줄기세포·유전자가위로 불확실한 진단 해소

스탠퍼드대학교 연구진이 유전자(DNA) 가위와 줄기세포 기술을 사용해 심장질환과 관련한 유전자 변이가 양성인지 음성인지 밝혀내는 방법을 찾았다.

스탠퍼드대 의과대학 조셉 우 교수팀은 이 같은 연구결과를 미국심장학회지(Journal of the American College of Cardiology) 2018년 6월 26일자에 발표했다.

유전자 검사가 점점 빠르고 저렴하게 이뤄져 여러 질병 진단에 활용되고 있지만, 아직 결과가 모호한 경우가 종종 있다. 이런 유전자 변이 검사 결과는 환자의 질병 위험에 대한 불확실성을 키운다. 유전자 검사 결과 심장마비를 일으킬 수 있는 유전적 변이가 있다고 한다면 환자는 일단 두려워하겠지만, 이 변이는 완전히 양성일 가능성도 있다.

이번 연구에 참여한 39세 환자는 심장 박동이 불규칙적으로 증가하는 심계항진증과 가벼운 현기증 등의 증상으로 의사를 찾았다. 그에게는 축구를 하다 심장마비가 온 친척과 졸도 병력이 있는 형제, 40세 이전에 갑자기 4명의 형제를 잃은 할아버지가 있었다.

의사는 심장기능을 검사하기 위해 심전도를 검사했다. 결과가 확정적이진 않았지만, 의사는 조심스럽게 실신이나 급성 심정지를 일으킬 수 있는 유전성 질환인 ‘긴QT 증후군‘을 의심했다. 유전자 검사 결과에서도 긴 QT 증후군의 원인 유전자로 알려진 KCNH2 유전자에서 변이가 발견됐지만, 이 역시 진단을 확정하긴 어려운 불확실한 변이였다.

이 환자의 유전자 변이가 음성인지 양성인지 확인해달라는 의뢰를 받은 우 교수팀은 첫 단계로 환자의 혈액에서 얻은 세포로 ‘유도만능줄기세포‘(iPS)를 만들었다. 어떤 세포로든 분화할 수 있는 이 세포는 심장과 유사하게 꾸민 배양 접시에서 자발적으로 박동하는 심장세포로 분화했다. 이 세포는 KCNH2 유전자 변이를 포함해 환자와 완벽히 똑같은 유전적 구성을 갖고 있었다. 연구진은 이렇게 배양한 심장세포로 다양한 검사를 할 수 있었다.

연구진은 KCNH2 유전자 변이에서 결함이 있는 뉴클레오타이드를 수정하기 위해 크리스퍼 유전자 가위를 사용했다. 변이를 가진 심장세포는 건강한 환자에 비해 심장 박동이 지연되고 가벼운 부정맥 증상이 나타나는 등 긴 QT 증후군의 증상들을 보였다. 이런 증상은 돌연변이를 교정한 세포나 건강한 환자의 세포에선 나타나지 않았다.

연구진은 검사 결과를 종합해 이 환자가 경증의 긴 QT 증후군을 가졌다는 것을 확인했다. 앞서 발표된 다른 연구에서 연구진은 동일한 유전자 편집 도구와 줄기세포 기술을 사용해 불확실한 진단이 나온 비후성 심근증 환자에게 양성 판단을 내려준 바 있다.

우 교수는 “이 방법을 통해 우리는 환자에게 걱정하지 말라고 얘기할 수 있다”며 “정밀한 방법으로 환자의 충족되지 못한 요구를 해결한다는 점에서 흥미로운 결과”라고 말했다.