염색체 검사
[chromosome analysis ]
정의
고전적인 염색체 검사(conventional cytogenetics)는 인체의 세포를 체외에서 배양하여 획득한 분열 중기세포에서 염색체를 분리하여 수적, 형태적 변화를 관찰하여 염색체의 이상 유무를 판단하는 검사법이다. 염색체 검사는 선천성 염색체 이상 질환이 의심될 때와 후천적으로 종양세포의 염색체 이상을 검사하기 위해 실시한다. 선천성 염색체 이상 질환은 대부분 발육 장애나 지능 장애를 포함하는 다발성 기형을 보이게 되고, 이를 확진하기 위해 염색체 검사를 시행한다.
또한 성 분화에 이상이 있을 때나 염색체 이상의 보인자(숨어 있어서 나타나지 않는 유전 형질을 지니고 있는 사람)로 의심될 때도 시행한다. 반복 유산 및 사산아의 병력이 있는 산모 및 그 배우자는 염색체의 서열 중에 2개의 염색체 자리가 바뀐 균형전좌(balanced translocation)를 갖는 정상 보인자(normal carrier)일 수 있으므로 염색체 검사를 해야 하고, 다운 증후군 등가족성 유전질환이 있거나 산모의 나이가 고령인 경우 염색체 이상을 갖는 태아의 출생 확률이 급격히 증가하기 때문에 산전 진단을 목적으로 염색체 검사를 시행한다. 반면 악성 혈액 또는 고형 종양에서는 염색체 검사의 결과가 환자의 진단 및 치료, 그리고 예후 결정에 중요한 정보를 제공하기 때문에 염색체 검사를 시행한다.
일반적인 염색체 검사는 살아 있는 모든 세포를 이용하여 실시할 수 있는데, 선천성 유전질환이나 기형을 의심하는 경우에는 우리 몸의 어떠한 세포를 이용해서도 염색체 검사가 가능하다. 하지만 보통 산전 염색체 검사를 위한 검체로는 양수세포나 융모막 등을 사용하고 출생 후에는 말초혈액의 림프구를 주로 사용한다. 후천적으로 발생하는 악성 혈액 종양이나 고형 종양의 염색체 검사는 반드시 말초혈액 또는 골수 검체 내의 악성세포나 종양조직 내의 종양세포를 사용해야 한다.
최근에는 염색체 검사 기법으로 형광 제자리 부합법(fluorescent in situ hybridization, FISH)이 고전적인 염색체 검사와 함께 사용되고 있다. 이 기법은 염색체 검사에 분자유전학적 검사 기법을 접목한 분자세포유전학(molecular cytogenetics)의 하나로, 현재 가장 많이 사용하고 있는 방법이다. 염색체 내의 특정 유전자(DNA) 염기서열에만 특이하게 결합하는 유전자 탐색자(DNA probe)를 이용하여 고전적인 염색체 검사에서 현미경으로 관찰하기 어려운 염색체의 미세한 변화까지 관찰할 수 있다. 또한 분열세포가 아닌 상태에의 세포(간기세포)에서도 염색체 이상에 대한 정보를 얻을 수 있고 염색체 이상을 보이는 세포와 정상세포를 구분하여 정량화할 수 있다는 장점이 있다.
종류
1) 고전적인 염색체 검사(conventional cytogenetics)
2) 형광 제자리 부합법(fluorescent in situ hybridization, FISH): 분자세포유전학(molecular cytogenetics)
검사방법
말초의 림프구나 골수검체를 배양하여 광학현미경 1,000배에서 관찰하거나, 유전자 탐색자(DNA probe)를 떨어뜨리고 항온기에서 반응시켜 형광 현미경을 이용하여 분석한다.
1) 고전적인 염색체 검사(coventional cytogenetics)
① 선천성 유전질환이나 기형에 대한 염색체 검사를 위해서는 우선 적절한 검체 내에서 분열세포를 얻어야 하는데, 주로 말초의 림프구를 이용한다. 잘 분열하지 않는 세포이기 때문에 분열촉진제(mitogen)인 식물적혈구응집소(phytohemagglutinin, PHA)를 말초 혈액에 첨가해야 한다. 72시간 배양하게 되면, 식물적혈구응집소(PHA)에 의해서 말초 혈액의 T-림프구의 분열이 촉진되어 세포분열이 일어난다.
악성 혈액종양의 염색체 검사를 위해서는 통상적으로 골수 검체를 이용한다. 선천성 유전질환이나 기형에 대한 염색체 검사와는 달리 분열촉진제를 사용하지 않는다. 세포배양 과정을 거치지 않는 직접법(direct method)과 세포배양 과정을 포함하는 배양법(culture method)이 있는데, 직접법의 경우 세포배양 과정을 시행하지 않아 검사 시간이 단축되는 장점이 있는 반면, 분열지수가 낮아 검사가 용이하지 않는 단점이 있어 대부분 배양법을 이용한다.
② 배양 후, 세포주기를 중기에서 멈추게 하기 위해서 세포분열에 필수적인 방추(spindle)의 형성을 방해하는 식물 추출물의 일종인 콜키신(colchicines) 또는 콜세미드(colcemid) 등을 첨가하여 분열 중기에서 세포의 분열을 중지시킨다.
③ 분열 중기에서 멈춘 세포를 저장용액(hypotonic KCl)을 처리하여 세포를 팽창시켜 염색체들이 세포막 안에서 잘 퍼지도록 만든다.
④ 고정용액(acetic acid-methanol)을 처리하여 염색체를 고정하고 단백질과 핵산의 변성과 침전을 일으킨다. 이 과정을 통해 염색질을 강화하여 추후 슬라이드에 세포를 떨어뜨릴 때 염색체가 흩어지는 것을 막아 염색체 형태의 질을 향상시킬 수 있다.
⑤ 슬라이드에 세포를 떨어뜨리면, 세포막이 터지면서 세포 내 염색체가 슬라이드 위에 부착되게 된다.
⑥ 건조시킨 후, 염색하여 광학현미경 1,000배에서 관찰한다. 염색은 김자액(Giemsa) 염색이 가장 많이 사용된다.
2) 형광 제자리 부합법(fluorescent in situ hybridization, FISH)
① 간기 세포를 이용하는 경우 배양 과정 없이 바로 검체를 저장용액(hypotonic KCl)을 처리하고, 중기 세포를 이용하는 경우에는 고전적인 염색체 검사에서와 동일한 방법으로 배양을 한 후 콜키신(colchicines) 또는 콜세미드(colcemid)를 첨가하여 분열 중기 세포를 얻은 후 저장용액(hypotonic KCl)을 처리한다.
② 고정용액(acetic acid-methanol)으로 세척한 후, 적당한 탁도의 세포 부유액을 만든다.
③ 슬라이드에 세포 부유액을 떨어트린 후, 두 가닥으로 이루어진 DNA를 변성(denaturation)시켜 한 가닥으로 만들기 위해 2 X SSC(salt, sodium, citrate) 처리를 하고, 탈수를 위해 75%, 85%, 100% 에탄올 처리를 한다.
④ 특정 유전자(DNA) 염기서열에만 특이하게 결합하는 유전자 탐색자(DNA probe)를 떨어뜨린 후 커버슬라이드를 덮고 37℃ 항온기에서 6~16시간 반응시킨다.
⑤ 커버슬라이드를 제거한 후 세척 후 대조염색액(DAPI)을 떨어뜨리고 다시 커버슬라이드를 덮는다.
⑥ 형광 현미경을 이용하여 분석한다.
소요시간
판독까지 고전적 염색체 검사의 경우 7~10일, 형광 제자리 부합법의 경우 3~5일
환자의 질환 및 검체 종류에 따라 세포 배양 여부가 다르기 때문에 검사 소요 시간에는 차이가 있으며, 슬라이드가 제작된 후 판독 과정에도 많은 시간이 필요하다. 일반적으로 고전적인 염색체 검사의 경우 7~10일, 형광 제자리 부합법의 경우 3~5일이 걸린다.
결과
1) 고전적인 염색체 검사(conventional cytogenetics)
광학 현미경상에서 염색체의 사진을 찍은 후, 염색체 크기와 중심절 위치 등을 기준으로 번호 순서대로 배열하여 염색체 이상을 판독하게 되는데, 이러한 과정을 핵형 분석(karyotyping)이라고 한다. 핵형 분석을 통해 염색체의 수적, 형태적 이상 소견을 관찰한다. 일반적으로 20개의 세포에서 염색체 변화를 분석한다.
고전적인 염색체 검사에서 정상 남자 핵형 분석
고전적인 염색체 검사에서 다운증후군 남자 핵형 분석
2) 형광 제자리 부합법(fluorescent in situ hybridization, FISH)
형광 현미경상에서 유전자 탐색자(DNA probe)의 형광 신호를 관찰하여 이상 소견을 판독하게 된다. 일반적으로 200개의 세포에서 염색체 변화를 분석하여 정량화한다.
형광 제자리 부합법 검사 사진
진단질병
선천성 염색체 이상 질환, 고형 또는 혈액종양에서의 염색체 이상
염색체 검사는 선천성 염색체 이상 질환, 고형 또는 혈액종양에서의 염색체 이상을 진단한다.
출처
제공처 정보
서울대학교병원 의학정보 http://www.snuh.org/
세브란스병원 건강칼럼 http://sev.iseverance.com
