From 재단법인 게놈연구재단

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세포별 유전체에 담긴 면역결핍, 자가면역, 아밀로펙틴증 정보

 
Amylopectinosis1.jpg
                    Figure 1 아밀로펙틴증으로 보고된 첫 번째 여성 환자  


  아밀로펙틴증은 1952년 안데르센 박사에 의해 보고된 질환으로, 간, 신장, 심장, 근육 등에 저장되어 있는 비정상적인 글리코겐 효소의 결핍에 의한 당원병이다. 증상은 일반적으로 신생아기 또는 태어난 지 18개월 안에 증상들이 뚜렷하게 나타난다. 성장 장애, 비정상적으로 간과 비장이 커지는 증세들이 나타나고, 간 조직의 섬유화와 파괴가 일어나는 간 경화증이 나타나며 이로 인해 간 기능을 점차적으로 상실하게 된다. 대부분 간 경화증으로 인해 약 5세에 간 이식을 해야 하거나 생명에 위협을 주는 합병증이 발생할 수 있다. 그러나 드물게 어떤 환자들은 간질환이 진행도지 않는다는 보고도 있으며, 전혀 증상이 나타나지 않는 경우도 있어 주의를 요하는 질병이다.

 

  아밀로펙틴증은 매우 드문 질환으로 현재까지 전 세계적으로 수십 차례의 예만 알려져 있을 정도로 희귀질환이다. 일반적으로 진단이 내려지는 유아 초기부터 간경변1)이 진행되는 경우는, 간부전이 생성되어 3세 이전에 사망하는 경우도 있다. 그러나 현재는 간, 백혈구, 섬유아세포2)에 의한 효소활성 측정만으로 진단할 뿐이다. 임상평가와 특이 신체소견, 가족력 등을 통한 정밀 검사가 있으나, 유전 장애인 만큼 정확한 유전적 진단이 필요하다.



유전체 분석을 통한 아밀로펙틴증과 면역반응

 

  미국 록펠러 대학의 인간유전연구소에서 자가면역과 면역결핍 증상의 아밀로펙틴증 환자를 포함하는 프랑스와 이탈리아 가족 12명의 '전장 유전체 시퀀싱(whole-genome sequencing)'으로 새로운 질병 유전변이를 확인하고, 변이 부위만을엑솜시퀀싱(exome sequencing)으로 다시 한번 해독하였다. 그 결과, [Figure 2] 가계도의 프랑스 가족의 두 자매와 이탈리아 가족의 한 남성에게서 20번 염색체의 HOIL1TRIB3 유전자 변이([Figure 3])로 인해 단백질 변형이 생겼다는 것을 확인하였다.


  프랑스 두 자매의 경우 SNP 어레이와 CNV(copy number variation), 엑솜시퀀싱에 의해 HOIL1 유전자가 있는 엑손 5번에서 아미노산이 글루타민에서 트레오닌으로 변하는 헤테로 타입의 돌연변이가 발견되었다. 이탈리아 남성의 엑솜시퀀싱에서는 HOIL1 유전자가 엑손 2번에서 발견되었으며, 아미노산의 삭제가 이루어진 것이 확인되었고, 호모 타입의 돌연변이가 발견되었다.



엑손에서 발견된 HOIL1 유전자 변이

 

  엑솜시퀀싱은 염색체를 DNA로 풀어서 엑손 부위만을 걸러낸 후, 유전자를 분석하는 작업인데, 유전자를 찾아낸 후 발현되는 단백질을 확인하고 단백질로 인한 관련 질병과의 연관성을 확인한다. 이에 단백질과 유전자 변이를 확인 할 수 있는 방법이다. 그러나 엑손 부위가 아닌 인트론에서 질병에 관련된 유전자가 존재할 수 있으므로 전장유전체 시퀀싱 결과를 통합하였고, 엑손부위에서 발견된 변이 이외에도 유전적 융합이 이루어지는 변이가 인트론에서 발견되었다.


  각각, 엑손 5번과 2번에서 발견된 HOIL1 유전자는 LUBAC(linear ubiquitination chain assembly complex) 단백질과 상호작용을 한다. LUBAC 단백질은 선형의 HOIL1 유전자의 구조가 변형되어 튀어나오게 되면, 그 부위를 엉키게 하는 단백질이다. HOIL1 유전자의 구조 변형(p.Q185X(c.553C>T), p.L41fsX7(c.121_122delCT))으로 인해 LUBAC 단백질이 엉켜 붙게 되고, 이로 인해 발현될 섬유아세포에 손상이 일어나게 되는 것이다. 손상된 섬유아세포는 글리코겐 분해효소를 분비하지 않게 되고, 아밀로펙틴의 응집이 일어나 결국 아밀로펙틴증을 발생시킨다.


  또한 HOIL1 유전자 변이는 면역체계에 관여하는 수용체 TNF3) 및 IL-1β4)의 활성화에 영향을 끼치게 되는데, TNF의 불활성화로 인해 면역결핍이 일어나고, IL-1β의 과활성화로 인해 자가면역이 일어난다. 또한 수용체들의 활성화로 인해, 백혈구세포의 사멸과 염증 신호 반응, 탄수화물 대사 네트워크에 영향을 끼치게 된다. 예를 들어 TNFRSF1A5) 단백질이 변형되면 염증성 사이토카인의 분비에 변화가 생겨 유아 만성 신경질환, 피부 및 관절 증후군, 뮤클웰스 증후군 등의 질환을 유발하고, IL1RN6) 단백질이 변형되면 상염색체 우성인 화농성 관절염을 유발하기도 하며, PSTPIP17) 단백질이 변형되면 여드름 증후군이나 피부발진 및 무균성 장기 염증의 재발이 발생하기도 한다.



인트론에서 발견된 TRIB3 유전자 변이

 

  HOIL1 유전자에 프랑스의 두 자매는 헤테로 타입의 변이가, 이탈리아 남성은 호모 타입의 변이가 발생하였으며, 일가 친척의 컨트롤에서는 HOIL1 유전자의 발현량이 환자 그룹보다 많았다. 이는 LUBAC 단백질에 의한 발현량의 차이에서 나타난 것이다.


  면역침강법(Immunoprecipitation)8)과 전장유전체 시퀀싱 결과에 의해, 인트론에 위치한 TRIB3 유전자의 변이를 확인할 수 있었다. 이를 통해 면역결핍으로 인한 염증 반응 및 자가면역 반응에 중요한 역할을 하는 NF- κB9)의 활성화를 확인할 수 있었다.



맺음말

 

  아밀로펙틴증은 희귀질환 중에서도 아주 적은 사례만이 보고되고 있는 희귀질환으로 진단에 많은 어려움을 겪는 질환이다. 진단이 힘든 질환에 대해서는 치료법도 명확하지 않기 때문에 치료에 많은 난항을 겪게 된다. 또한 아밀로펙틴증의 경우 환자 개개인에게서 다양하게 나타나는 개별적 증상을 조절해야 한다. 이에 소아청소년과, 내과, 신경과, 심장과 전문의, 영양사 등 건강 관련 전문가들이 협동하여 환자에 대한 포괄적인 접근이 필요한데, 유전체 분석을 통해 과학적 증거에 기반한 정보를 제공할 수 있게 된 것이다.


  전문가들은 간에서 아밀로펙틴의 응집이 이루어진 환자들은 간이식 치료를 통해 오랜 시간 치료 효과를 볼 수 있는지, 그로 인한 다른 신체 기관에 미치는 영향들에 대해 확실한 것은 없다고 말한다. 그러므로 간이식의 장기간 안전성과 효율성, 그리고 간이식이 아밀로펙틴증의 치료에 주는 효과에 관한 더 많은 연구가 필요하다. 그런 의미에서 유전체 분석에 대한 유전상담은 환자와 가족들에게 큰 도움이 될 것이다.





  1. 간경변 : 간경변증은 만성적인 염증으로 인해 정상적인 간 조직이 재생결절(regenerative nodules; 작은 덩어리가 만들어지는 현상) 등의 섬유화 조직으로 바뀌어 간의 기능이 저하되는 것을 의미한다.
  2. 섬유아세포 : 섬유성 결합조직의 중요한 성분을 이루는 세포로 조직절편으로 관찰하면 편평하고 길쭉한 외형을 가지며 흔히 불규칙한 돌기를 보인다. 세포질은 미토콘드리아 •골지체 •중심체 •소지방체 등을 포함하고 그 밖에 특수한 분화는 나타내지 않는다. 핵은 염색성이 약하고 타원형이며 인을 함유한다. 교원섬유에 밀접해 있는 경우가 많고, 그 형성에 관계가 있다고 생각되므로 이런 이름이 붙었다.
  3. TNF(종양괴사인자, tumor necrosis factor) : 대식세포(大食細胞)에 의해 체내에서 생성되는 단백질로서 약칭은 TNF이다. 인간을 포함해 동물 체내에서 만들어지는 제암효과를 가진, 생물학적 응답조절물질(BRM)의 일종이다.
  4. IL-1β : IL-1로 약기. 단구와 대식세포에 의해 생산되는 모노카인. 이밖에도 각화세포와 내피세포 등을 포함한 여러 세포에서 생산한다. IL-1패밀리에는 IL-1α, IL-β, IL-1RA(IL-1 receptor antagonist)가 있다. 분비형 IL-1RA를 제외한 다른 모든 것은 분비를 위한 신호펩티드를 가지고 있지 않다. IL-1α는 전구체에도 생물활성이 있지만 IL-1β는 성숙체에만 생물활성이 있다. IL-1α는 카르바인, IL-1β는 IL-1β변환효소(ICE)에 의해 성숙체로 프로세싱된다. IL-1은 T세포, B세포, 섬유아세포의 증식, 프로스타글란딘 E2의 생산, 발열 등 여러가지 반응에 관계한다. 특히 IL-1은 만성 류마티스성 관절염과같은 만성 염증에도 깊이 관계하는 것으로 알려져 있다.
  5. TNFRSF1A : 종양 괴사 인자 수용체 중 하나. TNFRSF1A 유전자에 의해 인코딩된 단백질의 구성원으로 세포 자살과 신호 전달을 조절
  6. IL1RN : 인터루킨 1 수용체 길항제. IL-1 억제제
  7. PSTPIP1 : 프롤린-세린-트레오닌 인산 가수분해 효소와 상호작용하는 단백질
  8. 면역침강법(Immunoprecipitation) : 많은복합물 중에서 특정한 물질에 대해 항체를 사용하여 특이적으로 침강시켜 분리하는 기법. 침강반응을 응용하여 시료 중에서 목적하는 항원(물질)에 대한 항체를 첨가한 다음 불용화시킨 프로테인A나 고정화시킨 황색포도상구균의 균체벽 또는 불용화시킨 항Ig항체를 사용하여 항체에 결합된 항원을 침강시키는 방법이다. 불용화시킨 항체를 직접 사용하는 것도 가능하다. 초기에는 항Ig항체 그 자체에 의한 거대한 복합체 형성을 이용하여 침강시켰지만 침강조건의 선택이 어렵기 때문에 현재는 사용하고 있지 않다. 생기는 물질의 양은 적고 항체 등의 단백질도 혼재되어 나오기 때문에 방사선동위원소로 표지된 시료가 대상이 된다. 비특이적 결합을 억제시켜야 하기 때문에 여러 가지 면역침강완충액 개발 및 연구가 활발히 진행되고 있다
  9. NF-κB(nuclear factor kappa B) : 면역글로불린 κL사슬유전자의 인트론 증폭자에 결합하는 전사인자.





참고문헌

Immunodeficiency, autoinflammation and amylopectinosis in humans with inherited HOIL-1 and LUBAC deficiency

http://www.nature.com/ni/journal/v13/n12/full/ni.2457.html

Cold Urticaria, immunodeficiency, and autoimmunity related to PLCG2 deletions.

http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1102140

Human TLRs and IL-1Rs in host defense: natural insights from evolutionary, epidemiological, and clinical genetics.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21219179



저자

글 :hjpark

편집 :hapark

키워드 : amylopectinosis, Andersen Disease, whole genome sequencing, exome sequencing, 희귀질환(Rare Diseases), HOIL1, TRIB3, 섬유아세포, LUBAC 등