Genetic Testing in Clinical Practice

1. Genetic Testing의 정의 및 분류
2. Genetic testing의 역사 
3. DNA Testing의 종류 및 방법 
4. 임상에 응용될 수 있는 DNA testing의 조건 
5. DNA testing for single gene disorders의 예 
6. DNA testing for contiguous gene syndromes의 예 
7. DNA testing for susceptibility genes in polygenic disorders 의 예 
8. Ethico-legal-social issues in DNA diagnosis 
참고문헌

표 1 : 분석 목적 및 분석 대상을 기준으로 한 유전자 검사의 분류
표 2 : 각 바이오벤처들이 진행하는 유전자 검사 서비스(2001년 4월 현재) 
그림 : A scheme for utilization of DNA analysis for genetic diagnosis

 

1. Genetic Testing의 정의 및 분류

  정의
"Genetic testing"(유전자 검사) 란 개인을 식별하거나 특정한 질병 또는 상태의 원인을 확인할 목적으로 유전자(genes: DNA testing-clinical molecular genetic diagnosis), 염색체(chromosome: clinical cytogenetic diagnosis), 유전자 산물(gene product=protein: clinical biochemical genetic diagnosis)을 분석하는 행위를 말한다.

미국: Genetic testing involves the analysis of chromosomes, genes, and/or gene products to determine whether a mutation is present that is causing or will cause a certain disease or condition.

영국: Genetic testing is to detect the presence or absence of, or alteration in, a particular gene, chromosomes or a gene product, in relation to a genetic disorder

  분류
DNA testing: single gene disorder(멘델유전질환, 사립체 유전질환), polygenic disorder의 susceptibility gene(PCR-RFLP, DNA sequencing, ASO hybridization등 여러 방법 사용)
Molecular cytogenetic testing: microdeletion, duplication, contiguous gene syndrome(FISH, CGH, SKY등의 방법 사용)
Cytogenetic diagnosis: numerical 또는 structural chromosomal abnormalities(고전적 karyotyping사용)
Biochemical genetic diagnosis: inherited metabolic disorders, maternal serum biochemical markers (HPLC, GC/MS, MS/MS, RIA등 의 방법사용)

 

(표 1) 분석 목적 및 분석 대상을 기준으로 한 유전자 검사의 분류

 

유전학이

대상목적	유전자 ( DNA testing)	유전자-염색체 (molecular cytogenetic testing)	염색체 (cytogenetic testing)	유전자 산물 (biochemical genetic testing)
개인식별 (DNA profiling)	친자확인, 혈족확인, 개인식별
질병진단	단일 유전자 이상에 의한 유전질환 (멘델유전질환,사립체유전질환)	염색체 미세결실, 중복,인접유전자증후군(contiguous gene syndromes)	염색체의 수적, 구조적 이상	유전성 대사 질환
질병 감수성 예견	암, 심혈관질환, 당뇨, 뇌졸중, 치매 관련 유전자 확인

 

2. Genetic testing의 역사

1959  first human chromosomal abnormality                                         Lejeune
1960  prenatal sexing                                                             Riis and . Fuchs
1961  biochemical screening for inborn error of metabolism                    Guthrie
1966  first prenatal chromosomal analysis                                   Breg and Steel
1972  α-fetoprotein screening                                                                Brock
1973  HLA disease associations                                                          Terasaki
1978  first DNA diagnosis                                                                         Kan
1985  DNA fingerprinting                                                                    Jeffreys
late 1980'  FISH

 

3. DNA Testing의 종류 및 방법
 A scheme for utilization of DNA analysis for genetic diagnosis

 직접적인 검사 (Direct testing)
시료의 종류 : blood samples, mouth washes or buccal scrapes, chorionic villi biopsy samples, one or two cells removed from 8-cell stage embryos, archived pathological specimens, Guthrie cards, hair follicles등

알려진 특정 돌연변이의 검사방법 : PCR-RFLP, dot blot 또는 gene chip을 이용한 allele specific oligonucleotide  hybridization(ASO) on a dot blot or gene chip, oligonucleotide ligation assay(OLA), allele specific PCR amplification(ARMS test), check size of expanded repeat
알려지지 않은 돌연변이 발견을 위한 scanning 방법

Southern blot: gene rearrangement(large insertion, deletion)
sequencing: 비용이 들고 해석이 어려운 점이 있으나 유전자 완전 분석가능
heteroduplex gel mobility: 단순, 저렴하나, 크기가 <200 bp인 경우, small insertion 과 deletion, 감수성이 낮음
denaturing HPLC: 빠르고 high throughput, 대량처리 가능, expensive equipment
SSCP: 단순, 저렴, limited sensitivity, 크기가 <200 bp인 경우

DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis): 예민도가 크나 primer design이  중요하고, expensive primers
mismatch cleavage(chemical, enzymatic): 예민도는 크나 과정이 어렵고 복잡하며 toxic chemicals 사용
protein truncation test: nonsense, frame shift mutation 검색에만 용이하며 RNA 사용, 과정이 복잡
two domensional gene scanning(TDGS): 대량의 검체를 검색, 예민도 높으나 multiplex PCR조건, primer비용, 판독의 어려움이 있음
oligonucleotide arrays (gene chip): 개발중, 빠르고 대량분석가능, 고비용 hybridization arrays & minisequencing arrays
high throughput DNA sequencing: 대량분석가능하나 비싸고 해석의 어려움

 Gene tracking (간접적인 검사)
사용하는 표지자(marker) : intragenic marker (ex; intronic microsatellite) vs extragenic marker
선결조건 : 질환과 연관된 유전자좌가 mapped, 또한 이와 밀접히 연관된 표지자가 존재하며 가계구성원의 시료가 존재하며 표지자에 대해 informative 해야 함.
문제점 : extragenic marker사용시 재조합에 의한 오류(ex: 1 Mb의 거리에 있는      표지자의 경우 1%의 재조합위험), 질병연관 유전자좌 양편의 이중 표지자 (flanking, bridging markers)사용함으로 재조합에 의한 오류를 최소화 함.

risk calculation: disease-marker, marker-marker간의 재조합 고려, 불완전한 가계도, uninformative marker, de novo mutation등을 고려해야함. linkage analysis program 사용.
방법: PCR-RFLP, genomic Southern 분석, microsatellite 분석등

 Population screening
양성결과가 나왔을 때 환자에게 도움이 될 수 있는 방법이 있어야함
screening program 자체가 사회적 윤리적으로 용납될 수 있어야함. (동의서 구비, pretes-,posttest- counselling이 가능, affected fetus의 termination에 관한 압력이 없어야 함, 결과 때문에 차별 받지 않아야 함)

고도의 sensitivity, specificity를 지닌 잘 확립된 검사방법이 있어야 함.
benefit-cost를 고려해야함.
DNA screening program의 예: Tay-Sachs disease for Ashkenazi Jewish, cystic fibrosis for Caucacians

 DNA profiling

표지자의 선택
minisatellite marker: hypervariable dispersed repetitive sequence (ex: GGGCAGGAXG, synthetic oligonucleotides (CAC)5)
single locus minisatellite marker: single locus variable tandem repeats
microsatellite marker: di-, tri, tetranucleotides
Y-chromosome polymorphismsmitochondrial polymorphisms
용도: zygosity testing, paternity exclusion testing, forensic investigation

 

4. 임상에 응용될 수 있는 DNA testing의 조건

단일 유전자이상에 의한 질환으로 유전자의 구조나 위치가 알려져 있어야 함
적절한 표지자가 존재
가능하면 locus heterogeneity가 없을 것 (유전자좌-표현형이 1:1 대응)
기존 진단법의 대치 또는 보완여부 결정
민감도, 양성예측도가 높을 것
가능하면 특정인구에서의 genetic epidemiological data가 축적되어 있는 질환
다음과 같은 경우 엄격한 정도관리 및 심의를 요함
건강한 사람에게서 미래의 질병을 예측할 목적으로 이용되는 검사
유전자 검사만으로 독립적으로 질병 이환 여부를 확정될 수 없는 검사
민감도가 낮고 양성 예측도가 낮은 검사
치료수단이나 예방수단이 이용가능하지 않거나 효과적이지 않은 경우
유병율이 높은 질환에 대한 검사
집단검진(screening)을 위한 검사
특정 집단에 유병율이 높은 질환에 선택적으로 이용될 수 있는 검사

 

5. DNA testing for single gene disorders의 예

inherited metabolic disorders; urea cycle defects, Gaucher disease,Tay-Sachs disease, GSD Ia, hemochromatosis,  MCAD (medium chain acyl CoA dehydrogenase deficiency), cystic fibrosis
skeletal dysplasia: achondroplasia, craniosynostosis syndrome
neuromuscular disorders: DMD/BMD, spinal muscular atrophy
triplet repeat expansion disorders: spinocerebellar ataxia, fragile-X syndrome, myotonic dystrophy, Kennedy disease, Huntington's disease, DRPLA
neurogenetic disorders; Canavan disease, adrenoleukodystrophy
hematologic disorders: hemophilia, factor V Leiden, prothrombin    
familial cancer syndromes: BRCA1, BRCA2, APC, Rb
dysmorphic syndromes; Prader-Willi/Angelman syndrome, Rett syndrome, Waadenburg syndrome, Holt-Oram syndrome, Marfan syndrome, Smith-Lemli-Opitz syndrome
mitochondrial disorders: MELAS, MERRF, LHON, Kearn-Sayers syndrome
endocrine disorders: multiple endocrine neoplasia

6. DNA testing for contiguous gene syndromes의 예

CATCH22 (DiGeorge/velocardiofacial) syndromes
Prader-Willi/Angelman syndrome
Williams syndrome

7. DNA testing for susceptibility genes in polygenic disorders 의 예

thrombophilia panel; factor V Leiden, prothrombin(factor II), MTHFR(methylenetetrahydrofolate reductase)
coronary heart disease: lipoprotein(Lp(a), apoE), coagulation factor, MTHFR
hypertension: ACE
insulin dependent diabetes mellitus: HLA
cancer disease: tumor suppressor genes, oncogenes(n-myc gene, breakpoint cluster region(bcr)(BCR-ABL)

 

8. Ethico-legal-social issues in DNA diagnosis

complex trait에 관한 소위 벤쳐기업들의 소인검사: 많은 사회 윤리적 문제점을 내포하고 있음
한국인에서의 population based data가 없고 과학적 근거없음. 상품화,sensationalism
전문적 pretest-, posttest counselling 부재와 섣부른 낙인찍음 (stigmatization)
정도 관리부재
개인 유전자 정보 오남용
의료법 보완의 필요성

(표 2.) 각 바이오벤처들이 진행하는 유전자 검사 서비스(2001년 4월 현재) 

유전학이란

업체명	서비스 유전
A 업체	질병관련 유전자 검사 : BRCA1, BRCA2(유전성 유방암 및 난소암 연관 유전자), p53(종양억제 유전자)검사/치매(APOE), 체력(ACE), 호기심(DRD2, DRD4) 유전자 검사 서비스 준비중인 유전자 검사 : 비만(PCI), 고혈압(DRD2, DRD4), 롱다리(PHOG), 유전자 검사
B업체	호기심(DRD2, DRD4) 지능(IGF2R), 체력(ACE), 치매(ApoE), 우울(5-HTT), 신장(Phog/shox), 비만(Leptin, beta-3-AR), 요통(HLA-B27), 중독성(DRD2) 검사 인성, 적성 검사 등과 병행
C업체	체력(ACE), 비만(beta-3AR), 호기심(D4DR), 치매(apoliporotein E4), 흡연(CYPA1), 알콜(ALDH2), 고혈압(ACE), 자궁경부암(HPV), 당뇨(IRS-2) DNA 검사 서비스 서비스 준비중인 유전자 검사 : 폭력성(serotonin), 장수(Mt5178A), 우울증(ADD) 유전자 검사
E업체	결혼정보 회사와 연계하여 DNA 검사 서비스 진행하고 있음 (체력, 성격, 지능, 질병 등) 체력(ACE), 치매(ApoE), 호기심(DRD2(중독성과 관련), DRD4), 우울증관련(Serotonin transporter), 요통(HLA B27), 비만(Leptin, beta-ARG), 롱다리(Phog, Shox), 지능(Call gene, IGF2R) 유전자 검사 서비스 대교 방송 개통 기념으로 무료 유전자 검사를 실시하면서 마켓팅을 하고 있음

 

치료법이 없는 adult-onset 유전병에서의 증상 발현전 진단(presymptomatic diagnosis)의 금지: (예) Huntington's disease
산전 DNA진단과 non-directive counselling
검사전,후 상담(pretest-, posttest counseling)과 환자의 권익, privacy보호
개인 유전자정보의 보호
Over the counter (OTC)로 행해지는 유전자 검사의 문제점
검사비용을 누가 부담할 것인가?: 보험(급여-100/100, 비급여), 비보험(법적으로 인정안함)

 

참고문헌

Strachan T, Read AP.  Genetic testing in individuals and populations. In: Human molecular genetics.  2nd ed. New York: Wiley-Liss, 1999:401-426
한재각. 유전자정보의 국내이용실태: 유전자검사와 개인비밀보호 2001:18-27 대한임상병리학회 2001 심포지움
 Clinical Molecular Genetics Society Best Practice Guidelines for Molecular        Genetics Services  http//www.cmgs.org
Directory of Genetic Testing. Baylor College of Medicine, Medical Genetics       Laboratories, 1999

울산의대 서울 아산병원 의학 유전학 클리닉 및 검사실   유한욱