조직으로부터 DNA 또는 RNA 등의 핵산을 추출하여 이를 대상으로 유전자의 변화를 직접 분석하는 분자 병리 검사

 세포는 다양한 유전자의 복합적인 변화에 의해 암 세포가 되는데, 이때 나타나는 유전자의 변화는 크게 증폭, 결손, 전위, 돌연변이 등이 있습니다. 일부 유전자의 변화는 많이 합성된 단백질에 대한 면역 병리 검사를 통해 간접적으로 추정할 수도 있으나, 많은 경우 유전자의 변화는 분자 병리 검사를 통해 직접 분석하여야 합니다.

 분자 병리 검사로 유전자의 변화를 분석하기 위해서는 환자로부터 얻은 조직에서 암세포만을 선택하여 검사합니다. 분자 병리 검사 결과는 조직학적 및 세포학적 소견과 비교하여 해석하여야 하므로 분자 병리 검사의 시행과 판독에도 병리 의사의 역할이 매우 중요합니다.

 

분자 병리 검사의 목적

분자 병리 검사는 면역 병리 검사와 마찬가지로 환자의 진단과 예후 추정 및 치료 방침의 결정을 위해 시행됩니다. 의학적으로 분자 병리 검사의 중요성이 인정되어 우리나라 병원들에서 시행되고 있는 대표적인 검사들을 살펴보면 다음과 같습니다.

반응형

1. 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)

중합 효소 연쇄 반응은 소량의 핵산을 증폭시키는 방법으로, 분자 병리 검사의 기본이 되는 기술입니다. 민감도가 매우 높아 소량의 핵산에 대한 분석이 가능하므로 감염균의 존재 여부를 검사하는 데에도 널리 사용됩니다. 중합 효소 연쇄 반응을 이용한 분자 병리 검사에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

1) 결핵균/비결핵성 항산균, 바이러스 등에 의한 감염 질환의 진단

 결핵은 우리나라에서 발생률이 높은 감염 질환입니다. 결핵균에 감염된 조직은 만성 육아종 염증을 나타내므로 기존 조직 검사로 어느 정도 진단이 가능하지만, 균을 직접 증명하기 위해서는 세균 배양 검사, 특수 염색, 중합 효소 연쇄 반응 등이 필요합니다.

 중합 효소 연쇄 반응법은 이틀이면 검사결과가 나오고, 민감도가 매우 높아 갈수록 사용이 늘어나고 있습니다. 결핵균 감염이 의심되는 조직에서 핵산을 추출한 후, 결핵균이 보유하고 있는 핵산을 증폭시키는 프라이머(primer)를 사용하여 중합 효소 연쇄 반응을 하게 됩니다.

 만약 해당 조직 내에 결핵균이 없다면 어떠한 증폭 신호도 검출되지 않지만, 만약 해당 조직이 결핵균에 감염된 조직이라면 핵산 증폭 신호가 감지되기 때문에, 균의 존재를 증명할 수 있습니다. 비슷한 원리로 비결핵성 항산균을 비롯한 다른 감염원의 유무에 대해서도 판단할 수 있게 됩니다.

2) B-림프구 및 T-림프구 수용체 재배열 검사

 림프구가 증식하는 경우는 크게 두 가지가 있습니다. 하나는 자체가 암이 되어 증식하는 림프종이고, 다른 하나는 각종 염증 질환입니다. 대개 조직 검사 및 면역 병리 검사를 통해 림프종과 염증 질환의 감별이 가능하나, 세포의 종류가 다양하거나 생검 조직이 매우 작은 경우에는 림프종인지 염증 질환인지 감별하기 어렵습니다.

 이때 중합 효소 연쇄 반응을 이용한 림프구 수용체 재배열 검사를 시행하면 진단에 도움이 됩니다. 정상적으로 모든 림프구는 각각 다른 종류의 수용체 서열을 가지고 있습니다. 그러나 종양 병변의 경우에는 한 개의 림프구가 종양으로 증식한 것이므로, 수용체도 한 가지 종류만 보유하게 됩니다.

 따라서 종양 병변의 경우 수용체 재배열 검사 시 한 개의 분명한 유전자 증폭 신호가 관찰되나, 염증 병변인 경우 여러 종류의 림프구에 의해 여러 개의 증폭 신호가 나타납니다.

 

2. 직접 염기 서열 분석(Direct sequencing) 검사

 DNA는 세포의 유전 정보를 담고 있는 암호문입니다. DNA는 A(adenine), T(thymine), G(guanine), C(cytosine) 네 가지 종류의 뉴클레오타이드(nucleotide)로 구성되어 있습니다. 염기 서열이란 이들 뉴클레오타이드의 배열 순서를 의미하며, 배열 순서 및 조합에 따라 유전 정보가 달라지고, 세포는 유전 정보에 따라 특정 단백질을 생산합니다.

 돌연변이란 DNA 염기 서열이 정상과 달라진 것을 말합니다. 뉴클레오타이드 한 개가 다른 종류로 변경되기도 하고, 특정 위치에 뉴클레오타이드가 추가로 삽입되거나 없어져 돌연변이가 발생합니다.

 특정 유전자의 돌연변이가 일어난 세포는 정상과 다른 성질을 갖는 단백질을 생산하게 됩니다. 암세포에서는 다양한 유전자의 돌연변이가 발생하는데 이 중 일부 유전자의 돌연변이는 진단, 예후 추정 및 치료 반응 결정에 중요합니다.

 환자로부터 얻은 조직 또는 세포 검체에서 암세포의 DNA를 추출한 후 중합 효소 연쇄 반응을 통해 증폭한 후 염기 서열 분석기로 분석을 하면 암세포의 DNA 유전 정보를 알 수 있습니다.

 

3. 형광 동소 교잡반응 검사(Fluorescence In Situ Hybridization, FISH)

 형광 동소 교잡반응은 특정 유전자의 위치에 특이적으로 결합할 수 있는 여러 색깔의 형광 표지자를 부착하여 특수 현미경으로 관찰하는 방법입니다. 이를 통해 특정 유전자가 전위(translocation)에 의해 위치가 변화하였거나, 증폭(amplification)에 의해 양이 증가하였거나, 결손(deletion)에 의해 양이 감소하였는지 여부를 시각적으로 확인하여 판정할 수 있습니다.

 유전자의 전위, 증폭, 결손은 그 유전자가 만들어내는 단백질의 발현량(합성량) 변화를 일으킵니다. 따라서, 단백질의 발현량을 면역 병리 검사를 통해 확인하여 유전자 단계의 변화가 있었다는 것을 간접적으로 알 수도 있습니다.

 그렇지만 면역 병리 검사에 사용할 항체 시약이 개발되지 않았거나, 면역 병리 검사 결과 정확한 판정이 어려운 경우에는 유전자를 직접 볼 수 있는 형광 동소 교잡반응 검사를 하게 됩니다.

 

4. 인간 유두종 바이러스(Human papilloma virus, HPV) DNA chip 검사

 HPV는 자궁 경부암을 일으키는 바이러스입니다. HPV는 구조가 조금씩 다른 아형(하위 유형)을 많이 가지고 있습니다. HPV 아형 중 암을 일으키는 바이러스는 몇 종의 고위험군 아형이며, 고위험군에 감염된다 하더라도 대부분 자연적으로 바이러스가 치유됩니다.

 그런데 매우 일부 여성에서 고위험군의 바이러스가 사라지지 않고 계속 남아 세포 유전자에 손상을 주게 되면 자궁 경부암이 발생할 수 있습니다. 자궁 경부암은 과거 가장 흔한 여성암의 하나였으나, 자궁 세포 도말 검사에 의한 선별 검사가 대중화되면서 유병률 및 사망률이 크게 감소하였습니다.

 그러나 자궁 세포 도말 검사는 민감도와 특이도가 낮은 단점이 있습니다. HPV DNA chip은 자궁 경부 세포 검사 시 채취한 세포로부터 DNA를 추출하여 HPV의 감염 여부와 HPV의 아형을 분석하는 분자 병리 검사입니다. HPV 아형 검사와 자궁 세포 도말 검사를 같이 시행하면 환자의 추적 관찰 방법과 자궁 경부암의 조기 진단에 큰 도움이 됩니다.

 

5. 차세대 염기 서열 분석법(Next-generation sequencing, NGS)

 차세대 염기 서열 분석법은 직접 염기 서열 분석법의 단점을 보완하기 위해 최근 개발된 검사법으로, 더 넓은 범위의 염기서열을 더 빠른 속도로 검사할 수 있는 방법입니다. 직접 염기 서열 분석법은 한 가지 종류의 유전자, 그 중에서도 약 1,000개 뉴클레오타이드 이내의 영역만을 검사할 수 있습니다.

 이에 비해 차세대 염기 서열 분석법은 검사하고 싶은 유전자를 수십 가지 또는 수백 가지 선정하여, 이들 유전자 중 관심이 있는 영역을 동시에 검사할 수 있는 큰 장점이 있습니다. 이를 통해 환자의 종양에서 발생한 유전자의 돌연변이, 전위, 증폭 및 결실 여부에 대해 알아낼 수 있고, 이 정보는 환자의 치료 방침 결정이나 약제 선정에 중요한 근거로 활용됩니다.

검사 적응증 및 금기증

 유전자 검사 등의 분자 병리 검사를 하기 위해서는 생명 윤리 및 안전에 관한 법률에 따라서 먼저 환자에게서 유전자 검사 동의서를 받아야 하며, 유전자 검사 동의서가 없는 경우에는 이와 같은 검사를 할 수 없습니다.