유전자 연구: 적응증, 방법

최근 들어 전체 질병 구조에서 유전 질환의 비중이 증가하는 추세를 보이고 있습니다. 이러한 측면에서 실용 의학에서 유전학 연구의 역할이 커지고 있습니다. 의학 유전학에 대한 지식 없이는 유전 질환과 선천성 질환을 효과적으로 진단, 치료 및 예방하는 것이 불가능합니다.

유전적 소인은 거의 모든 질병에 내재되어 있을 가능성이 높지만, 그 정도는 상당히 다양합니다. 다양한 질병 발생에 있어 유전적 요인의 역할을 고려하면 다음과 같은 그룹으로 구분할 수 있습니다.

• 유전적 요인(병리적 유전자의 영향)에 의해 기원이 전적으로 결정되는 질병입니다. 이 그룹에는 단일 유전자 질병이 포함되며, 이 질병의 유전은 멘델의 기본 법칙에 따릅니다(멘델 질병). 외부 환경의 영향은 병리적 과정의 특정 증상의 강도에만 영향을 줄 수 있습니다.
• 질병은 주로 외부 환경(감염, 부상 등)의 영향으로 발생이 결정되며, 유전은 신체 반응의 일부 양적 특성에만 영향을 미쳐 병리학적 과정의 진행 양상을 결정합니다.
• 유전이 원인 요인이지만, 발병에 특정한 환경적 영향이 필요한 질병으로, 이러한 질병의 유전은 멘델의 법칙을 따르지 않습니다(비멘델 유전 질병). 이러한 질병을 다인자성 질병이라고 합니다.

유전성 질환

각 개인의 발달은 유전적 요인과 환경적 요인의 상호작용의 결과입니다. 인간의 유전자는 수정 과정에서 형성되고, 환경적 요인과 함께 발달의 특징을 결정합니다. 유기체의 유전자 집합을 유전체(genome)라고 합니다. 유전체는 전체적으로는 매우 안정적이지만, 변화하는 환경 조건의 영향을 받으면 돌연변이와 같은 변화가 발생할 수 있습니다.

유전의 기본 단위는 유전자(DNA 분자의 일부)입니다. 유전 정보 전달 기작은 DNA의 자가 복제 능력에 기반합니다. DNA는 유전 암호(DNA와 메신저 RNA의 뉴클레오타이드 서열을 이용하여 단백질 내 아미노산 위치에 대한 정보를 기록하는 시스템)를 포함하고 있으며, 이는 세포의 발달과 대사를 결정합니다. 유전자는 DNA를 포함하는 세포핵의 구조적 요소인 염색체에 위치합니다. 유전자가 차지하는 위치를 유전자좌(locus)라고 합니다. 단일 유전자성 질환은 단일 유전자좌이고, 다인자성 질환은 다 유전자좌입니다.

염색체(광학 현미경으로 볼 수 있는 세포 핵의 막대 모양 구조)는 수천 개의 유전자로 구성되어 있습니다. 인간의 각 체세포 또는 무성 세포는 23쌍으로 표현되는 46개의 염색체를 포함합니다. 이 중 한 쌍인 성 염색체(X와 Y)는 개인의 성을 결정합니다. 체세포 핵에서 여성은 두 개의 X 염색체를 가지고 있는 반면 남성은 X와 Y 염색체를 하나씩 가지고 있습니다. 남성의 성 염색체는 이종성입니다. X 염색체는 더 크고 성 결정 및 생물의 다른 특성을 담당하는 많은 유전자를 포함합니다. Y 염색체는 작고 X 염색체와 모양이 다르며 주로 남성의 성을 결정하는 유전자를 가지고 있습니다. 세포는 22쌍의 상염색체를 가지고 있습니다. 인간의 상염색체는 7개 그룹으로 나뉜다. A(1, 2, 3번째 염색체 쌍), B(4, 5번째 쌍), C(6, 7, 8, 9, 10, 11, 12번째 쌍과 X 염색체, 6번과 7번 염색체와 크기가 비슷함), D(13, 14, 15번째 쌍), E(16, 17, 18번째 쌍), F(19, 20번째 쌍), G(21, 22번째 쌍과 Y 염색체).

유전자는 염색체를 따라 선형으로 배열되며, 각 유전자는 엄격하게 정의된 위치(유전자좌)를 차지합니다. 상동 유전자좌에 위치하는 유전자를 대립유전자라고 합니다. 모든 사람은 같은 유전자에 대해 두 개의 대립유전자를 가지고 있는데, 각 쌍의 염색체에 하나씩 있습니다. 단, 남성의 경우 X 염색체와 Y 염색체에 있는 대부분의 유전자는 예외입니다. 염색체의 상동 영역에 동일한 대립유전자가 있을 때를 동형접합성이라고 하고, 같은 유전자에 대해 서로 다른 대립유전자가 있을 때를 이형접합성이라고 합니다. 유전자(대립유전자)가 한 염색체에만 존재할 때 효과를 나타내는 경우를 우성이라고 합니다. 열성 유전자는 염색체 쌍의 두 구성원 모두(또는 남성의 경우 단일 X 염색체 또는 X0 유전자형을 가진 여성의 경우)에 존재할 때만 효과를 나타냅니다. 유전자(및 해당 형질)가 X 염색체에 위치할 때를 X 연관 유전자라고 합니다. 다른 모든 유전자는 상염색체 유전자라고 합니다.

우성 유전과 열성 유전은 구분됩니다. 우성 유전에서는 형질이 동형접합체와 이형접합체 모두에서 나타납니다. 열성 유전에서는 표현형(생물체의 외적 및 내적 형질의 집합)이 동형접합체 상태에서만 관찰되고, 이형접합체 상태에서는 나타나지 않습니다. 성연관 우성 또는 열성 유전도 가능하며, 이러한 방식으로 성염색체에 위치한 유전자와 관련된 형질이 유전됩니다.

우성 유전 질환은 일반적으로 한 가족의 여러 세대에 걸쳐 영향을 미칩니다. 열성 유전의 경우, 돌연변이 유전자의 잠재적 이형접합체 보유가 한 가족 내에서 오랫동안 지속될 수 있으며, 이로 인해 건강한 부모에게서 아픈 자녀가 태어나거나, 심지어 여러 세대 동안 질병이 없었던 가족에서도 아픈 자녀가 태어날 수 있습니다.

유전자 돌연변이는 유전 질환의 근본 원인입니다. "게놈"이라는 용어에 대한 현대적인 이해 없이는 돌연변이를 이해하는 것은 불가능합니다. 현재 유전체는 필수 요소와 조건 요소로 구성된 다중 유전체 공생 구조로 간주됩니다. 필수 요소의 기반은 구조 유전자좌(유전자)이며, 유전체 내 위치와 수는 거의 일정합니다. 구조 유전자는 유전체의 약 10~15%를 차지합니다. "유전자"라는 개념에는 전사 영역, 즉 엑손(실제 암호화 영역)과 인트론(엑손을 분리하는 비암호화 영역)과 플랭킹 서열(유전자 시작 부분 앞의 리더 영역과 꼬리 부분의 비번역 영역)이 포함됩니다. 조건 요소(전체 유전체의 85~90%)는 단백질의 아미노산 서열 정보를 담고 있지 않으며 엄격하게 필수적이지 않은 DNA입니다. 이 DNA는 유전자 발현 조절에 참여하고, 구조적 기능을 수행하며, 상동 결합 및 재조합의 정확도를 높이고, 성공적인 DNA 복제를 촉진할 수 있습니다. 형질의 유전적 전달과 돌연변이적 다양성 형성에 선택적 요소가 관여한다는 것이 이제 증명되었습니다. 이처럼 복잡한 유전체 구조는 유전자 돌연변이의 다양성을 결정합니다.

가장 넓은 의미에서 돌연변이는 DNA의 안정적이고 유전되는 변화입니다. 돌연변이에는 현미경으로 볼 수 있는 염색체 구조의 변화가 수반될 수 있습니다. 삭제 - 염색체의 일부가 손실됨; 중복 - 염색체의 일부가 두 배가 됨, 삽입(역위) - 염색체의 일부가 끊어지고 180° 회전하여 끊어진 부위에 부착됨; 전좌 - 한 염색체의 일부를 잘라내어 다른 염색체에 부착함. 이러한 돌연변이는 가장 큰 손상 효과를 냅니다. 다른 경우 돌연변이는 단일 유전자의 퓨린 또는 피리미딘 뉴클레오타이드 중 하나가 대체되는 것으로 구성될 수 있습니다(점 돌연변이). 이러한 돌연변이에는 다음이 포함됩니다. 미스센스 돌연변이(의미가 변경된 돌연변이) - 코돈의 뉴클레오타이드가 표현형적 발현으로 대체됨; 무의미한 돌연변이(무의미한) - 종료 코돈을 형성하는 뉴클레오티드가 대체되어 유전자에 의해 인코딩된 단백질 합성이 조기에 종료되는 현상입니다. 스플라이싱 돌연변이 - 엑손과 인트론의 연결부에서 뉴클레오티드가 대체되어 길이가 긴 단백질 분자가 합성되는 현상입니다.

비교적 최근에 새로운 종류의 돌연변이가 발견되었습니다. 바로 유전자의 기능적으로 중요한 부분에서 삼염기 반복서열의 불안정성과 관련된 동적 돌연변이 또는 확장 돌연변이입니다. 유전자의 전사 영역이나 조절 영역에 국한된 많은 삼염기 반복서열은 높은 수준의 집단 변이성을 특징으로 하며, 이 범위 내에서는 표현형 장애가 관찰되지 않습니다(즉, 질병이 발생하지 않습니다). 이 질병은 이러한 부위의 반복서열 수가 특정 임계 수준을 초과할 때만 발생합니다. 이러한 돌연변이는 멘델의 법칙에 따라 유전되지 않습니다.

따라서 유전성 질환은 세포 유전체의 손상으로 인해 발생하는 질환으로, 전체 유전체, 개별 염색체에 영향을 미쳐 염색체 질환을 일으키거나, 개별 유전자에 영향을 미쳐 유전자 질환을 일으킬 수 있습니다.

모든 유전병은 일반적으로 세 가지 큰 그룹으로 나뉩니다.

• 단일 유전자;
• 다인자성 또는 다유전자성으로, 여러 유전자의 돌연변이와 비유전적 요인이 상호작용하는 경우.
• 염색체 이상, 즉 염색체의 구조나 수의 이상.

처음 두 그룹에 속하는 질병은 종종 유전성 질병이라고 불리고, 세 번째 그룹에 속하는 질병은 염색체성 질병이라고 불립니다.

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유전질환의 분류

염색체	단일 유전자	다인자성(다유전자성)
성 염색체 수의 이상: - 셰레셰프스키-터너 증후군 - 클라인펠터 증후군 - X 삼염색체 증후군; - 증후군 47, XYY 상염색체: - 다운증후군 - 에드워드 증후군; - 파타우 증후군; - 22 번 부분 삼염색체증 염색체의 구조적 이상: 크리 뒤 샤 증후군; 4p 삭제 증후군 이웃 유전자 미세결실 증후군	상염색체 우성: 마르판 증후군, 폰 빌레브란트병 민코프스키-쇼파르 빈혈 및 기타 상염색체 열성: - 페닐케톤뇨증 - 갈락토오스혈증; - 낭포성 섬유증 등 X연관 열성: 혈우병 A 및 B 듀센 근병증 그리고 다른 사람들. X연관 우성: - 비타민 D 저항성 구루병; - 갈색 변색 치아 법랑질 등	중추신경계: 일부 형태의 간질, 정신분열증 등 심혈관계: 류머티즘, 고혈압, 죽상경화증 등 피부: 아토피성 피부염, 건선 등 호흡기계: 기관지 천식, 알레르기성 폐포염 등 비뇨기계: 요로결석, 요실금 등 소화기계: 소화성궤양, 비특이성 궤양성 대장염 등

염색체 질환은 양적 염색체 이상(유전체 돌연변이)뿐만 아니라 구조적 염색체 이상(염색체 이상)으로 인해 발생할 수 있습니다. 임상적으로 거의 모든 염색체 질환은 지적 장애와 여러 가지 선천적 결함으로 나타나며, 종종 생명 유지에 지장을 초래합니다.

단일유전자 질환은 개별 유전자의 손상으로 인해 발생합니다. 단일유전자 질환에는 대부분의 유전성 대사 질환(페닐케톤뇨증, 갈락토스혈증, 점액다당증, 낭포성 섬유증, 부신생식기 증후군, 당원증 등)이 포함됩니다. 단일유전자 질환은 멘델의 법칙에 따라 유전되며, 유전 유형에 따라 상염색체 우성, 상염색체 열성, X-연관으로 나눌 수 있습니다.

다인성 질환은 다유전자성을 띠며, 그 발병에는 특정 환경 요인의 영향이 필요합니다. 다인성 질환의 일반적인 증상은 다음과 같습니다.

• 인구 집단 내에서의 빈도가 높습니다.
• 임상적 다형성이 뚜렷함.
• 감염자와 가까운 친척의 임상 증상이 유사합니다.
• 연령과 성별 차이.
• 세대가 내려올수록 발병이 더 일찍 일어나고 임상적 증상이 다소 증가합니다.
• 약물의 치료 효능은 다양합니다.
• 가까운 친척과 환자 사이에 임상적 증상 및 기타 증상이 유사함(다인자성 질환의 유전 계수가 50-60%를 초과함).
• 유전 패턴이 멘델의 법칙과 일치하지 않습니다.

임상 실무를 위해서는 단일 또는 다중, 유전적 또는 산발적일 수 있는 "선천성 기형"이라는 용어의 본질을 이해하는 것이 중요합니다. 유전성 질환에는 배아 발생의 중요한 시기에 불리한 환경 요인(물리적, 화학적, 생물학적 요인 등)의 영향으로 발생하고 유전되지 않는 선천성 질환은 포함되지 않습니다. 이러한 병리의 예로는 선천성 심장 결손이 있는데, 이는 종종 심장 형성기(임신 첫 3개월)의 병리학적 영향으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 발달 중인 심장 조직에 영향을 미치는 바이러스 감염, 태아 알코올 증후군, 사지, 귓바퀴, 신장, 소화관 등의 발달 이상 등이 있습니다. 이러한 경우, 유전적 요인은 유전적 소인이나 특정 환경 요인의 영향에 대한 감수성 증가만을 형성합니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 발달 이상은 모든 신생아의 2.5%에서 나타납니다. 이 중 1.5%는 임신 중 불리한 외인성 요인의 작용으로 발생하며, 나머지는 주로 유전적 요인입니다. 유전성 질환과 유전되지 않는 선천성 질환을 구분하는 것은 특정 가족의 자손을 예측하는 데 있어 매우 중요합니다.

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유전질환 진단 방법

현재 실제 의학은 유전 질환을 특정 확률로 검출할 수 있는 다양한 진단 방법을 보유하고 있습니다. 이러한 방법의 진단 민감도와 특이도는 다양합니다. 어떤 방법은 질병의 존재를 추정하는 데 그치는 반면, 다른 방법은 질병의 근본 원인이 되는 돌연변이를 매우 정확하게 검출하거나 질병 진행 양상을 결정합니다.

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세포유전학적 방법

세포유전학 연구 방법은 염색체 질환을 진단하는 데 사용됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 성 크로마틴 연구 - X 및 Y 크로마틴 결정
• 핵형 분석(핵형은 세포의 염색체 집합입니다.) - 염색체 질환(유전체 돌연변이 및 염색체 이상)을 진단할 목적으로 염색체의 수와 구조를 결정합니다.

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