SNP(Single Nucleotide Polymorphism)와 맞춤의학


안녕하세요? 국가과학기술위원회 블로그 기자단 2기 이다호라입니다.  
사람마다 다른 특성에 따라 질병을 예방하고 관리할 수 있다면 어떻게 될까요? 최근 생명공학 기술의 발전으로 사람의 유전자를 분석해 질병을 맞춤 관리할 수 있는 맞춤 의학이 발전되고 있습니다. 맞춤의학에서 가장 중요한 SNP(Single Nucleotide Polymorphism)의 원리와 함께 맞춤의학에 대해 알아보겠습니다.

DNA의 유전암호 DaveFayram http://www.flickr.com/photos/davefayram/4247007084/

먼저 SNP에 대해 알아보기 전에, 유전정보가 어디서 오는지 살펴볼까요?

우리 몸은 세포로 이뤄져있고, 세포는 공통적으로 핵을 가지고 있습니다. 그 핵 속에는 염색체라는 물질이 있는데, 염색체 안에는 유전 정보를 저장하는 DNA가 존재합니다. DNA는 유전정보 전달물질이며, 생명체를 구성하는 유전자 설계도라고 말할 수 있답니다. 이 유전자 설계도는 아데닌(A), 구아닌(G), 티민(T), 사이토신(C) 네 가지의 염기로 암호화 되어있습니다. 이 네 가지의 염기가 만드는 암호에 따라 생물의 구조와 특성이 변하게 되는 것입니다. 이 DNA 중에서 특별한 기능을 암호화하는 구간을 유전자라고 하며, 우리 몸에는 25,000개의 중요한 유전자가 있답니다. 유전자는 머리카락의 색, 피부색, 키부터 질병에 걸릴 위험까지 우리 몸의 모든 것을 결정합니다. 

DNA의 구조 @ynse http://www.flickr.com/photos/ynse/542370154/

DNA에서 유전정보가 어떻게 암호화될까요?
앞에서도 말한 것처럼 DNA 분자는 A, G, C, T의 4가지 염기를 배열하여 암호를 만듭니다. 이 4가지 염기 중에서 3개가 만나면 정보를 가지게 되며, AGC, AGT, ATC, ACG 등 64가지의 암호문을 만들 수 있습니다. DNA에서 이처럼 3개의 염기로 된 코드는 ‘트리플렛 코드(triplet code, 3염기설)’라고 불리며, 특정한 아미노산을 지정하게 됩니다. 따라서 염기의 배열 순서에 따라 만들어지는 단백질의 종류가 달라지는 것입니다.

유전정보의 암호화 @dullhunk / http://www.flickr.com/photos/dullhunk/4422952630

그럼 SNP((Single Nucleotide Polymorphism))는 무엇일까요?
사람의 DNA은 99.9%가 동일한 구조를 가지지만, 남은 0.1%의 차이가 머리색, 키, 체질 등의 변화를 가져옵니다. 개인별로 염기서열의 차이를 분석해보면, 그 중 90%가 같은 위치에서 한 염기가 다른 염기로 바뀐 것을 알 수 있습니다. 이렇게 여러 사람들의 DNA 염기서열에서 다른 염기가 같은 위치에서 발견되는 것SNP(Single Nucleotide Polymorphism : 단일염기다형성)라고 합니다.

SNP의 개념 @JD Hancock / http://www.flickr.com/photos/jdhancock/5021666285/

SNP는 약 1000개의 염기서열마다 한 개씩 나타나며, 이런 미세한 차이에 의해 유전자의 기능이 달라지고 이것이 결국 인종이나 머리색, 키, 질병 발생 확률 등을 결정하게 됩니다. 또한 SNP는 유전적으로 얼마나 가까운지 그 근접성을 알려주는 지표역할을 합니다.

SNP는 일종의 돌연변이라고 생각할 수 있지만, 우리가 흔히 생각하는 돌연변이와는 살짝 다른 개념입니다. 돌연변이하면 질병이나 희귀병들을 일으키는 원인이라 생각할 수 있지만, SNP가 항상 질병 발병율과 관련되는 것은 아닙니다. DNA 염기서열에 SNP라는 변화가 있었기 때문에 사람이 다양한 형질을 가지며 자연에 적응하고 진화 할 수 있었답니다. 

SNP 패턴을 분석해보면 겉으로 보이는 형질뿐만 아니라, 경우에 따라 질병의 발생가능성이나 약의 민감도가 달라집니다. 예를 들어 특정 SNP 부분에 A 염기를 가질 경우에 자궁암에 걸릴 확률이 높아진다거나, T 염기를 가질 경우에 아스피린에 민감하게 반응할 수 있겠죠. 따라서 우리는 SNP 분석을 통해 질병 예측과 개개인별 특성에 따른 진단이 가능해진 것입니다. 바로 이 원리를 이용하여 의학에 적용한 것이 바로 “맞춤의학”입니다.

맞춤형 진료가 가능하다면 어떻게 될까요? @Seattle Municipal Archives / http://www.flickr.com/photos/seattlemunicipalarchives/4058808950/

맞춤의학은 우리생활에 어떻게 영향을 줄까요?
우리는 향후 유전자지도와 SNP 분석을 통해 특정질환이 발생할 확률을 예측하고, 개인의 체질에 맞는 진단법, 치료법을 개발할 수 있습니다. 또한 환자에 따라서 체질에 맞는 약물을 투여함으로써 개개인별로 맞춤 진료를 할 수 있습니다. 현재까지는 당뇨병이면 당뇨병에 해당되는 방법으로 치료를 해왔지만, 이제는 개개인의 특성에 따라 같은 질병을 가지고 있더라도 약물 민감도나 치료 효과가 다르기 때문에 각기 다른 치료방법과 약물을 적용시켜서 빠르고 완벽하게 병으로부터 회복시킬 수 있을 것입니다. 뿐만 아니라, SNP 분석을 통해 아직 병에 걸리지 않은 사람도 병에 걸릴 확률을 예측하여, 그에 맞는 식단이나 운동요법을 맞춤형으로 제공하여 질병을 예방할 수 있겠죠.

맞춤형 약물 제공이 가능한 시대가 오게 될까요? @Images_of_Money / http://www.flickr.com/photos/59937401@N07/6127242068/

하지만 이것이 실제로 적용되기 위해서는 단시간 내에 적은 비용으로 개개인의 SNP와 유전자 구조를 분석할 수 있는 기술이 필요합니다. 개개인의 유전자 지도를 빠르고 값싸게 얻을 수 있어야 즉각적인 진료가 가능하기 때문입니다. 또한 각 SNP 부분마다 가지고 있는 특성을 알아낼 수 있는 통계자료도 뒷받침되어야 합니다. 이렇게 통계자료가 기반이 되어야, 질병 발병률이나 약물 민감성을 예측 할 때 결과가 좀 더 정확해지겠죠?

현재는 새로운 SNP 발굴을 위해 다양한 방법들도 개발되고 있으며, SNP 분석 이외에도 마이크로어레이(Microarray)등 DNA를 대량으로 분석하는 방법이 개발되고 있답니다. 최근에는 의학계뿐만 아니라 약학계도 맞춤의학에 주목하고 있다고 하니, 맞춤의학 분야도 빠르게 성장하지 않을까요? 개인별로 질병을 진료하고 각 특성에 따른 예방이 가능한 맞춤진료의 미래를 기대해봅니다.

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우리 생활 속 과학이야기

21번째 염색체의 반란, 다운증후군(Down syndrom)

 
사람의 몸에는 염색체(Chromosome)가 23쌍 존재합니다. 염색체란 몸을 이루는 모든 세포의 핵 가운데서 볼 수 있는 매우 작은 물질을 말하는데, 한 쌍의 염색체에는 동일한 형태와 구조를 가진 두 개의 염색체가 있어 모두 46개의 염색체가 존재하며, 염색체 안에는 수많은 유전자의 이중가닥이 나선형 구조를 이루고 있습니다.

나선형구조(@kamikaze gecko / http://www.flickr.com/photos/81858832@N07/7499860676)

상염색체가 22쌍, 성염색체가 1쌍으로 이 중 22개의 상염색체는 국제통일 명명법에 따라 크기순으로 1 ~ 22번까지 번호가 매겨져있답니다. 사실, 근래에 들어 그 번호와 실제 길이가 일치하지 않다는 것이 밝혀졌지만 종전의 번호 그대로 사용되고 있습니다.

우리는 종종 주변에서 머리, 귀, 손이 굉장히 작고, 얼굴이 편평하며 눈 사이 간격이 멀고, 눈의 방향이 사시이며, 청력이 좋지 않는데다 지능이 현저히 떨어지는 아동들을 볼 수 있습니다. 바로 다운증후군을 앓고 있는 아동들인데요, 다운증후군은 신생아 800명 당 1명꼴로 발생하며 대부분 천사같이 봉사정신과 인내심이 강하고 쾌활하기 때문에 ‘쳔사병(천사증후군)’이라 부르기도 합니다. 이 아이들은 대개 심장병이나 정신박약, 내장의 형태 이상을 가지고 있는 경우가 많습니다.

@Andreas-photography / http://www.flickr.com/photos/sheepies/2786465147


다운증후군(Down syndrom)은 대부분이 21번 염색체가 정상인처럼 2개가 아닌 3개인, 삼체성으로 이상 발현한 유전질환입니다. 21번 염색체는 2개가 있어야 신체 발달이 정상적으로 이루어지게 되는데, 만약 21번 염색체가 3개거나(삼체성), 21번 염색체가 다른 염색체와 전좌가 이루어진 경우(4%), 그리고 정상 염색체와 삼염색체를 가진 이상 염색체가 섞여 마치 모자이크 해놓은 것처럼 세포분열 형태를 보이는 경우(1%) 다운증후군이 됩니다.

대부분 다운증후군은 유전되는 것이 아니지만 극히 일부분의 다운증후군에서 유전성인 경우가 있습니다. 또한 우리는 다운증후군이 정상인 부부에게서도 나올 수 있다는 사실은 간과하기도 하는데요. 우리 몸의 유전자는 부모로부터 물려받은 것입니다. 그래서 우리는 부모님과 많이 닮았습니다. 그런데, 물려받은 유전자가 발현될 수도 있고 발현되지 않을 수도 있습니다. 즉, 부모 세대에는 발현되지 않던 유전자가 자녀 세대에는 발현되어 부모에게 없던 특징이 생기기도 하는 것이지요. 다운증후군의 경우, 전체의 4% 정도인 전좌형은 어머니 쪽이 보인자라면 다운증후군 아이를 낳을 확률이 각 임신에 대하여 10% 또는 그 이상이고, 아버지 쪽이 보인자라면 그 확률은 2% 또는 그 이상입니다. 물론 다운증후군 전체로 봤을 때는 다운증후군이 유전성일 확률은 0.5%에도 못 미칩니다.

다운증후군은 모든 신체에 영향을 미치는데요, 다운증후군을 갖고 태어난 아이 가운데 40%는 선천성 심질환을 동반하고 있고 일부가 방실중격결손입니다. 그렇다고 방실중격결손인 아동이 모두 다운증후군인 것은 아니므로 얼굴에서 나타나는 증세를 유심히 살필 필요가 있습니다.

@ckbasi / http://www.flickr.com/photos/9125986@N02/5404438950

또한, 다운증후군 아동들은 소화기관의 기형을 가지고 있는 경우가 많습니다. 신생아 때는 목 근육에 힘이 없어 잘 먹지 못하고 토하는 증상을 나타내기도 합니다. 이와 같이 제대로 된 영양공급이 어렵기 때문에 호흡기가 정상적으로 발달하지 못하여 호흡이 거칠고 빠르며 심한 경우 숨 쉬는 것이 어려울 수도 있습니다. 이럴 경우 빨리 병원에 데려가서 진단을 받아야 할 것 입니다.

아이의 다운증후군 여부를 알아보기 위해 출생 시에 갑상선 기능 검사, 심장 초음파 검사, 생후 8개월에는 고막 검사를 비롯한 청력 검사, 만 3세에는 목 척추 이상 X-ray 촬영, 잦은 감염이 있는 아이는 면역글로불린 검사를 하는 등 지속적인 관심으로 다운증후군 여부를 살펴야할 필요가 있습니다. 그리고 35세 이상의 여성이 임신하는 경우 어린 임신부보다 기형아를 낳을 위험률이 통계적으로 높습니다. 따라서 35세 이전에 임신을 하는 것 또한 다운증후군 발현을 예방할 수 있는 하나의 방법이 되겠습니다.  

염색체 모형(@David Ascher / http://www.flickr.com/photos/davidascher/2829645)


최근 미국 국립보건원(NIH)의 캐서린 스퐁 박사는 신경세포 발달에 필요한 두 가지 핵심 단백질인 NAP와 SAL을 다운증후군이 발현된 새끼를 가진 쥐에 주입한 결과! 다운증후군 증세가 없는 새끼가 태어났다고 밝혔습니다.

스퐁 박사는 다운증후군의 근본원인이 21번 염색체의 이상이지만, 발병과정에서 새로운 신경세포의 발달을 관장하는 뇌세포인 아교세포가 제대로 기능을 하지 못해 신경세포 발달에 필요한 두 핵심 단백질인 NAP와 SAL을 충분히 만들어 내지 못한 것도 발병 원인이라 보았습니다. 스퐁 박사는 이 두 단백질은 다운증후군 태아에 투여하면 다운증후군 증상 중 감각기능장애가 해소될 것이라 가설을 세웠고 쥐 실험을 통해 확인할 수 있었습니다.

개인적으로는 하루 빨리 이 실험 결과가 사람의 태아에게도 적용되어 다운증후군을 앓는 아이들이 줄었으면 하는 바람입니다. 하지만 그보다 더 중요한 것은 다운증후군을 앓고 있는 이들에게 향하는 곱지 않은 시선이 사라져야 한다는 것이겠죠. 우리의 호기심 어린 시선이 아이나 아이의 부모이게 상처로 남지 않도록 인식의 전환이 필요할 것 같습니다.
 




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