유전자 검사

유전자 검사는 가족 내에서 특정 유전 질환이 발생할 위험이 있을 때 사용될 수 있습니다. 이러한 검사는 질환의 유전적 유전 양상이 잘 이해되고, 효과적인 치료가 가능하며, 신뢰성 있고, 타당하며, 민감도가 높고, 특이적이며, 무해한 검사 방법을 사용하는 경우에만 허용됩니다. 특정 세대의 유병률은 검사에 드는 노력을 정당화할 만큼 충분히 높아야 합니다.

유전자 검사는 열성 질환 유전자를 가지고 있지만 발현되지 않는 이형접합자를 식별하는 데 목적이 있을 수 있습니다(예: 아슈케나지 유대인의 테이-삭스병, 흑인의 겸상 적혈구 빈혈, 여러 민족의 지중해빈혈). 이형접합자 부부가 이형접합자도 가지고 있다면, 그 부부는 이 질환을 앓는 자녀를 가질 위험이 있습니다.

가족력에 나중에 발병하는 주요 유전 질환(예: 헌팅턴병, 유방암)이 있는 경우, 증상이 나타나기 전에 검사가 필요할 수 있습니다. 검사를 통해 질환 발병 위험을 파악하여 나중에 예방 조치를 취할 수 있습니다. 검사 결과 질환의 보인자로 확인될 경우, 자녀를 가질지 여부를 결정할 수도 있습니다.

산전 검사에는 양수천자, 융모막 융모 채취, 제대혈 검사, 산모 혈액 검사, 모체 혈청 검사, 태아 감금 등이 포함될 수 있습니다. 산전 검사를 받는 일반적인 이유로는 산모의 나이(35세 이상), 산전 검사로 진단할 수 있는 질환의 가족력, 모체 혈청 검사 이상, 그리고 임신 중 발생하는 특정 증상 등이 있습니다.

신생아 선별검사를 통해 페닐피루브산 과소분비증, 갈락토스 당뇨병 및 갑상선 기능 저하증에 대한 예방(특수식이요법이나 대체요법)을 실시할 수 있습니다.

가족 계보 작성. 유전 상담에서는 가족 계보(가계도) 작성을 널리 활용합니다. 이 경우, 가족 구성원을 표시하고 건강에 대한 필요한 정보를 제공하기 위해 관례적인 기호를 사용합니다. 동일한 표현형을 가진 일부 가족 질환은 여러 가지 유전 모델을 갖습니다.

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미토콘드리아 DNA 이상

미토콘드리아는 13개의 단백질, 다양한 RNA, 그리고 여러 조절 효소에 대한 정보를 담고 있는 독특한 원형 염색체를 가지고 있습니다. 그러나 미토콘드리아 단백질의 90% 이상에 대한 정보는 핵 유전자에 담겨 있습니다. 각 세포는 세포질에 수백 개의 미토콘드리아를 가지고 있습니다.

미토콘드리아 질환은 미토콘드리아 이상 또는 핵 DNA 이상(예: 손상, 중복, 돌연변이)으로 인해 발생할 수 있습니다. 고에너지 조직(예: 근육, 심장, 뇌)은 미토콘드리아 이상으로 인한 기능 장애 발생 위험이 특히 높습니다. 다양한 유형의 조직 기능 장애는 특정 미토콘드리아 DNA 이상과 상관관계가 있습니다.

미토콘드리아 이상은 파킨슨병(기저핵 세포에서 광범위한 미토콘드리아 결손 돌연변이를 일으킬 수 있음)의 일부 형태와 여러 다른 유형의 근육 장애 등 많은 일반적인 질환에서 나타납니다.

미토콘드리아 DNA 이상은 모계 유전에 의해 결정됩니다. 미토콘드리아 전체는 난자의 세포질에서 유전되므로, 영향을 받은 어머니의 모든 자손은 이 질환을 유전받을 위험이 있지만, 영향을 받은 아버지로부터는 이 질환을 유전받을 위험이 없습니다. 임상 증상의 다양성은 일반적인 현상이며, 이는 유전된 돌연변이와 세포 및 조직의 정상 미토콘드리아 유전체(이형질)의 조합의 다양성으로 부분적으로 설명될 수 있습니다.

미토콘드리아 질환

위반	설명
만성 진행성 외안근마비	일반적으로 양측의 대칭적이고 진행성적인 처짐이 선행되는 외안근의 진행성 마비는 마비가 발생하기 몇 달 또는 몇 년 전에 시작됩니다.
케언스-세이어 증후군	심장 차단, 망막 색소 변성 및 중추 신경계 변성을 유발하는 만성 진행성 외안근 마비의 다계통 변형
레버 유전성 시신경병증	미토콘드리아 DNA의 단일 점 돌연변이로 인해 청소년기에 가장 자주 발생하는 간헐적이지만 종종 파괴적인 양측 시력 상실
머프 증후군	근간대성 발작, 거친 붉은 섬유, 치매, 운동실조 및 근병증
당밀 증후군	미토콘드리아 뇌근병증, 젖산산증 및 뇌졸중 유사 발작
피어슨 증후군	생후 첫 몇 달 동안 시작되어 종종 아이의 사망으로 끝나는 철적모구빈혈, 췌장 기능 부전 및 진행성 간 질환

단일 유전자 결함

단 하나의 유전자 결함으로 발생하는 유전 질환("멘델 유전 질환")은 분석이 가장 간단하고 현재까지 가장 철저하게 연구된 질환입니다. 과학은 이러한 종류의 많은 특정 질환을 기술해 왔습니다. 단일 유전자 결함은 상염색체 또는 X 연관, 우성 또는 열성일 수 있습니다.

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상염색체 우성 형질

상염색체 우성 형질을 발현하는 데는 유전자의 상염색체 대립유전자가 하나만 필요합니다. 즉, 비정상 유전자의 이형접합자와 동형접합자 모두가 영향을 받는다는 의미입니다.

일반적으로 여기에는 다음 규칙이 적용됩니다.

• 아픈 사람은 아픈 부모를 둔다.
• 이형접합체로 질병에 걸린 부모와 건강한 부모는 평균적으로 질병에 걸린 자녀와 건강한 자녀를 똑같이 낳습니다. 즉, 자녀 한 명당 질병이 발병할 위험은 50%입니다.
• 아픈 부모의 건강한 자녀는 그 특성을 자손에게 유전하지 않습니다.
• 남성과 여성 모두 이 질병에 걸릴 위험이 동일합니다.

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상염색체 열성 형질

상염색체 열성 형질은 발현되기 위해 비정상 대립유전자의 두 사본이 필요합니다. 일부 세대에서는 이형접합자(보인자)의 비율이 높은데, 이는 개시자 효과(즉, 여러 사람이 집단을 시작했는데 그중 한 명이 보인자였던 경우) 또는 보인자가 선택적 이점을 갖기 때문입니다(예: 겸상 적혈구 빈혈에 대한 이형접합자는 말라리아를 예방합니다).

일반적으로 다음과 같은 상속 규칙이 적용됩니다.

• 건강한 부모에게서 아픈 자녀가 있을 경우, 부모 모두 이형접합자이며, 평균적으로 자녀 4명 중 1명은 아프고, 2명 중 1명은 이형접합자이며, 4명 중 1명은 건강합니다.
• 영향을 받은 부모와 유전형이 정상인 개인의 모든 자녀는 표현형이 정상인 이형접합자입니다.
• 평균적으로, 아픈 사람과 이형접합자 보균자 한 명의 자녀 중 1/2이 감염되고, 1/3이 이형접합자입니다.
• 두 부모 모두 아픈 경우의 모든 자녀는 아플 것입니다.
• 남성과 여성 모두 감염 위험이 동일합니다.
• 이형접합자 보인자는 표현형은 정상이지만, 그 형질은 이미 가지고 있습니다. 만약 형질이 특정 단백질(예: 효소)의 결함으로 인해 발생하는 경우, 이형접합자는 일반적으로 해당 단백질의 양이 제한적입니다. 만약 질환이 알려져 있다면, 분자유전학 기술을 이용하여 표현형은 정상인 이형접합자를 식별할 수 있습니다.

친척들은 동일한 돌연변이 대립유전자를 물려받을 가능성이 더 높기 때문에, 가까운 친척 간의 결혼(근친혼)은 아픈 자녀를 가질 가능성을 높입니다. 부모-자녀 또는 형제자매 관계에서는 동일한 유전자의 50%가 존재하기 때문에 아픈 자녀를 가질 위험이 증가합니다.

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X연관 우성

X연관 우성 형질은 X 염색체에 존재합니다. 대부분은 매우 드뭅니다. 남성이 일반적으로 더 심하게 영향을 받지만, 비정상 대립유전자를 하나만 가진 여성도 영향을 받지만, 정도는 덜합니다.

일반적으로 다음과 같은 상속 규칙이 적용됩니다.

• 아픈 남자는 자신의 모든 딸들에게 그 특성을 물려주지만, 아들들에게는 그렇지 않습니다. 그러나 아픈 남자가 아픈 여자와 결혼하면 아픈 아들을 낳을 수 있습니다.
• 영향을 받은 이형 접합체 여성은 성별에 관계없이 자녀의 절반에게 그 형질을 물려줍니다.
• 영향을 받은 동형 접합체 여성은 그 특성을 모든 자녀에게 물려줍니다.
• 남성의 사망을 초래하지 않는 한, 이 병을 앓고 있는 여성의 수는 남성의 두 배에 이릅니다.

X연관 우성 유전은 분자 검사를 사용하지 않고는 상염색체 우성 유전과 구별하기 어려울 수 있습니다. 이 형질의 남성 간 유전은 X연관성을 배제하기 때문에(남성은 아들에게 Y 염색체만 물려주기 때문에) 영향을 받은 부모의 자녀에 대한 특별한 주의와 함께 광범위한 가계도가 필요합니다. 일부 X연관 우성 질환은 남성의 사망을 유발합니다.

X연관 열성 유전자

X연관 열성 형질은 X 염색체를 통해 전달됩니다.

일반적으로 다음과 같은 상속 규칙이 적용됩니다.

• 거의 모든 환자가 남성입니다.
• 이형접합체 여성은 일반적으로 표현형이 정상이지만, 보인자로서 자녀에게 비정상성을 유전시킬 수 있습니다(그러나 이 특성은 남성의 신체에서 새로운 돌연변이를 나타낼 수도 있습니다).
• 아픈 사람은 결코 그의 아들에게 이런 특성을 물려주지 않는다.
• 병든 남자의 딸은 모두 이 특성을 가지고 있습니다.
• 여성 운반자는 아들 중 절반에게 악마를 전염시킨다.
• 이 특성은 보인자인 어머니의 딸에게는 유전되지 않습니다(색맹과 같은 특성을 아버지로부터 유전받은 경우는 제외). 그러나 그중 절반은 보인자입니다.

영향을 받는 여성은 일반적으로 형질이 발현되기 위해 두 개의 X 염색체 모두에 비정상적인 유전자를 가지고 있어야 합니다(동형접합체). 즉, 영향을 받는 아버지와 이형접합체 또는 동형접합체 방식으로 돌연변이를 가진 어머니가 있어야 합니다.

때때로 X 연관 돌연변이에 대해 이형접합체인 여성에서 이 유전자가 어느 정도 발현되지만, 이러한 여성은 유전자가 한 쌍만 있는 남성(반접합체)만큼 심각한 영향을 받는 경우는 드뭅니다. 이형접합체 여성은 구조적 염색체 재배열(예: X 상염색체 전좌, X 염색체 결손 또는 파괴)이나 편향된 X 불활성화로 인해 영향을 받을 수 있습니다. 후자는 발생 초기에 발생하며, 일반적으로 아버지 또는 어머니로부터 유전된 X 염색체의 무작위적이지만 균형 잡힌 불활성화를 수반합니다. 그러나 때로는 대부분의 불활성화가 한쪽 부모로부터 유전된 X 염색체에서 발생하기도 하는데, 이 현상을 편향된 X 불활성화라고 합니다.

공동우성

공동우성 유전에서 이형접합자의 표현형은 두 동형접합자의 표현형과 다릅니다. 유전자좌에 있는 각 대립유전자는 일반적으로 서로 다른 영향을 미칩니다. 예를 들어, 공동우성은 혈액형 항원(예: AB형, MN형), 백혈구 항원(예: DR4형, DR3형), 전기영동 이동도가 다른 혈청 단백질(예: 알부민, 촉각 글로불린), 그리고 효소 작용(예: 파라옥소나제)에서 나타납니다.

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다인자 상속

많은 형질(예: 키)은 포물선(정규 분포)을 따라 분포합니다. 이 분포는 형질의 다유전자적 정의와 일치합니다. 각 형질은 다른 유전자와는 독립적으로 형질에 더해지거나 더해집니다. 이 분포에서 극단에 있는 사람은 거의 없고, 대부분은 중간에 위치합니다. 사람들은 같은 방향으로 작용하는 여러 요인을 물려받지 않기 때문입니다. 최종 결과를 빠르게 하거나 느리게 하는 다양한 환경 요인들이 정규 분포에 기여합니다.

비교적 흔한 선천성 질환과 가족성 질환은 다인자 유전의 결과입니다. 환자의 경우, 이 질환은 유전적 요인과 환경적 요인이 복합적으로 작용하여 발생합니다. 일촌(환자 유전자의 50%를 공유하는)에서 이 형질이 발생할 위험은 먼 친척(몇 개의 비정상 유전자만 물려받을 가능성이 높음)보다 훨씬 높습니다.

여러 요인으로 인해 발생하는 흔한 질환으로는 고혈압, 죽상동맥경화증, 당뇨병, 암, 척수 질환, 관절염 등이 있습니다. 다양한 특정 유전자를 진단할 수 있습니다. 가족력, 생화학적, 분자적 지표를 포함한 유전적 소인 요인은 질병 발생 위험이 있는 사람을 파악하여 예방 조치를 취하는 데 도움이 될 수 있습니다.

비전통적인 상속

모자이크 현상. 모자이크 현상은 유전형이나 표현형이 다르지만 동일한 접합자에서 유래한 두 개 이상의 세포주가 존재하는 현상입니다. 모든 대형 다세포 생물은 세포 분열 중에 돌연변이가 발생할 가능성이 높습니다. 세포가 분열할 때마다 유전체에서 약 4~5개의 변화가 발생합니다. 따라서 모든 대형 다세포 생물은 유전적 구성이 약간씩 다른 세포 하위 클론을 가지고 있습니다. 이러한 체세포 돌연변이(유사 분열 세포 분열 중에 발생하는 돌연변이)는 명확하게 정의된 형질이나 질병을 초래하지 않을 수 있지만, 반점 변화를 유발하는 질환으로 분류될 수 있습니다. 예를 들어, 맥쿤-올브라이트 증후군은 뼈의 반점 이형성 변화, 내분비선 이상, 반점 색소 변화, 그리고 매우 드물게 심장이나 간 이상을 유발합니다. 이러한 돌연변이가 모든 세포에서 발생한다면 조기 사망을 초래하지만, 모자이크(키메라)는 정상 조직이 비정상 조직을 지지하기 때문에 생존합니다. 때때로 단일 유전자 질환을 가진 부모는 경미한 형태의 질병을 보이는 것처럼 보이지만 실제로는 모자이크인 경우가 있습니다. 자손이 대립유전자에 돌연변이가 있는 배아 세포를 물려받아 모든 세포에 이상이 있는 경우, 더 심각한 영향을 받을 수 있습니다. 염색체 모자이크 현상은 일부 배아에서 발생하며, 태반에서 융모막 융모 채취를 통해 확인할 수 있습니다. 염색체 이상이 있는 대부분의 배아와 태아는 자연 유산됩니다. 그러나 발달 초기에 정상 세포가 존재한다면 일부 염색체 이상을 뒷받침할 수 있으며, 이는 아기가 살아서 태어날 수 있게 합니다.

유전체 각인. 유전체 각인은 유전 물질이 모계 또는 부계로부터 유전되는지에 따라 나타나는 차등적 발현 현상입니다. 발현 차이는 유전자의 차등적 활성화에 기인합니다. 유전체 각인은 조직 및 발달 단계에 따라 달라집니다. 대립유전자의 이중 대립유전자 발현은 일부 조직에서 나타날 수 있으며, 한쪽 부모로부터 유전된 대립유전자의 발현은 다른 조직에서 나타날 수 있습니다. 유전자 발현이 모계 또는 부계로 유전되는지에 따라, 유전자가 유전체 각인된 경우 새로운 증후군이 발생할 수 있습니다. 질환이나 질병이 여러 세대에 걸쳐 유전된 경우 유전체 각인에 특히 주의해야 합니다.

단친 이염색체증. 단친 이염색체는 한 쌍의 염색체 중 두 개가 한쪽 부모에게서만 유전될 때 발생합니다. 이는 매우 드물며 삼염색체 이탈(trisomic escape)로 인한 것으로 여겨집니다. 이는 접합자가 원래 세 개의 염색체를 가지고 있었지만 하나가 소실되어 해당 이염색체증이 발생한 경우를 의미합니다. 다른 쪽 부모에 대한 정보가 없기 때문에 각인 효과가 발생할 수 있습니다. 또한, 상염색체 열성 질환에 대한 비정상 대립유전자를 포함하는 동일한 염색체(동염색체증)가 있는 경우, 부모 중 한 명만 해당 질환을 가지고 있더라도 해당 질환을 앓을 위험이 있습니다.

삼중염기(트리뉴클레오타이드) 반복 장애. 뉴클레오타이드 삼중염기는 자주 발생하며, 때로는 여러 번 반복됩니다. 유전자의 삼중염기 수는 세대를 거쳐 증가하는 경우가 있습니다(정상적인 유전자는 삼중염기 반복이 상대적으로 적습니다). 유전자가 한 세대에서 다음 세대로 전달되거나, 때로는 체내 세포 분열의 결과로 삼중염기 반복이 증가하고 증가하여 유전자가 정상적으로 기능하지 못하게 할 수 있습니다. 이러한 증가는 분자 검사를 통해 확인할 수 있습니다. 이러한 유형의 유전적 변화는 흔하지 않지만, 일부 질환(예: 이영성 근긴장증, 취약 X 증후군), 특히 중추 신경계 질환(예: 헌팅턴병)에서 발생합니다.

예측. 예측은 질병이 조기에 발병하고 이후 세대로 갈수록 더욱 심해질 때 발생합니다. 부모가 모자이크(키메라)이고 자식이 모든 세포에서 완전한 돌연변이를 가질 때 예측이 발생할 수 있습니다. 또한 반복 횟수가 증가하고 그에 따라 표현형 손상의 심각도가 다음 세대로 증가할 경우, 삼중 반복 확장으로 나타날 수도 있습니다.