고 합니다.

DNA의 모양은 이중 나선구조를 이루고 있고, 각각의 나선가닥에는 염기(base)라고 불리는 수많은 화학구조단위로 구성되어 있습니다. DNA의 염기에는 아데닌(A), 사이토신(C), 구아닌(G), 타이민(T)의 4가지 종류가 있는데, 이 염기의 배열된 순서, 혹은 염기서열(base sequence)이 곧 그 유전정보를 결정합니다. 알파벳이 어떤 순서로 나열되는 가에 따라 단어와 문장이 달라지듯이 염기서열이 어떻게 배열되는가에 따라 그것이 지시하는 단백질과 유전정보가 달라지는 것입니다. 최근 인간 게놈 전체의 염기서열을 판독하는 인간게놈프로젝트가 완성되어 유전자를 이용한 난치성 질환의 진단과 치료에 획기적인 발전이 이루어지고 있으며, 소위 맞춤의학, 예측의학의 시대가 열리고 있습니다.

DNA는 염색체내에 존재하며, 염색체는 세포중심의 핵 내에 보관됩니다. 인간의 전체 유전자의 수는 약 3만개로 추산됩니다. 인체의 염색체는 모두 46개로, 44개(22쌍)의 상염색체(autosomal chromosome)와 XX(여성) 혹은 XY(남성)의 성염색체(sex chromosome) 2개로 구성됩니다. 염색체는 각각 23개씩의 두 세트로 구성되며, 각각의 세트는 아버지와 어머니로부터 물려받습니다. 하나의 유전자도 두 세트로 존재하며, 각각을 allele이라고 합니다.

DNA의 유전정보는 일차 mRNA로 바뀌며, 이를 전사(transcription)이라 합니다. RNA의 유전정보는 리보솜에서 단백질로 해석(translation)됩니다. 3개의 염기가 하나의 아미노산을 지정하며, 이러한 3개 염기의 단위를 코든(codon)이라고 합니다. 전사과정에서 DNA중 단백을 지정하는 부분만 RNA로 되고, 나머지 부분은 잘려나갑니다. 유전자를 구성하는 DNA중에 RNA와 단백으로 바뀌는 핵심 부분을 엑손(exon)이라고 하며, 바뀌지 않는 부분을 인트론(intron)이라고 합니다. 인간의 전체 DNA중에서 엑손부위는 약 1%에 지나지 않습니다. 각각의 유전자는 수백에서 수십만개의 염기와 수개-수십개의 엑손 및 인트론으로 구성됩니다. 세포가 분열될 때 DNA는 똑 같이 복제(replication)되어 자손 세포에 전달됩니다.

한 인간에서 모든 세포의 DNA는 모두 동일합니다. 그러면 어떻게 각각의 세포가 서로 달라질까요? 어떤 세포의 기능과 현상은 그 세포가 생산하는 단백에 달려 있으며, 이는 곧 어떤 유전자가 발현(ex-pression!!)되는가에 따라 결정됩니다. 즉 개개 세포마다 발현되는 유전자가 다르기 때문에 차이가 생기는 것입니다. 각 유전자의 앞쪽에는 그 유전자의 발현을 조절하는 전사조절부위(promotor)가 존재합니다.

유전자가 주어진 역할과 기능을 적절히 수행할 때, 인체는 정상적으로 발생하고 기능을 발휘하며, 생명을 유지해 갈 수 있습니다. 그러나 유전자의 아주 작은 부분이라도 변화되거나 결실되면서 이상이 생기면 그로 인해 각종 질환과 기형, 심한 경우 사망을 초래할 수 있습니다. 유전학의 발전에 따라 각 유전자의 기능이 무엇이며, 각 유전자가 질병과 어떠한 연관성을 가지고 있는지가 밝혀지고 있으며, 특정 질환과 관련된 유전자 변이도 확인이 가능하게 되었습니다. 상당수의 질환은 유전자의 이상에 의해 발생합니다. 유전자이상 중 가장 많은 형태는 유전자의 염기서열에 변화가 오는 것으로 이를 돌연변이(mutation)라고 합니다. 어떤 유전자의 엑손 부분에 돌연변이가 있을 때 그 유전자가 지시하는 단백질은 구조와 기능이 바뀌고 장애와 결손이 오게 되며, 이러한 돌연변이 단백은 질병을 유발합니다. 그러나 특정 유전자에 돌연변이가 없이도 그 유전자의 발현에 이상이 있으면 질병이 유발될 수 있습니다. 대표적인 예가 유전자 전사의 조절부위의 CpG염기 부위에 methyl기가 붙는 것(promotor methylation)으로 이 경우 그 유전자는 발현이 차단됩니다. 이와 같은 것을 유전자외 변화(epigenetic change) 라고 하며, 암세포에서 종양억제유전자가 차단되는 중요한 기전입니다.

돌연변이에는 생식세포의 돌연변이(germ line mutation)와 체세포 돌연변이 (somatic mutation)의 2 가지가 있습니다. 전자는 부모에서 물려받는 선천성의 돌연변이(inherited mutation)로 그 인체의 모든 세포 내에 다 나타납니다. 후자는 후천적으로 DNA복제과정에서 실수가 일어나서 오거나, 혹은 발암물질로 인해 돌연변이가 유발되는 것입니다. 후자의 경우 특정 계통의 세포에만 돌연변이와 질환이 발생합니다. 이 양자의 구별은 중요합니다. 인체질환 중 상당수는 유전자의 이상에 의해 오는 유전자 질환 입니다. 그러나 그 중 일부만이 선천성 돌연변이에 의한 선천성의 유전자질환(inherited genetic disease)이며, 이 경우에는 그 질환의 부위에 상관없이 그 환자의 말초혈액 림프구나 구강점막세포 등 아무 세포나 가지고 검사해도 진단이 가능합니다.

약 4000 여개의 질환은 모계나 부계로부터 물려받은 단일 유전자의 돌연변이에 의해 발생합니다. 그러나 대부분의 암이나 성인병은 유전자와 환경의 상호작용에 의해 발생하는 복합적 질환(complex disease)이며, 후천적으로 다수의 유전자에 돌연변이가 일어남으로 인해 발생하는 다중 유전자 질환(polygenic disease) 입니다. 전체 암 중 약 5-10%는 예외적으로 선천성의 유전자 돌연변이 때문에 발생합니다.

2. 유전자검사

유전자검사는 특정 질환의 원인이 되는 돌연변이 유전자를 검사 함으로써 질병을 진단하고 예측하는 새로운 형태의 진단법 입니다. 유전자 진단법은 기존의 임상 진단법과는 다른 점이 많습니다. 기존의 진단법은 질병의 증상이나 증후 등 나타난 현상을 보고 진단하는 데 대해, 유전자검사는 질병의 근원이 되는 유전자이상을 파악함으로써 진단합니다. 따라서 질병이 나타나기 전에 미리 진단할 수 있으며, 발병 여부를 예측하는 것도 가능합니다. 그 결과 유전자 질환을 조기에 치료하고 수많은 생명을 구할 수 있게 하며, 심지어 예방이 가능하도록 해 줍니다. 기존의 검사는 환자에게만 해당되는 데 대해, 유전자검사의 결과는 환자 뿐 아니라 그 가족에게도 영향을 미칩니다.

가장 많이 알려진 유전자검사는 신생아선별검사로, 매년 수 십만 명의 신생아들에서 혈액채취를 통해 대사이상을 검사합니다. 또한 다운증후군과 같은 기형의 산전 진단을 위해 유전자검사를 시행하기도 합니다. 그러나 유전자검사는 암을 포함한 후천성 유전자질환의 진단에도 유용하며, 친자감식 등에도 가장 정확한 검사입니다.

유전자검사의 방법으로 과거에는 세포유전학적 방법(cytogenetic study)이 사용되었습니다. 이는 세포에서 염색체의 수적인 변화나 구조적 이상을 보는 것으로 대표적인 예는 만성골수성 백혈병에서 나타나는 특징적 염색체 이상인 필라델피아 염색체를 특수 염색으로 파악하는 것입니다. 다만 이러한 염색체 검사는 대량의 DNA변화가 있어야 파악이 가능하므로 대부분의 암에서는 적용하기 어렵고, 특별한 경우를 제외하고는 잘 사용되지 않습니다.

오늘날에는 분자생물학적 유전자검사가 주로 사용됩니다. 이는 혈액이나 체액, 조직, 세포 등에서 분리한 DNA 및 RNA를 가지고 어떤 질환과 관련된 특정유전자를 검사하는 방법입니다. 유전자의 단일 염기의 돌연변이도 알 수 있으며, 혈액이나 침 한 방울 등 극소량의 검체로도 검사가 가능합니다. 대소변, 죽은 세포, 심지어 주라기공원이란 영화에서 보듯 수 억년 된 화석에서도 검사가 가능합니다. 물론 파라핀에 포매되어 수년이상 보관된 조직에서도 DNA와 RNA의 분석이 가능합니다.

여기에서 분자생물학적 유전자검사에 사용되는 몇 가지 대표적 방법을 안내 합니다.

먼저 PCR (Polymerase Chain Reaction)로, 이는 검체 내에 존재하는 특정 DNA조각을 선택적으로 증폭시키는 것입니다. 예컨대 폐암 환자의 객담에는 암세포에서 떨어져 나온 돌연변이 p53유전자가 존재합니다. 그러나 그 농도가 너무 낮아서 그 자체로는 확인이 불가능합니다. 이런 경우 검체 내에 존재하는 p53유전자만을 수천만 배로 증폭하여 검사하며, 이러한 유전자 증폭의 기술이 곧 PCR입니다. PCR중에는 RT-PCR이란 것이 있습니다. 이것은 DNA가 아니라 RNA로부터 시작하여 이를 역전사(reverse transcription, RT)시켜서 DNA(cDNA; 전체 exon)로 다시 바꾼 후 이를 증폭시키는 것을 가리킵니다. 미량의 검체에서 특정 유전자의 발현을 조사하는 데 이용됩니다. PCR중에는 methylation specific PCR(MSP)란 것도 있습니다 이것은 promotor methylation의 유무를 1차 검사하는 데 사용되는 특수 PCR입니다.

다음은 블라팅(blotting) 혹은 보합반응(hybridization)입니다. 이는 DNA의 A와 T 염기, C와 G 염기가 각각 서로 짝을 이루어 결합하는 성질을 이용한 것으로, 표적 유전자에 상응하는 탐식자(probe)를 가지고 검체 DNA와 반응시켜서 확인하는 방법입니다. 예컨대 표적유전자의 염기서열이 ACGT인 경우 이에 상응하는 TGCA의 탐식자를 준비하고, 여기에 방사선동위원소나 형광 등의 표지물질을 붙여서 반응시킵니다. 이후 방사선이나 형광이 나타나는 것을 조사하면 검체 내에 특정 유전자가 존재하는지 여부와 그 양을 확인할 수 있습니다.

자동염기서열분석법(automated sequencing)이 있습니다. 이는 검체 DNA의 염기서열을 해독하므로서 특정 유전자의 변이(variation) 여부를 검사하는 것입니다. 여기에서 변이는 앞에서 말한 병적인 돌연변이 일 수도 있고, 때로는 단순한 개인별 차이(polymorphism) 일수도 있습니다. 우리 인간은 각 개인별로 그 DNA의 염기서열에 차이가 있으며, 수백개의 염기마다 하나의 확률로(주로 인트론부위에) 차이가 나타납니다. 이를 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism, SNP) 이라고 합니다. 돌연변이는 질병 발생의 직접적인 원인이 되며, 질병진단에 도움이 됩니다. 이에 대해 SNP는 한의학에서 말하는 '체질' 같은 것으로 질병 발생 가능성이나 약물에 대한 반응 등에 있어서의 개인별 차이를 설명하는 데 도움이 됩니다. 자동염기서열분석법은 그러나 시간과 비용이 많이 소요되며, 한번에 소수의 검체만 판독이 가능하다는 단점이 있습니다.

최근에는 DNA칩이 각광을 받고 있으며, 이것이 기존의 검사인 블라팅이나 염기서열분석법을 대치해 나가는 추세입니다. 반도체 칩이 컴퓨터의 정보를 읽는 칩이라면, DNA 칩은 유전정보를 읽는 고밀도의 바이오칩 입니다. DNA칩은 고속의 로보트 기술과 컴퓨터를 이용하여 다수의 유전자 조각을 유리(glass) 위에 붙인 것입니다. DNA 칩에 형광을 붙인 검체 DNA를 가한 후 블라팅이나 염기서열반응이 일어나게 한 후 특수 형광분석기(스캐너, scanner)로 판독합니다. 이로서 한꺼번에 다수의 유전자의 변화를 검사할 수 있습니다. 특히 다수의 유전자를 정확하고 신속하게 검사해야 하는 암에 대해 적합한 진단도구로 기대되고 있습니다.

3. 암의 특징과 문제점

암은 오늘날 모든 인류에 있어서 마지막으로 남아있는 난치병으로 사망과 수명 단축, 삶의 질 저하의 주된 원인이며, 엄청난 사회 경제적 손실을 주고 있습니다. 모든 인간 중 40%는 암에 걸리며, 20%는 암으로 인해 사망합니다. 암에 걸릴 때 평균 15년 정도 수명이 감소되며, 암으로 인한 경제적 손실은 우리나라만 해도 매년 수십 조원이나 됩니다. 암의 발병율은 당뇨나 심장병 등 어느 성인병보다도 더 높습니다. 성인에서 가장 발병율이 가장 높은 암들을 보면 남성의 경우 위암 및 식도암, 폐암, 간암, 대장 직장 암, 전립선암, 방광암, 임파종, 피부암, 구강인두암, 백혈병, 갑상선암, 췌장 및 담도암의 순이며, 여성의 경우 위암 및 식도암, 유방암, 폐암, 자궁암, 대장 직장 암, 백혈병, 난소암, 임파종, 피부암, 방광암, 갑상선암, 췌장 및 담도암의 순입니다.

의학이 발달한 오늘날에도 인체 암, 특히 대다수를 차지하는 고형암의 경우 5년 생존율은 50%미만입니다. 전체 암 환자의 약 3분의 2는 진행된 단계에서 발견되며, 이들 대부분은 진단 후 2년 이내에 사망합니다. 이와 같이 불량한 암의 치료성적은 치료법의 문제 때문만은 아니며, 암 진단시스템에도 문제가 있습니다. 실제 암을 조기에 진단할 수 있는 방법의 미비, 그리고 심지어 진행된 암도 정확히 진단하고 치료 후 추적 조사하는 것이 용이하지 않다는 현실에 그 중요한 원인이 있습니다.

현재 임상에서 암의 진단은 문진과 신체검사, 임상병리검사를 거쳐 일단 의심이 되면 방사선검사나 내시경검사로 진행되며, 조직검사로 확인됩니다. 그러나 현존 임상검사법으로는 암의 세포수가 10억 개, 암의 직경이 1cm 이상일 때만 진단이 가능합니다. 이런 경우 이미 암세포는 전이능력을 갖고 있으며, 실제 절반이상에서 암이 이미 전이되어 있습니다. 암이 직간접으로 생산하는 물질을 혈액 내에서 찾는 종양 표식자가 암 선별검사에 이용됩니다. 그러나 이는 정확도에 한계가 있어서, 암이 있을 때도 절반은 정상으로 나타나며, 암이 없을 때도 흔히 양성으로 나타나서 혼란을 야기합니다. 암에 관한 한 왕도는 암이 확산되기 전에, 가급적 초기 암 상태에서 조기 진단하여 완전 절제하는 것입니다. 항암제도 암의 용적이 적을 때에 뚜렷한 효과가 나타납니다.

그러면 암은 도대체 왜 이렇게 진단과 치료가 모두 어려울까요? 이는 암이 정상 세포와 다른 점이 많기 때문입니다. 암은 제 멋대로 과잉으로 계속 자라며, 사망에서 해방되어 계속 생존하고, 주위조직을 침범하고 원위 장기로 확산(전이)되어서 인간을 사망케 합니다. 면역기전의 공격이나 항암 치료에도 생존하고, 끊임없이 진화하며, 생존에 가장 유리한 세포군(크론)이 선택적으로 증식합니다. 암세포는 다수의 유전자의 변이에 의해 발생하는, 고도의 생존능력을 가진 생존체 입니다. 하나의 세포가 암세포로 바뀌고, 임상에서 보는 악성의 암 덩어리로 발전해 나가기 위해서는 다수의 유전자에 돌연변이가 일어나야 합니다. 암을 근원적으로 진단하고 치료하기 위해서는 유전자수준에서 접근할 필요가 있습니다. 이것이 곧 유전자진단 입니다.

4. 암의 유전자 검사

유전자 진단에 가장 적합한 질환이 암입니다. 암은 유전자 변이로 인해 발생하므로, 이를 근원적으로 진단하는 데에는 유전자검사가 가장 적합합니다. 유전자진단은 장점이 많습니다. 쉽게 파괴되는 단백이 아니라 안정적인 DNA로 분석하므로 검사가 용이합니다. PCR로 증폭하므로 최소의 검체로도 진단이 가능하며, 다수 유전자의 동시 검사가 가능합니다. 암의 크기가 작아서 육안적으로 발견되지 않을 때에도 환자의 혈액과 대변 등에는 암의 DNA가 존재하며, 유전자검사로 이를 찾아낼 수 있습니다. 따라서 기존의 검사보다 진단의 민감도(sensitivity)와 특이도(specificity), 정확도가 더 높습니다. 암의 조기 진단이 가능하고, 가족의 암발병 예측도 가능합니다.

유전자진단은 특수 장비와 지식, 경험이 필요로 합니다만, 이를 임상에 응용하고 사용하시는 데에는 커다란 지식이 필요치 않습니다. 아울러 적정 비용으로 검사가 가능합니다.

많은 사람들이 유전자검사를 이용한 암 조기진단에 관심을 갖고 있습니다. 구미의 보고에 의하면 일반대중에서의 앙케이트 조사시 암을 진단 내지 예측할 수 있는 유전자검사가 있고, 이로서 조기 치료와 생존연장이 가능하다면 거의 대부분의 사람이 그 검사를 받기를 원하였으며, 비용은 큰 문제가 아니라고 하였습니다.

현재 구미에서는 암의 진단에 유전자검사가 적극적으로 시도되고 있습니다. 다음에 그 예를 소개해드리겠습니다.

하나는 혈액에서 백혈병의 유전자 지표인 ABL:BCR 융합 유전자의 유무를 PCR 및 블라팅으로 찾는 방법입니다. 이는 정확도가 95%이상이며, 단순 용이한 검사로 만성 골수성 백혈병의 진단과 치료 후 결과 평가, 추적조사 등에 실제 사용되고 있습니다. 국내 병원에서도 1회 비용 약 20만원(비급여)으로 검사가 수행되고 있습니다. 혈구세포 중에 함께 존재하는 암세포를, 그 암세포가 발현하는 유전자의 존재를 RT-PCR 및 블라팅으로 파악하는 것도 있습니다. .전립선암과 일부 피부암 등에서 적용이 가능합니다.

혈청 내 DNA를 가지고 하는 유전자검사가 있습니다. 이는 암세포에서 분리되어 혈액으로 나와서 혈청 내에 존재하는 암 관련 유전자를 찾는 방법입니다. 실제 암 환자에서는 혈청 내 DNA농도가 정상인의 5-10배로 증가되며, 이렇게 증가된 DNA는 대부분이 죽은 암세포에서 유리되는 것으로 밝혀지고 있습니다. 이들 암 DNA를 가지고 K-Ras유전자와 p53유전자의 돌연변이나 종양억제유전자의 기능상실 등, 암에 특이한 유전자이상을 분석하면 암을 진단할 수 있습니다. 실제 혈청에서 돌연변이 형의 K-Ras유전자나 p53유전자, p16유전자의 기능상실 등을 검사하여 폐암과 두경부암, 유방암, 대장암, 간암 등을 진단하는 일이 구미에서는 활발하게 시도되고 있습니다.

물론 혈액 외의 검체에서도 암의 DNA를 검사할 수 있습니다. 폐암환자에서 객담 내 존재하는 암세포 및 암 유전자의 존재를 유전자검사나 항체검사로 찾는 방법이 시도되고 있습니다. 대장 및 직장암에서 대변 내에 존재하는 암 유전자를 찾는 방법도 시도되고 있습니다. 이상의 검사들은 현재 구미에서 임상시험 중이며, 미래에 개선을 거쳐 시판이 허용될 것으로 기대되고 있습니다. 다만 다수의 유전자를 함께 검사하는 상용화 방법은 아직까지 수립되어 있지 않습니다.

최근에는 DNA칩이 시도됩니다. BRCA1의 돌연변이를 검사하여 유방암의 발생가능성을 예측하는 칩과 p53의 돌연변이를 검사하여 암을 분류하는 칩도 이미 나와 있습니다. 다만 이들 칩은 모두 비용이 고가(약 2000불)이며, 단일 유전자만 검사하므로 암 진단에 직접적으로 도움이 되기는 힘듭니다.

즉 세계적으로 인체 암을 정확하고 간편하게, 그리고 다수의 검체에서 신속하고, 저렴한 비용으로 진단할 수 있는 상용화 방법을 개발하기 위해 노력 중 입니다. 그러나 현재로서 본사의 유전자진단 시스템을 능가하는 방법은 보고된 바 없습니다.

5. 암의 발생과 진행에 중요한 유전자

그러면 암 진단을 위해 어떤 유전자를 검사해야 할까요? 최근 암의 발생에 중요한 역할을 하는 유전자가 다수 밝혀지고 있습니다. 이는 크게 암 유전자와 종양억제유전자, DNA복구유전자, 기타 유전자의 4종류로 나뉩니다.

표 1에 암의 발생과 진행에 핵심적 역할을 하며, 암 진단에 도움이 되고, 당사의 암 유전자 검사 시 포함되는 유전자의 종류를 정리하였습니다(개개 유전자 별 정보는 3부의 자료를 참조하십시오).

종류별로 볼 때 암 유전자(oncogene)와 종양억제유전자(tumor suppressor gene)가 가장 중요합니다. 암 유전자는 세포의 증식을 촉진하거나 사망을 억제하는 기능을 하므로 세포가 죽지않고 계속 자라게 하며, 그 결과 정상세포를 암세포로 바뀌게 합니다. 암 유전자는 원래 세포 내에 존재하던 정상 유전자(원암 유전자, protooncogene)가 돌연변이나 염색체변화, 혹은 유전자 증폭에 의해 변화된 것입니다. 대표적인 예로 소화관암의 RAS암유전자, 백혈병의 BCR/ABL암유전자와 갑상선암의 RET암유전자 등이 있습니다. 혹은 바이러스가 인체 세포내 침투하여 내놓는 바이러스 암유전자가 암을 유발하기도 합니다. 예컨대 B형간염바이러스의 HBX유전자와 HPV바이러스의 E6 및 E7 암유전자는 각각 p53 종양억제유전자와 결합, 이를 무력화 시키므로 각각 간암과 자궁경부암을 유발합니다.

종양억제유전자는 다른 말로 항암 유전자라고도 하며, 암 유전자와 정반대의 기능, 즉 암의 발생과 진행을 억제하는 기능을 합니다. 종양억제유전자는 대개 증식을 억제하거나 사망을 유도하며, 세포가 퍼져나가지 못하도록 하는 역할을 합니다. 종양억제유전자가 돌연변이, 소실, 염색체 변화 등으로 인해 기능을 상실할 때 암이 발생하게 됩니다. 대표적인 예로 p53과 p16, Rb, APC 등이 있습니다. 인체 암의 약 절반은 p53 유전자의 고장을 보이며, 약 3분의 1에서는 p16 및 Rb의 기능소실이 나타납니다. E-cadherin(E-CAD)은 세포를 서로 붙여주며 이동하는 것을 막는 종양억제 유전자로 이것이 고장나면 암이 잘 발생하며 쉽게 전이됩니다. 선천성으로 APC가 고장 날 때 선천성 대장암, BRCA에 선천성 돌연변이가 있을 때에 선천성 유방암, 선천성으로 E-CAD에 돌연변이가 있으면 선천성 위암이 각각 발생합니다.

DNA 복구(repair) 유전자도 중요합니다. 이는 DNA에 손상이 있을 때 이것이 돌연변이를 유발하여 암 등 중한 질병을 일으키지 않도록 손상을 교정해 주는 역할을 합니다. 이들 유전자에 이상이 있을 경우 그 자체가 암을 유발하는 것은 아니나 다른 중요 유전자(암유전자, 종양억제유전자)에 돌연변이가 일어나기 쉽게 함으로서 간접적으로 암 발생을 촉진합니다. 대표적인 예로 MLH1 등이 있으며, 이들 유전자에 고장이 있을 때 대장암과 위암, 자궁암의 발생위험이 큽니다.

암의 증식과 생존, 대사에 중요한 역할을 하는 유전자도 많습니다. 대표적인 예로 XQ, 성호르몬수용체, GST 등이 있습니다. 유방암, 난소암, 자궁암에서 성호르몬수용체의 변이가 흔하며, 전립선암에서는 GST가 흔히 고장이 나 있습니다. XQ는 대부분의 폐암과 전체 인체 암 중 약 70%에서 변이가 나타나는, 본 사의 연구진이 최초로 발견한 유전자군 입니다. 암의 항암화학제에 대한 감수성을 결정하는 유전자도 있습니다. 예컨대 beta-tubulin 유전자의 돌연변이가 있거나 mdr이나 ERCC1유전자가 과잉으로 발현되는 암은 항암화학요법에 저항합니다.

모든 암은 위에 열거한 4가지 종류의 유전자들에 이상을 보이게 마련입니다. 다만 암의 조직형 별로, 그리고 같은 종류의 암도 환자에 따라 변이 양상에 차이가 있을 뿐입니다. 바꿔 말하면 이들 유전자에 이상이 없이 나타나는 암은 없으며, 따라서 이들 유전자를 모두 검사하면 모든 암의 진단이 가능합니다. 이것이 본사의 암 유전자진단 시스템의 가장 중요한 이론적 근거입니다.

6. 당사가 검사하는 각 암별 중요 유전자

암별로 이상이 나타나는 유전자에는 차이가 있습니다. 당사에서는 표적 암별로 이에 특유하거나 이상 빈도가 높게 나타나는 유전자를 검사합니다. 또한 표적 암별로 검체도 다소 달라집니다. 이에 대해서는 2부와 3부를 참조하시길 바랍니다.

일례로 대장직장암을 보겠습니다. 대장암은 정상 세포에서 시작하여 용종, 선종을 거쳐 암세포로 되며, 이는 다시 더 악성의 암으로 진행하여 전이하며 사망을 유발합니다. 이러한 단계적 변화에는 암유전자(RAS)와 종양억제유전자(p53, APC, DCC, XH), DNA복구 유전자(MLH1, MSH2), 대사관련 유전자(XQ), 전이관련 유전자(E-CAD) 등이 관여합니다(도 2). 이들 유전자의 이상 여부를 함께 검사하면 거의 100%의 확률로 대장암의 진단이 가능합니다. 또한 전암 단계(선종)에서 조기 진단이 가능하며, 암의 단계와 병기, 그리고 전이 가능성, 예후 등도 예측할 수 있게 됩니다. 저희 들은 상기한 유전자에 덧붙여서 위암, 식도암, 췌장암, 담관암 등의 소화관 암에서 이상이 나타나는 유전자를 총망라하여 검사합니다. 검체로는 혈액 및 대변을 기본으로 하고 상황에 따라 위액, 장세척액, 장쥬스 등을 검사하며, 이로서 전체 소화관암을 진단해 내고 있습니다.

7. 당사의 유전자 검사 방법

그러면 당사는 어떤 유전자 검사법을 사용하여 실제 대부분의 암을 진단해 낼까요? 기본 원칙은 다음과 같습니다.

첫째, 체액내 포함된 미량의 암의 DNA를 찾아내므로서 암을 진단합니다. 암의 용적이 작을 때 현재의 임상적 진단법으로는 파악하기 어렵습니다. 실제로 직경 1cm 미만의 작은 종양은 현존하는 최선의 방사선검사인 CT나 MRI로도 식별하기 어렵습니다. 전체 암 중 내시경으로 진단이 가능한 것은 접근이 가능한 일부 암에 불과하고, 체내 심부의 종양은 내시경으로 진단하는 것이 대부분 불가능합니다. 상당수의 암종은 종양표식자 검사에서 음성으로 나오며, 세포검사와 심지어 조직생검의 병리검사로도 암을 놓치는 경우가 드물지 않습니다. 그러나 크기가 작거나 위치가 깊어서 암종이 육안적으로 보이지 않을 때, 그리고 병리검사에서 정상으로 나타날 때에도, 체액(혈액, 객담, 대변, 소변)을 포함하여 각종 검체(내시경 세척액, 천자 및 생검 검체)내에는 미세 암세포와 암세포에서 떨어져 나온 DNA가 존재합니다. 유전자검사로 이를 찾아낼 수 있습니다.

둘째, 표적 암에서 흔히 나타나는 대표적인 유전자 변이들을 모두 검사합니다. 암의 유전자 변이는 2가지 특징을 보입니다. 하나는 다수의 유전자변이로, 이는 암의 발생과 진행에 다수의 유전자 변이가 작용한다는 것입니다(multistep carcinogenesis). 다른 하나는 다양성(clonal heterogeneity)으로, 암의 유전자변이 양상이 아주 다양하다는 것입니다. 같은 종류의 암도 환자에 따라 변이가 나타나는 유전자가 틀리며, 동일한 유전자라 할지라도 변이 부위와 형태가 다르게 나타납니다. 따라서 암을 정확하게 진단하기 위해서는 다수의 유전자를, 철저하게 검사하는 것이 필요합니다. 이전의 유전자검사는 소수만 검사하였고, 따라서 그 정확도에 한계가 있었던 것이 사실입니다. 당사에서는 멀티플렉스 유전자검사 시스템(multiplex genetic testing system)을 사용합니다. 이는 멀티플렉스형 영화관의 경우 내부에 다수의 상영실이 있고 각 상영실에서 다른 영화가 상영되어 소비자의 다양한 요구를 충족시키듯이, 암의 진단에 도움이 되는 다수의 유전자를 모두 한꺼번에 검사 함으로써 진단 정확도를 극대화 시키는 것을 가리킵니다. 이렇게 얻어진 다양한 유전자정보를 통해 개개 암의 상태와 병기, 예후도 예측이 가능하게 됩니다.

셋째, 당사는 최신의 유전자검사 장비와 기술, 그리고 최고의 인력을 모두 갖추고 있습니다. 당사는 세계 최고의 올리고 DNA칩과 이를 분석하는 4색 형광스캐너 (GENORAMA), 그리고 자동염기분석기 등의 첨단 자동화장비를 보유하고 있으며, 이들 장비를 이용하여 다수의 유전자에서 나타나는 다양한 변이를 모두 정확하고 신속하게 분석합니다. 박사급 3명과 석사급 7명 등 전체 10명의 연구원이 유전자진단을 위해 전속으로 종사하고 있습니다. 검체 처리에서 DNA와 RNA 분리, PCR, 블라팅, 자동염기분석, 크로닝, DNA 칩 및 스캐너의 각 분야 별로 전문인력이 배정되어 책임지고 분석하는 시스템을 취하고 있습니다. 주기적으로 맹검검사(blind test)로 검사의 정확도를 재검(QC)하고 있습니다. 물론 암환자군 200 여명과 검진대조군 100여명에서의 기초 임상시험을 통해 본 유전자검사시스템의 정확도는 이미 확인한 바 있습니다.

당사의 올리고칩은 기존의 DNA 칩과는 전혀 다른 최첨단의 칩입니다. 기존의 DNA 칩은 대부분이 cDNA 칩으로, 유전자의 발현을 조사하는 데에나 적합하고 연구용 칩이어서 실제 임상진단에는 큰 도움이 되지 못했던 것이 사실입니다. 또한 소수의 올리고 칩이 나와 있긴 하나, 모두 연구 단계로 유전자변이를 정확하게 진단할 수 있는 수준에는 이르지 못하고 있습니다. 이에 대해 당사의 DNA 칩은 유전자의 돌연변이와 개인별 차이를 정확하고 신속하게 확인할 수 있는 세계 최고 수준의 올리고 칩이며, 질병 진단과 예측에 실제 도움이 되는 임상 진단용 칩입니다. 당사의 각 올리고칩 위에는 암관련 유전자의 각 염기에 맞추어 수천-수만개의 올리고 DNA조각이 붙어 있습니다. 환자의 DNA에서 다수의 암 관련 유전자를 PCR로 얻은 후 이를 올리고 칩위에 올려 놓고 APEX(arrayed primer extension)반응을 일으킵니다. APEX는 서로 다른 4가지 색갈의 형광을 붙인 염기를 붙여서 이를 판독하는 반응으로, 자동염기서열분석의 반응과 흡사합니다. APEX반응 후 유전자의 각 염기의 서열을 4색의 형광분석기로 정확하고 신속하게 판독합니다. 이러한 올리고칩과 스캐너분석 방법은 염기분석장비의 그것과 비교할 때 정확도는 동일하면서(99%), 다수의 유전자를 동시에 신속하게 분석할 수 있다는 장점이 있습니다. 당사의 올리고칩은 당사의 특허품이며, 스캐너장비는 아시아지역에서는 당사만이 독점 판매하고 있습니다.

당사의 유전자 진단과정을 폐암을 예로 들어 다음에 소개합니다.

먼저 환자로부터 검체를 채취합니다. 검체로는 말초정맥 혈액(10-20 ml) 및 객담이 주로 사용됩니다. 내시경에서 얻은 기관지 세척액이나 생검 세포 및 조직을 사용할 수도 있으며, 이는 더 정확한 대신 침해적이라는 단점이 있습니다. 다음 검체에서 DNA와 RNA를 분리하며, RNA는 역전사(RT)를 이용, cDNA로 바꿉니다. DNA로부터 암관련 유전자들의 조각을 PCR로 증폭해 냅니다. 이 때 한번에 여러 개의 유전자를 증폭하는 멀티플렉스 방법의 PCR을 사용합니다. 유전자 전사부위의 이상(promotor merhylation)은 MSP란 PCR기법으로 1차 검사합니다. 앞에서 PCR로 얻은 유전자조각을 DNA칩 및 보합반응 등으로 분석하여 유전자의 이상 여부를 검사합니다. 여기에 자동염기분석을 추가하여 재확인합니다. 이상의 과정을 거치면 객담이나 혈액 내에 존재하는 폐암 세포나 폐암에서 유리된 돌연변이 유전자를 확인할 수 있습니다. 상기 검사의 정확도는 검체에 따라 80-100%, 평균 90%이상이며, 검체의 문제만 없다면 100% 진단이 가능합니다. 검체를 받은 후부터 결과를 보고할 때 까지에는 평균 2 - 4주의 시간이 소요됩니다. 본 검사는 당사의 오 명렬 박사(분자유전학)와 문 우철 교수(중앙의대)가 1차적으로 책임을 지고 있으며, 미 Johns Hopkins대의 문 철소 교수(유전학박사 및 종양내과전문의) 등의 여러 전문 교수들이 자문을 맡고 있습니다.

2008-06-09 10:02 | 출처 : 본인작성 , [카페] 사랑의 십자가

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(말씀을따라서님)

정말 정말 감사합니다. 많은 도움이 되었어요.

크라운생활과학 | 답변 3 | 채택률 0%

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1. 유전자의 구조 연구 : Human genome project 게놈이란 유전자(gene)와 염색체(chromosome)의 합성어인 genome을 독일식으로 발음한 것으로 ‘각종 생물이 생명 활동을 영위하는 데 있어 꼭 필요한 모든 유전자를 가진 1세트의 염색체’입니다. 인간을 비롯한 고등 동식물의 체세포는 2세트의 염색체를 갖고 있기 때문에 두 개의 게놈을 갖고 있습니다. 인간게놈 하나는 약 30억이나 되는 엄청난 수의 염기쌍으로 이루어져 있습니다. 하나의 세포, 그러니까 두 개의 게놈에 있는 약 60억 개에 달하는 염기쌍의 총연장 거리는 2미터에 달하는데, 이 DNA가 인간의 몸을 이루고 있는 약 100조 개의 세포 모두에 각각 들어 있습니다. 인간의 경우에는 이 DNA속에 약 3만여 개의 유전자가 있습니다. 또한 하나의 유전자는 수천 개의 염기쌍으로 이루어져 있으며, 모든 염기쌍 중에서 불과 몇 퍼센트만이 유전자로서 작용을 하고 있습니다. 약 30억에 달하는 염기쌍의 구조와 3만여 개나 되는 모든 유전자를 해독하여, 생명 현상의 전모를 밝히려는 것이 게놈 프로젝트입이다. 연구방법 전체 DNA를 우리가 연구하기 좋은 길이로 적당히 모두 자른 다음, 염색체 지도를 완성하여 우리가 만든 적당한 길이의 DNA 절편이 어느 염색체의 어느 부분에 있는지를 확인하고, 해당하는 부분을 하나씩 서열 분석하는 방법입니다. 이 방법은 전체 DNA를 10-12배 이상 준비한 후에 분석을 시작해야 합니다. 왜냐하면 나중에 전체를 연결하기 위해 중복되는 부분을 남겨야 하기 때문입이다. 1.방대한 양으로 배열돼 있는 DNA를 특별한 효소를 이용하여 다루기 쉬운 크기로 잘게 자른다. 각각의 염색체를 자르는 방법과 전체 게놈을 자르는 방법이 있다. 2.잘라진 조각들을 박테이라를 이용해서 수백만개로 복제하여 연구재료를 확보한다. 3.복제된 조각을 아데닌, 티민, 시토신, 구아닌을 인지해 낼 수 있는 화학 용액에 담근다. 문자의 위치가 확인되면 형광 물질로 된 표지를 붙인다. 4.조각들을 얇은 젤 튜브에 삽입한 뒤 전류를 흘리면 크기에 따라 분리됨. 5.조각에 붙어있는 형광물질 표지를 레이저를 이용하여 읽어 내면, DNA 조각의 염기서열을 알 수 있다. 2. 유전자의 기능 탐색 : Bioinfomatics 1) 생명정보학(Bioinfomatics)이란 무엇인가? 바이러스부터 미생물, 식물, 동물 그리고 인간에 이르기까지 수많은 유전체사업이 이미 완료되었거나 계획 추진되고 있다. 이러한 유전체 사업의 결과로 각종 생물체의 유전체 염기서열에 대한 정보가 쏟아져 나오고 있다. 금광에서 금을 캐듯 우리는 방대한 유전체 자료로부터 유용한 정보를 발굴하고 적절하게 가공하여 이용하여야 한다. 이와 같이 컴퓨터를 이용하여 생명체 관련 자료를 체계적으로 정리하고, 분석, 이용하는 방법을 연구하는 분야를 생명정보학(Bioinformatics) 또는 생물정보학이라고 한다. 생명정보학이란 영어로는 bioinformatics, computational biology, 또는 computational molecular biology 등의 용어로 불리는 분야이며, 국내에서는 bioinformatics의 번역인 생물정보학이라는 용어로 어느 정도 확립이 되어가고 있는 상황이며, 전 세계적으로도 이 용어가 현재 가장 널리 쓰이고 있다. 생물정보학은 매우 다양한 분야를 담고 있는 폭넓은 것이며, 한 문장으로 제대로 모든 것을 담고 있는 표현을 만들기가 쉽지가 않으나, 굳이 적자면 "생명현상 연구에 필요한 다양한 전산학/통계학/수학적인 것들"이라는 표현이 그나마 본질에 어느 정도 접근을 하는 것이라 할 수 있다. 예전부터 컴퓨터를 이용하는 생물학이라는 뜻으로 전산생물학 (computational biology)이라는 용어가 사용되어 왔지만, 이 용어는 주로 복잡한 계산이 필요한 생명과학 분야에서 제한적으로 사용되어 왔다. 예를 들면 단백질의 구조를 컴퓨터로 연구하는 전산구조생물학 (computational structural biology) 분야가 이에 포함된다. 그러나 최근 들어 분자유전학, 분자생물학, 유전공학의 급격한 발전과 유전체 사업의 결과로 방대한 생명정보가 축적되자 컴퓨터를 이용하여 체계적인 데이터베이스를 구축하고 이를 효율적으로 분석, 이용하려는 노력이 증대되어 왔다. 그리고 정보화 시대를 맞이하여 정보학이라는 용어가 각광을 받게 되자 최근에 생명정보학이라는 용어가 새로 등장한 것이다. 2) 생명정보학의 연구 분야 생명정보학은 생물학 데이터 -서열정보- 만으로 기존에 알려지지 않은 새로운 현상을 찾는데 그 목적이 있다. 그러나 서열 데이터 자체만으로 가치 있는 특정의 정보를 유추하기란 쉬운 일이 아니기 때문에 다양한 방법으로 서열분석에 접근하고 있는데 그 대표적인 방법으로 서열정렬(sequence alignment)을 들 수 있다. 이것은 단백질서열이나 핵산서열 사이의 상관관계를 나타내는 것으로 생물정보학의 가장 기본이 되는 연구방법 중의 하나이다. 서열정렬은 관심 대상인 서열과 상동성(homology)이 높은 서열들을 알아내어 그 기능을 유추하거나, 관련 있는 서열간의 정량적인 상관관계(진화적인 연관성과 같은)나 관련 기능 부위 들을 예측하기 위한 목적으로 이용된다. EH한 특정 집단에 적용할 유전자탐침(DNA probe) 도는 PCR 프라이머의 제작 등에도 서열정렬이 필요하며, 유전자의 전체염기서열을 얻기 위한 콘티 구성작업에도 서열의 정렬이 필요하다. 하지만 이 서열정렬에서 일반적으로 고려해야할 것으로Scoring Matrix와 Gap penalties라는 두 가지가 있는데 먼저 Scoring Matrix에 대해 설명하자면 측정행렬(Scoring Matrix)은 두 서열을 비교할 때 각각의 아미노산이나 염기의 일치 혹은 치환될 확률을 각각 계산해 주는 행렬이다. 실제 서열의 비교에 측정행렬을 이용하므로 이 측정 행렬은 모든 서열 분석의 기본이 된다. DNA염기의 경우 A, T, G, C의 4가지 확률을 이용한 비교적 간단한 행렬로 simility를 이용한 Identify matrix와 Blast matrix등이 있으며, 단백질의 경우 20개의 확률로 20*20 행렬로 표현한 다양한 측정행렬들이 존재하게 된다. 다음으로 Gap penalties란 서열정렬 등과 같은 방법을 통해 그 기능이 밝혀지지 않은 서열 부위의 기능을 유추해 낼 수 있으며 이는 일종의 데이터마이닝이라 할 수 있다. 즉 단지 서열 문자정보 자체만을 알고 있을 때 등재된 데이터베이스 들을 이용해 서열 정렬을 실행하고, 이를 통해 비슷하거나 혹은 연관성 있는 특성을 찾아내어 클러스터링을 한 다음 네트워크 상호작용 분석을 통해 그 기능을 유추해 낼 수 있다. 인간 유전자의 경우 약 30,000~40,000 개 정도의 유전자가 존재 할 것으로 예상되고 있지만 현재까지 밝혀진 것은 약 8,000개 정도이다. 그러나 단백질의 경우는 조금 다르다. 단백질을 1차원적인 서열 분석만으로는 그 기능을 명확히 해석하는데 한계가 있기 때문에 2차구조, 3차구조, 3D 구조 분석을 통해야만 어느 정도 예측할 수 있다. 단백질 아미노산 서열은 서열 유사성이 높더라도 구조적으로 차이가 충분히 날 수 있어서 전혀 다른 단백질로 분류되거나 그 반대로 서열 유사성이 낮더라도 구조적으로 비슷하여 유사한 기능성을 갖는 단백질로 분류되는 경우가 종종 있다. 이는 단백질의 기능이 특정 모티프(motif)의 구조 및 특성에 따라 결정되기 때문이다. 단백질이 작용은 주로 효소작용으로 설명되며 가장 대표적인 모델로서 “Key and Rock” 구조로 이해할 수 있다. 이는 단백질의 구조-특정부위-에 의해 그 기능성이 결정되고 있음을 명확히 보여준다. 따라서 단백체 연구(proteomics)에 있어서 구조 분석은 매우 중요한 분야이다. 실험실에서 단백질의 3D 구조를 밝혀내는 가장 대표적인 방법은 X-ray crystallography, NMR 등이 있으며, 이들을 통해 단백질 분자의 3차원 구조를 알아내어 기능을 예측한다. 한 생물체가 지닌 모든 유전정보를 완전히 밝혀, 그 특성을 분석, 규명하고자 하는 전 세계적인 연구사업이 현재 진행 중에 있는데, 이름은 genome project (유전체 사업)이라고 한다. Genome이라는 용어는 H. Winker (1920) 가 만수성의 염색체 1조를 나타내기 위하여 처음 사용하였는데, 일반적으로 배우자에 들어있는 염색체 또는 유전자 전체를 뜻한다. Genome 은 gene + some 의 합성어로, Gene은 유전자이고 some은 형체를 뜻하기 때문에 유전체라고 번역되며, 그냥 게놈이라고 하기도 한다. 인간지놈프로젝트 또는 휴먼게놈프로젝트라고도 한다. 1990년 미국을 중심으로 프랑스, 영국, 일본 등 15개국이 함께 시작한 사업으로 어떤 염기서열에 어떤 유전정보를 가진 염기서열이 존재하는지를 밝혀내 일종의 유전자 지도로 만들어 공개함으로써 인류의 공동재산으로 삼으려는 것이다. 1953년 DNA의 이중나선구조를 밝힌 공로로 1962년 노벨 생리·의학상을 공동 수상한 J.D.웟슨이 연구를 맡았으며 30억 달러의 예산으로 인간게놈위원회(The Human Genome Organization/HUGO)가 만들어졌다. 게놈이란 한 개체가 지닌 유전자 세트를 말하며 이는 생명 현상의 유지 및 모든 형질의 발현에 필요한 하나의 단위이다. 인간의 게놈은 22쌍의 상염색체와 1쌍의 성염색체, 즉 23쌍의 서로 다른 염색체로 이루어진다. 인간세포 속의 세포핵에는 2중 나선형으로 꼬여 있는 23쌍, 46개의 염색체에 모든 유전정보가 담겨 있다. 유전정보를 담고 있는 물질은 DNA(디옥시리보핵산)이고, DNA는 A(아데닌) ·G(구아닌) ·C(시토신) ·T(티민) 등 4가지 염기의 다양한 조합으로 이루어져 있다. 이 염기들은 게놈 상에서 수백만, 수억 만 번이나 반복되어 있는데, 이들 염기의 결합 순서를 파악하게 되면 각 생물들이 가지고 있는 고유한 염기배열을 알 수 있다. 목표는 ① 인간 유전자 8만개의 유전자 동정을 파악하고, ② 인간의 DNA를 이루고 있는 30억 개의 화학적 염기배열을 결정하고, ③ 데이터 베이스 정보를 기록하고, ④ 데이터 분석의 기술상의 문제를 개발·보완하며, ⑤ 프로젝트에 관한 도덕적·법률적·사회적인 쟁점에 대한 설명을 하는 것이다. 이 계획이 성공할 경우 새로운 유전자 검사방법 및 질병 치료법, 예방약제, 유전적 치료법의 개발이 가능해진다. 연구방향은 다음과 같다. ① 기능 유전체학 : 각 유전자가 갖는 기능의 차이를 알아내고 그것을 인간생활에 이용하는 것이다. 이를 통해서 인간의 질병을 유발하는 유전자가 어떤 유전자인지 알아낼 수 있다. 또한, 유전자의 구조와 기능을 밝혀 인간의 장기를 만들어 낼 수도 있을 것이다. ② 비교 유전체학 : 각 유전자의 차이를 조사하는 학문으로 사람간의 유전자 차이를 조사하는 단일염기변이는 유전병을 발견하는 중요한 시발점이 된다. 이를 통해 환자 각자에게 가장 잘 맞는 약을 투약할 수 있고, 치료에도 도움이 될 수 있을 뿐 아니라, 의료비 절감, 부작용 방지 등 많은 이점들이 있을 것이다. DNA 분석에는 많은 사람들로부터 얻은 소량의 혈액이나 조직 샘플이 이용된다. 인간은 유전적으로 99.9%가 동일하지만 나머지 0.1%의 차이 때문에 질병, 독극물, 병원체, 의약품 등에 대해 서로 다른 반응을 일으키게 된다. 1990년 10월 1일에 시작된 연구는 2005년까지 15년 동안 5년 단위로 3차에 걸쳐 수행될 계획이다. 먼저 제1차 5개년 동안 전체 유전자지도의 50%를 작성하고 약 1%의 염기서열을 밝히며, 제2차 5개년 동안에는 나머지 50%의 유전자지도를 완성하고 10%의 염기서열을 결정한 후, 제3차 5개년 동안에는 나머지 인간게놈 전체의 염기서열을 밝혀 최종적으로 계획을 완성시킨다는 것이다. 따라서 이 프로젝트가 완성되면 현재로서는 판단하기 힘든 질병의 초기 진단이 가능하고, 같은 질병이라도 그 정도와 유전적인 형태에 따라 치료방법이 달라져 많은 난치병이 정복될 것이다. 또한 질병의 치료과정에서 발생하는 문제점과 치료 실패의 원인을 예측할 수 있어 이에 따른 교정이 가능하게 되며, 특정 질환에 대한 거의 완벽한 이해로 많은 난치성 질병의 완치율을 획기적으로 높일 수 있다. 이미 손상되어 기능의 재생이 불가능한 세포나 조직 또는 장기를 대체할 수도 있고, 노화방지에 따른 질병예방과 수명연장도 가능하게 될 것이다. 그러나 개인의 사생활 침해 문제, 복제인간 문제 등 반윤리적 문제가 대두함에 따라 1997년 11월에 열린 유네스코 29차 총회에서 '인간 게놈과 인권에 관한 보편선언'을 발표함으로써 인간유전자연구가 지녀야 할 윤리를 국제적으로 제정하였다. 3) 생명정보학의 전망 인간을 포함한 각종 유전자 정보의 효용을 간파하고 생물정보학 분야를 기업 내 역량으로 흡수하려는 노력이 가장 앞선 분야는 제약 산업이라고 생각한다. 새로운 의약과 치료법의 개발에 기본이 되는 유전자 정보의 공개가 확산됨에 따라 제약기업의 경쟁우위는 데이터의 개발능력에 의해 결정되게 되었다. 따라서 기업의 입장에서는 지노믹스, 프로티오믹스 등의 기술 확보와 함께 포괄적인 정보 운용 능력이 반드시 필요하다. 생물정보에 대한 정교한 데이터 마이닝 (Data-Mining), 지식 발견, 온라인상의 분석 기술 (OLAP, online analytical processing) 등 제약 관련 분야로부터 나오는 정보를 효과적으로 통합할 수 있는 능력을 갖춘 기업들이 경쟁에서 유리한 위치를 차지할 것이라고 생각한다. 미래에는 생물정보학 및 신기술의 영향으로 신약 개발 프로젝트 포트폴리오 양상이 현재보다 훨씬 많은 양의 프로젝트를 동시에 수행하고 개발 초기에 이미 그 성공가능성을 예측하여 소모적인 투자를 줄이는 형태로 바뀔 것이며, 이에 따라 개발에 소요되는 비용과 시간이 크게 줄어들 것이라고 생각된다. 결국 연구개발 효율의 획기적인 향상에 따라 기업 간의 경쟁 우위는 얼마만큼 신속히 제품을 내놓을 수 있느냐에 따라 결정될 가능성이 높아질 것이라고 생각한다. 3. 유전자의 발현 및 조절에 관한 연구 유전자의 발현 모든 유전자들은 기능하기 위해 발현되어야만 합다. 발현의 첫번째 단계는 상보적인 RNA가닥으로 유전자가 전사되는 것이다. 일부 유전자 - 예를 들어 tRNA 그리고 rRNA분자들을 암호화하고 있는 유전자 - 에서는 전사체 자체가 기능적으로 중요한 분자이다. 다른 유전자들의 경우에, 전사체는 단백질 분자로 번역된다. 유전자가 어떻게 발현되는지를 이해하기 위해서는 RNA 전사체를 연구해야만 한다. 특히 분자생물학자는 그 전사체가 원본 유전자에 충실한 복사본인지, 또는 유전자의 어떤 부분들이 그 전사체로부터 제거되는지를 알고 싶어할 것이다. 이렇게 제거되는 조각들을 intron이라 부르며 그들의 구조와 가능한 기능에 대해 상당한 관심이 집중되고 있다. Intron에 추가적으로, 전사의 시작과 종료에 대한 정확한 위치가 중요하다. 대부분의 전사체들은 유전자 자체 뿐만 아니라 그것의 양쪽 측면으로 확장된 nucleotide region의 복사본이다. 전사과정의 시작과 종료를 결정하는 신호들은 부분적으로만 이해되고 있다. 유전자 발현의 조절 각 세포에서 일어나는 유전자발현의 조절은 여러 단계에서 일어난다. 첫째, 전사조절 단계 - 언제 얼마나 자주 특정 유전자를 전사시킬 것인가. 둘째, RNA 가공단계 - RNA전사체를 어떤 방식으로 가공할 것인가. 셋째, 번역조절 단계 - 리보솜에서 어떤 mRNA를 번역할 것인가. 넷째, 활성조절 단계 - 합성된 단백질을 활성화 또는 비활성화시킬 것인가.

진단목적의 검사

1. 유전질환의 진단

각각의 염색체가 일으킬 수 있는 유전병을 진단

염색체 번호	질병 유전자	염색체 번호	질병 유전자
1	전립선암, 녹내장, 치매	13	유방암, 망막모세포증
2	파킨슨병, 대장암	14	치매
3	폐암	15	마판증후군
4	헌팅던병	16	크론씨병
5	탈모증, 여드름	17	유방암
6	당뇨병, 간질	18	췌장암
7	비만	19	동맥경화증
8	조로증	20	면역결핍증
9	백혈병, 피부암	21	근위축증, 다운증후군, 간질, 치매, 백혈병
10	망막위축증	22	백혈병
11	심장마비	X	색맹, 근이영양증
12	페닐케톤뇨증	Y	불임

2. 질병 진단 유전자 검사

암 진단 검사

1) 목적

- 암을 조기에 진단
- 암이 되기 전 상태부터 미리 발견하여 암으로의 진행을 차단하고 억제

2) 장점

- 극소량의 검체로 검사 가능
- 미량의 암세포가의 존재를 발견함으로서 조기에 진단
- 환자의 가족들에게서 같은 질환이 나타날 가능성을 예측

3) 암 발생 원인

- 물리적 요인 : 방사선, 전리선, 전자파, 자외선 등
- 화학적 요인 : 1,000여종의 발암물질 (특히 담배와 매연)
- 생물학적 요인 : 바이러스나 세균의 감염, 호르몬제재, 환경호르몬
- 그 밖에 스트레스와 충격 등에 의한 면역체계 이상

이러한 암을 근원적으로 진단하고 치료하기 위해서는 유전자수준에서 접근할 필요가 있습니다. 이것이 곧 유전자진단입니다. 암 발병과 진행에 관련되는 유전자는 크게 발암유전자와 종양억제유전자로 분류됩니다. 발암유전자는 암을 촉진하는 유전자이며, 종양억제유전자는 암을 억제하는 유전자입니다. 발암유전자가 강화되고, 종양억제유전자가 고장이 날 때 암이 발병합니다. 이러한 암과 밀접한 상관관계가 있는 유전자의 상태를 조사함으로써 특정 암 발생 가능성의 높고 낮음을 조기 진단 할 수 있습니다. 또한 현재 이미 암화 과정이 인체내에서 시작되었으나 현재 기술의 장비로는 찾아내기 어려운 초기 암을 조기에 발견하고 치료할 수 있어 행복하고 건강한 생활에 큰 도움이 됩니다.

4) 암진단 관련 유전자

① LKB1 :
암을 촉진하거나, 억제하는 희귀질환의 유전자. LKB1는 포이츠예거증후군(Peutz-Jeghers syndrome) 환자에서 이 유전자는 변이되어 있다. 포이츠예거증후군은 희귀 유전성 질환으로 잉크 모양의 점을 입술과 손에 만들고 내장에서 양성 폴립(benign polyps)과 췌장, 장, 위, 유방에서 나중에 악성 종양을 만든다.
② BCA1, BCA2 :
BCA1, BCA2 유전자는 1994년 발견된 것으로 이 유전자의 변이는 유방암과 밀접한 관계가 있다.
③ src, abl, erbB, erbA, fins, sis, mos, H-ras, fos, jun, myc :
RNA 바이러스 중 세포 변형 또는 암 유발에 관여하는 것은 레트로바이러스 뿐이다. RNA 바이러스의 대표적인 RSV의 유전자 구조를 분석해 본 결과 네 개의 유전자 중(gag, pol, env, src) 셋(gag, pol, env)은 바이러스 증식에 꼭 필요하나 네 번째 유전자인 src는 증식에 필수적이지 않다.

5) 검사방법

검체로는 말초 정맥혈 10-15ml이 주로 이용되며, 여기에 필요에 따라 대변이나 객담, 소변, 자궁경부 세포 등이 추가됩니다. 혈액 검체는 원심분리를 통하여 혈장(액체)과 혈구(세포)층으로 분리하며, 혈장에서 DNA와 단백, 그리고 혈구 층에서 RNA를 분리합니다.

혈장 DNA는 PCR을 거쳐 증폭시킨 후 DNA칩 위에 올려 놓고 반응을 합니다. 올리고 DNA칩에는 p53, K-Ras, N-Ras, H-RAS, APC, BRCA1 등의 중요 유전자의 돌연변이와 p16, p15, p73, APC, BRCA1, E-Cad, H-Cad, GSTP1, MGMT, MLH1, MSH2, DAPK, RASSF1A, RUNX3, ppENK, progesterone receptor, estrogen receptor, RAR2, NIS 등의 유전자의 프로모터 메틸화이상을 분석할 수 있도록 DNA조각(올리고뉴클레오타이드 프라이머)이 인쇄되어 있습니다(사진). 반응 후 4색 형광스캐너를 이용하여 암세포에서 떨어져 나온 변이 유전자가 있는 지를 찾게 됩니다. 암이 있을 때는 p53이나 RAS 등 암 특이 변이 유전자가 나오거나, 혹은 다수 유전자의 프로모터 메틸화 이상이 나타나게 됩니다. 혈장의 단백질을 가지고는 면역측정법(ELISA)으로 AFP, CEA, CA19-9, CA15-3 CA-125, PSA, PKA등의 종양표식자를 검사하며, 필요 시 단백질 칩으로 약 67,000개의 단백을 조사하여 암단백질이 나타나는 지를 조사합니다.



혈구 세포층에서는 RNA를 분리한 후 real time RT-PCR로 분석하여 MAGE-A계통 유전자, cytokeratin 계통 유전자, Her-2/Neu유전자, telomerase 유전자, CEA, AFP, CEA, HnRNPB1, NSE, PSA, PSMA 등의 암세포 특유의 표지 유전자가 발현되는 지와 그 양을 분석합니다. 이로서 혈액 내에 미세 암세포가 존재하는 지와 그 수를 파악합니다.

법의학적 검사

		1. 개인식별 검사 (DNA profile) 사람은 저마다 고유의 유전자 지문을 가지고 있습니다. 개인식볅 검사란 개인의 유전자 감식을 통해 고유의 유전자 지문을 미리 검사하여 불의의 사고 시 신원 확인에 이용할 수 있으며 유아의 경우, 미아 발생 시 찾을 수 있는 강력한 식별력을 지닌 개인 DNA프로필 검사입니다. 최근 유전자 검사를 통해 20여년 전 잃어버린 아이의 부모를 찾은 경우가 크게 보도된 바 있는데 이는 개인 유전자 감식의 DB 구축이 얼마나 중요한지를 보여주는 실 예라 하겠습니다. 유아의 경우, 어릴 때 잃어버리면 모습이 바뀌어 실제 찾았다 하더라고 의심이 가는 부분이 없지 않은데, 이를 대비해 미리 DNA 프로필 검사를 받아 유전정보를 알고 있으면 확실하게 신분을 밝힐 수 있습니다. DNA 유전 정보는 아무리 세월이 흘러도 변하지 않는 그 사람의 고유한 유전자이기 때문입니다. 2. 친자검사 사람은 부모로부터 각각 50%의 유전자를 물려받게 됩니다. 이 유전자들은 쌍으로 존재하여 각각의 유전자를 대립유전자라 부릅니다. 이것은 개인의 유전자 지문에도 적용되어 고유의 유전자 지문 또한 부모의 유전자 지문에서 50%씩 물려받게 됩니다. 따라서 부모와 자식 간에 대립유전자들을 비교해 보면 하나의 유전자에서 하나의 대립유전자는 일치하게 되어 있습니다. 이점을 이용하여 친자검사를 수행하게 됩니다. 검사결과 예 1) 친자인 경우 2) 친자가 아닌 경우 3) 친자검사가 필요한 경우 ① 병원에서 출산 후 아기가 바뀌었을 가능성이 있는 경우 ② 고아나 미아가 부모를 찾을 경우 ③ 이산가족의 혈연확인이나 친족을 찾으려 할 경우 ④ 아이의 아버지가 불명확한 경우 ⑤ 가족관계가 불명확하여 상속관계에 분쟁이 발생한 경우 ⑥ 해외 시민권자와의 혈연관계를 증명하여 해외 영주권 또는 시민권 취득신청이 필요한 경우 ⑦ 호적 정정이 필요한 경우 ⑧ 기타 친자 관계 확인이 필요한 경우 3. 부계 및 모계 혈족 검사 사람이 가지고 있는 대부분의 유전자는 부모로부터 반씩 물려받아 완전한 쌍을 이루고 있습니다. 하지만 특별한 유전자의 경우 아버지 혹은 어머니로부터만 물려받는 경우도 있습니다. 남자에게만 존재하는 Y 유전자의 경우 무조건 아버지에게 물려받게 됩니다. 또한 난자 속에만 존재하고 정자에는 존재하지 않기 때문에 어머니에게만 물려받게 되는 미토콘드리아(이하MT) DNA도 있습니다. 이를 이용하여 부계 또는 모계 혈족 검사를 하게 됩니다. [부계검사의 예] : 토마스 제퍼슨(Thomas Jefferson)의 흑인 자손 미국의 제3대 대통령이며 민주주의의 옹호자인 토마스 제퍼슨(Thomas Jefferson)은 그가 살아 있을 때부터 흑인 노예와의 관계에서 자식이 있다고 소문이 무성했었습니다. 수년 전 제퍼슨 가에서는 제퍼슨의 후예라고 주장하는 흑인 젊은이에 대해서 Y 염색체에 대한 검사를 실시하였습니다. 결과는 “아니 땐 굴뚝에 연기나지 않는다.”였습니다. Y 염색체가 제퍼슨의 것일 수도 있고 그의 형제의 것일 수도 있었지만 이미 여러가지 정황 증거로 봐서 당시 제퍼슨과 그가 데리고 있던 젊고 아름다웠던 흑인 노예 샐리 헤밍스(Sally Hemings)의 후손으로 판명되었습니다. 제퍼슨 가에서는 토마스 제퍼슨의 흑인 자손들을 인정하고 가문에 편입시켰습니다. 부계 검사가 가능한 혈족도 [모계 검사의 예] : 일제 종군위안부 훈 할머니 일본군 위안부로 끌려 갔다가 캄보디아에서 살고 있던 훈할머니가 지난 1997년 54년만에 세상에 알려졌었다. 훈할머니의 이야기가 매스컴에 보도된 뒤 정부에서는 훈할머니에게 한국을 방문하도록 초청하였다. 그러나 안타깝게도 훈할머니는 한국말은 물론 이고 자신의 이름이나 신원, 가족들을 거의 기억하지 못하고 있었다. 기억하는 것이라곤 고향이 “진동”이라는 것과 1남3녀중 차녀였다는 것, 아버지가 면사무소의 사무보조원이었다는 것 정도였다. 경남매일신문의 취재팀은 일제시대 마산 진동에서 살던 사람들을 추적하였고 이 가운데 혈육일 가능성이 높은 합천의 이순이씨를 찾았다. 대검찰청 유전자감식실에서는 훈할머니와 이순이씨의 미토콘드리아 DNA를 분석하였는데 900여 염기로 이루어진 모든 서열이 일치하였으며 같은 미토콘드리아 DNA라고 판정하였다. 모계 검사가 가능한 혈족도 4. 혈액 및 정액반응 검사 옷이나 기타 물건에 혈액이나 정액으로 의심되는 이물질이 묻었을 때 이 이물질이 실제 정액인지 아닌지를 판별하는 검사입니다.

 

 

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유전자 검사란?