NGS(Next Generation Sequencing) 기반 유전자 검사의 이해 - 입문용 (4)

3) 단일염기다형성SNP 검출

단일염기다형성(Single nucleotide polymorphisms, SNP)이란 정상인에서 관찰될 수 있는, 대개는 단백질의 기능이나 건강에 큰 영향을 미치지 않는 염기 한두 개 정도의 변화로서 유전체 전 범위에 분포하며 평균적으로 1,000개 염기(base-pair)마다 하나씩 존재한다. 몇몇 SNP 들은 특정 약물의 대사와 연관이 있기도 하고 특정 질환의 위험도를 예측하는데 연관분석(association study)을 통해 질환의 발생과 통계적 연관성이 확인되어 심혈관 질환, 당뇨병, 암과 같은 복잡한 질환의 기전을 연구하는데 도움이 되기도 한다. 또한 SNP도 개인식별에 이용될 수 있으며 50개 정도 이상의 SNP를 이용하면 대부분의 사람을 구분할 수 있게 되며 NGS 법은 이러한 SNP 검사에 활용될 수 있다. 또한 조혈모세포나 고형 장기를 이식한 후에는 이식을 받은 수혜자(recipient)의 조직에서 공여자(donor)의 조직 비율인 키메리즘(chimerism)을 모니터링하는 것이 중요할 수 있는데 이것도 역시 NGS를 이용한 SNP 검사로 확인할 수 있다.

그림 16. 장기 이식과 체액을 이용한 모니터링

 

4) 혈액기반 종양 검사 - Blood-based tumor diagnostics

액체생검(liquid biopsy)이란 혈액, 소변, 뇌척수액, 타액, 흉강액 등을 이용하여 종양을 진단하는 것으로 주로 혈액 기반의 검사가 많다. 혈액에 존재하는 핵산(circulating nucleic acid)는 최근 여러 분자 기법의 발전으로 검사의 적용이 늘고 있으며 혈중 DNA, RNA 검사를 포함한다. 엑소좀(exosome)은 정상 혹은 종양세포로부터 분비되는 낭포(vesicle)로서 DNA, 메신저 RNA(messenger RNA), 마이크로 RNA(micro RNA), 세포내 단백질 등 다양한 물질을 풍부하게 함유하고 있어 이를 분리하여 분석하면 암의 발병기전을 규명하고 진단 및 치료제 선택, 모니터링 등에 이용될 수 있다.

그림 17. 액체생검의 개요

 

순환 세포유리 DNA(Circulating cell-free DNA, cfDNA)는 혈액에서 세포 밖 혈장(plasma)에 존재하는 DNA로서 보통 세포가 손상을 받아 깨지면서 혈액으로 방출된 것들이다. 암세포에서도 세포유리 DNA를 방출하며 이것을 순환 종양 DNA(circulating tumor DNA, ctDNA)라 부르며, 정상 세포에서 비롯된 세포유리DNA가 순환 종양 DNA를 희석시키기 때문에 순환 종양 DNA의 농도가 상대적으로 낮은 경우가 많아 민감도 높은 검사법이 필요한 경우가 많다.

 

5) 비침습적 산전검사 - Noninvasive prenatal testing, NIPT

1990년대 산모의 혈액에 태아의 DNA가 세포 유리 DNA(cell-free fetal DNA) 형태로 존재함이 밝혀지면서 태아의 유전 이상을 산모의 혈액을 통해 검사하려는 노력이 계속되고 있으며 이를 비침습적 산전검사(noninvasive prenatal testing, NIPT)라 부른다. 태아 세포유리 DNA를 NGS 법으로 검사하는 것이 태아의 염색체 이상을 검출하는 데 있어 민감도와 특이도가 99% 이상 되는 것으로 보고되면서 최근 그 적용이 계속 늘고 있다. NGS를 이용한 NIPT 검사는 보통 전장유전체 시퀀싱(whole genome sequencing)을 아주 낮은 정도로 하여 염색체별로 시퀀싱 리드 수를 합산하여 비교하는 방식으로 한다. 각 염색체의 총 시퀀싱 리드 수는 다른 염색체의 시퀀싱 리드와 정상 태아를 임신한 대조군(control) 산모의 데이터를 이용하여 값을 표준화하여 임계치를 넘으면(예. 3SD 이상) 양성으로 간주한다.

그림 18. 비침습적 산전검사의 개요

 

6) 인간백혈구항원 - Human leukocyte antigen, HLA

인간백혈구항원(Human leukocyte antigen, HLA)은 백혈구 표면에 존재하는 단백질로서 사람마다 다양한 타입의 유전자 서열을 가지고 있어 단백질 서열이 다르며 이에 따라 개인마다 다른 항원성(antigen)을 가진다. 장기이식, 특히 조혈모세포이식(hematopoietic stem cell transplantation)을 할 경우 공여자(donor)와 수혜자(recipient)의 항원 타입이 다르면 수혜자의 면역 시스템에서 이를 인지하고 거부반응을 일으킨다. 따라서 이식 전에 수혜자의 HLA 타입과 일치하는 공여자를 찾는 것이 중요하다.직접염기서열분석을 통한 HLA 검사는 2개의 대립유전자(allele)가 같이 PCR 증폭되고 전기영동이되기 때문에 검사 자체로 각각의 대립유전자를 분리해내는 것이 불가능하여 기존의 HLA 유전형 데이터베이스를 이용하여 유추하는 방법으로 유전형을 추정한다. NGS 방법은 DNA 가닥을 일일이 분석하기 때문에 각각의 대립유전자를 분리할 수 있고 더욱 정확한 유전형을 알 수 있다.

 

7) 면역글로불린 유전자 재조합 - Immunoglobulin rearrangement

B 세포의 발생과 성숙 과정에서 면역글로불린(immunoglobulin) 유전자 중쇄(heavy chain, IGH) 및 경쇄(light chain, IGK)의 재조합(rearrangement)이 일어나게 되며, 개개의 세포마다 다른 종류와 길이의 재조합이 일어난다. B-림프구성 백혈병(B-lymphoblastic leukemia)이나 B-림프종(B-cell lymphoma) 등의 암종은 하나의 암 세포에서 기원하기 때문에 동일한 형태의 재조합을 거의 모든 세포가 가지게 되어 PCR 증폭하면 동일한 크기와 염기서열을 가진 증폭산물이 생성되고 이를 단클론성(monoclonal)이라 하며 종양 세포의 존재를 시사하는 결과이다. 이것은 또한 NGS로 검사가 가능하며 이는 유전자 재조합이 일어난 부분의 염기서열을 분석하여 특정 염기서열이 과도하게 높은 비율로 관찰되면 단클론성으로 판단하는 방식이다. NGS 방식은 크기가 동일하여도 염기서열의 차이를 구분하기 때문에 해상도와 특이도가 높고 민감하게 검사할 수 있는 장점이 있다.

 

 

출처: 식품의약품안전처 식품의약품안전평가원 - 차세대염기서열분석 해설서