혈액종양의 분자세포유전학

Molecular Cytogenetics in Hematologic Malignancy

 

 

한림의대 조현찬

주요 학습내용   

    1. 혈액질환에서 염색체 분석의 목적     
    2. 혈액종양의 염색체 분석 방법 
    3. 염색체 결함의 표기 방법     
    4. 백혈병에서 흔히 관찰되는 세포유전학적 결함과 의의   
    5. 염색체 결함에서 분자생물학적 변화양상 

 

참고자료


1. 세포유전학의 역사적 배경

Tjio & Levan가 1956년에 인체의 염색체수가 46개라는 것을 명확하게 밝힌 후, 1960년에 Nowell과 Hungerford이 만성골수성백혈병에서 Philadelphia 염색체(Ph) 발견하여 선천성 기형뿐만 아니라 혈액종양에서도 염색체 이상이 온다는 사실을 알아냈다.  그 후 오랜 암흑기를 거쳐 1971년에야 Seabright가 분염법(分染法, banding technique)을 개발하여 모든 염색체의  정확한 동정이 가능해졌고, 1973년에 급성골수성백혈병에서 t(8;21), 1977년에는 t(15;17), t(4;11) 등을 발견하게 되었다.  


1976년 Yunis에 의해 고정도 분염법(high-resolution banding technique)이 소개되어 원인불명의 여러가지 유전성 질환과 염색체 이상의 관련성이 보다 명확하게 밝혀졌다. 또한 대부분의 악성 혈액종양에서는 염색체 이상이 나타나고, 질병진단, 예후추정 그리고 치료방향 설정에도 도움이 된다는 사실도 알게되었다. 1980년에는 통상적인 G-분염법으로 찾기 어려운 t(9;11), inv(3), del(16q), inv(16), t(1;3), t(1;19) 등의 염색체 이상도 보고되었다.


1983년에는 t(8;14) 염색체이상에서 MYC-IGH, 1984년는 만성골수성백혈병의 t(9;22)에서 bcr-abl 유전자 재배열 발견하는 등 DNA 분자수준에서의 연구가 활발하게 이루어지게 되었다. 1985년부터 10년동안 세포유전학 명명법에 관한 국제회의(ISCN 1985, 1991, 1995)가 3차례 개최되어 세포유전학의 꽃을 피원으며, 1990년대에는 t(4;11)에서 MLL 유전자재배열, t(1;19) PBX1-E2A, t(15;17) PML-RARA, t(8;21) AML1-ETO, t(6;9) DEK-CAN, inv(16) CBFB-MYH11, t(9;11) MLL-AF9 유전자재배열 등이 계속 보고되었다.

2. 혈액종양의 염색체 분석검사

선천성 기형의 원인을 규명하기 위한 말초혈액 세포배양(PHA-stimulated lymphocyte culture)은 비교적 쉽게 분열세포를 얻을 수 있고, 결과해석도 상대적으로 간단하다. 그러나 혈액종양의 염색체 분석은 phytohemagglutinin(PHA)을 첨가하지 않고 세포배양 방법에서도 약간의 차이점이 있다. 또한 혈액종양에서는 원칙적으로 골수검체를 이용하는데 질적으로 양호한 염색체를 발견하기 어려울 뿐더러 구조적인 결함도 복잡한 경우가 많다. 따라서 염색체 분석 결과를 판독하고 해석하는데는 혈액학적 전문지식이 요구된다.


대부분의 백혈병과 골수이형성증후군(myelodysplastic syndrome), 골수증식성질환(myelproliferative disorder), 림프계 악성종양은 염색체 결함을 동반한다. 이러한 염색체 이상에는 상당히 일정한 방식으로(non-random) 염색체의 재배열이 있게 되고 독특한 생물학적 특징을 갖는다. 따라서 혈액종양에서 염색체 분석은 진단적 목적과 치료효과 판정을 위해 이용된다. 또한 예후추정, 치료약제의 선택, 병인(病因)추구를 위해서도 염색체 분석은 필수적인 검사이다. 

3. 검체채취 및 운송

혈액 3ml(골수일 경우 2ml)를 채취해서 항응고제가 들어있는 플라스틱 시험관에 즉시 옮기고 응고방지를 위해 충분히 섞어준다. 이 때 항응고제는 방부제가 들어있지 않은(preservative-free) heparin을 주로 사용한다. 골수검체는 검체채취 당일 처리하는 것이 가장 좋지만 검체의 운송기간이 오래 지연될 경우 냉장온도로 보관하여 24시간까지 처리가 가능하다.


혈액종양의 염색체 검사는 세포분열과 분화가 가능한 조혈 전구세포(前驅細胞), 즉 조혈간세포 및 아세포, 전골수구 등이 염색체 검사에 유효한 세포이므로 임상소견 및 혈액검사에 대한 정보가 필요하다. 골수일 경우 적어도 세포수가 2x10
6/mL이 되도록 조절하게 되며, 분열세포수가 적은 말초혈액인 경우는 일반혈액검사(CBC), 백혈구 감별계산을 고려해서 세포수를 맞춘다. 따라서 검사실에서는 반드시 환자의 혈액검사 데이터를 알고 세포배양을 실시해야 한다. 특히 치료중인 환자의 종양세포는 치료전 세포와 흔히 다른 성상을 보이므로 실패할 확율이 높다.

4. 염색체 검사방법 선택

1) 직접법(direct method) : 세포배양 과정을 거치지 않아 검사기간을 단축할 수 있는 장점은 있으나, 분열세포를 충분히 얻지못해 실패할 확율이 높다는 단점도 있다.


2) 배양법(culture method): 국내외 대부분의 염색체검사에서 이용되는 방법으로 검사과정은 다음 5단계로 나눈다.
   (1) 세포배양
   (2) 중기에서 세포분열을 정지시키기 위한 colcemid 처리
   (3) 저장성 염류용액으로 세포를 팽창시키는 저장처리
   (4) 팽창된 세포를 고정
   (5) 표본제작 및 염색

 

3) 고정도 분염법(high-resolution banding) : 대부분의 혈액종양세포 염색체는 수적인 이상 뿐만 아니라 다양한 구조적인 결함을 나타낸다. 그러나 통상적인 배양법 만으로는 충분한 수의 분열세포를 얻기 힘들며, 관찰되는 염색체의 크기도 작아서 염색체의 미세한 구조적 결함을 발견해 내기도 어렵다. 대표적인 것으로는 methotrexate 동기화(MTX-synchronization)를 이용한 고정도 분염법(高精度 分染法)인데 골수계 혈액종양에서 특히 분열지수(分裂指數)가 상대적으로 높고, 세포분열 전중기-중기(early-mid metaphase)의 긴 염색체에서 미세한 구조이상의 검출이 가능하다. 방법상으로는 통상적인 배양법과 비슷하나 근본적인 차이점은 세포배양 단계에서 DNA 합성 억제제인 MTX와 그 작용의 해제를 위한 thymidine이 첨가된다는 점이다. 또한 colcemid 필요량도 적고, 처리시간이 훨씬 단축된다.  

 

4) Thymidine-treated unsynchronized  technique : 일부 백혈병에서는 thymidine만 처리하는 것이 MTX-동기화법 보다 우수한 경우가 있어 고정도 분염법의 보조적인 방법으로 이용된다.
5) Fanconi 빈혈 진단의 말초혈액 배양법 : 비슷한 연령의 대조군도 같이 검사를 시행해야 한다. 염색체절단(chromosome breakage)의 발현(發現)을 위해 mitomycin C나 diepoxybutane도 첨가한다.
6) 기타 방법 : 많은 변법(變法)이 소개되고 있는데, 중요한 점은 각 검사실 실정에 따라 여건에 맞고 익숙한 방법이 있어야 한다.

5. 핵형분석 (karyotyping)

핵형분석(karyotyping)이라 함은 전통적으로 분열세포 사진의 염색체를 가위로 짤라서 배열하는 과정을 의미한다. 최근에는 현미경에 컴퓨터시스템을 장착하고 핵형분석 결과를 레이저프린터로 출력해내는 자동염색체분석기(automated chromosome analyzer)를 사용하여 사진제작에 따르는 번거러음을 없애고, 검사시간도 현저하게 단축시킬 수 있었다.


정상 골수세포는 대부분 양호한 염색체를 보이지만 백혈병세포나 다른 종양세포는 염색체가 위축되고, 염색대의 경계부위가 불명확하며 질적으로 불량한 형태를 보인다. 즉 염색체 이상은 흔히 판독이 어려운(poor quality) 분열세포에서 발견된다. 염색체 결함을 찾는 과정은 현미경을 통해서 이루어지는데 염색체 판독의 지침은 다음과 같다.

 

(1) 동일한 구조적 이상이나 과염색체(extrachromosome)를 가진 분열세포가 2개 이상, 같은 소실 염색체(missing chromosome)를 가진  분열세포가 3개 이상일 때 비정상 핵형으로 판정한다. 정상 염색체가 한개라도 있으면 정상 세포군이 존재함을 의미한다.

(2) 염색대(band)가 불량하고, 구조적 결함이 인정되는 "미확인 염색체(marker chromosome)"가 나타날 때 흔히 악성세포군의 존재를 의미한다.

(3) 미세한 구조적 이상과 수적 이상이 일정하지 않을 경우는 일단 정상 핵형으로 보고하지만, 이들의 빈도가 높다면 염색체 불안정(chromosome instability)으로 추정한다. 어떤 경우 재검에 의해서 비정상 세포군이 발견된다면 이러한 염색체 불안정은 가까운 장래에 악성질환이 발생할 것임을 의미할 수도 있다.

 Fig.1. 고전적인 핵형분석 과정

 

Fig.2. 자동염색체분석기 (automated chromosome analyzer)

 

6. 핵형분석에 의한 염색체 이상의 표기방법 ; 염색체의 구조와 명명법

 

(1) 정상 염색체는 46개(23쌍)이고, 22쌍의 상동염색체(autosome)와 1쌍의 성염색체 (sex chromosome)로 구성된다. 염색체 배열은 염색체의 크기, 동원체의 위치, 염색대의 양상을 고려한다.
(2) 동원체(centromere)의 위 아래로 단완부(short arm)와 장완부(long arm)가 위치하 는데 각각 "p", "q" 기호로 표시되며, 핵형기재 방식은 인체 세포유전학적 명명법에 관한 국제규약 즉, ISCN (International System for Human Cytogenetic Nomenclature, 1995)에 따른다.

 

 

(3) 염색체 이상이 있게되면 먼저 총수를 나타낸 다음 성염색체를 기재하게 되는데 염색체 과부족이 있을 경우에는 "+" 또는 "-" 부호를 쓰고 해당 염색체의 번호를 순서대로 기재하게 된다.
(4) 구조 이상은 전좌(translocation), 결실(deletion), 역위(inversion), 환염색체(ring chromosome), 동완염색체(isochromosome) 등의 형태로 표현되고 있는데, 악성 혈액질환을 비롯한 대부분의 종양세포에서 관찰된다. 각종 염색체 이상은 예시와 같이 ISCN(1995) 표기방법에 따라 기재한다.

 

【예시】
     ① 동완염색체(同腕染色體, isochromosome) : 46,X,i(X)(q10)
     ② 결실(缺失, terminal/interstitial deletion) :     46,XX,del(1)(q21), 46,XX,del(1)(q21q31)

     ③ 역위(逆位, paracentric/pericentric inversion) : 46,XY,inv(2)(p13p24), 46,XY,inv(2)(p21q31)
     ④ 환염색체(環染色體, ring chromosome) : 46,XY,r(2)(p21q31)
     ⑤ 상호전좌(相互轉座, reciprocal translocation) : 46,XY,t(2;5)(q21;q31)
          Robertson 전좌 : 46,XX,der(13;21)(q10;q10),+21   
         복잡한 전좌(complex translocation) : 46,XY,t(2;5;7)(p21;q23;q22)

 

7. 혈액종양에서 염색체 재배열과 암유전자

1) 만성골수성백혈병 (Chronic Myelogenous Leukemia, CML)

 

 만성골수성백혈병(CML)에서 Philadelphia(Ph) 염색체는 인체 종양에서는 가장 먼저 발견된 염색체 이상으로 CML중 약 95%에서 나타나며, 양호한 예후에 대한 지표로 이용되고 있다. 고정도 분염법에서 관찰되는 소견은 9번과 22번 염색체 장완부 말단의 전좌이며, 핵형은 t(9;22)(q34.1;q11.21)로 표기한다.


정상세포와 Ph(+) 백혈병세포가 혼재된 Ph 모자익형(mosaicism)은 질병 초기에 많이 발견되지만 Ph 염색체가 단독으로 나타나는 경우와 비교했을 때 예후에는 큰 차이가 없다. 다른 골수증식성 질환에서 발견될 때는 수개월내 CML로 진행된다는 보고가 있으며, Ph(+) CML의 5%에서는 변이형(variant)도 나타난다. 3개 이상의 염색체에서 결함을 보이는 복잡형 전좌는 만성형의 CML이 더욱 진행되어 급성기(acute phase)로 진행되면 약 80%에서 이차성(secondary) Ph, iso 17q, +19 또는 +8 등 다른 염색체 결함이 동반된다. 이들 염색체 이상은 골수성 전환(myeloid transformation)에서 더욱 흔하다.


형광동소보합법(fluorescent in situ hybridization, FISH)으로 9q34 위치에
abl 암유전자의 존재를 확인할 수 있고, t(9;22)에서는 abl 암유전자가 22q11.21의 bcr 유전자와 재배열되어 abl-bcr 잡종유전자(hybrid gene)를 만들게 된다. abl-bcr 유전자의 전사(transcription)로 hybrid bcr mRNA가 생기고 해석과정(translation)을 거쳐 210 kD 단백이 형성된다. 이 단백은 c-abl 유전자 산물과는 다른 tyrosine kinase 활성을 가진다. 따라서 bcr fusion은 abl 원암유전자(protooncogene)가 암유전자(oncogene) 형으로 활성화되는 과정으로 이해하고 있다. 

 

 

Fig. 5. Chronic myelogenous leukemia with marked granulocytosis and thrombocytosis

              

Fig. 6. Karyotype of Philadelphia chromosome- positive chronic myelogenous leukemia with  t(9;22)(q34;q11)

                            (Ph = Philadelphia chromosome)

 

Fig. 7. Schematic representation at the 1000-band  stage of chromosomes 9 and 22 in CML. Arrows indicate the locate the location of c-abl oncogene and bcr gene on normal and defectve chromosomes 9 and 22, respectively.

 

 

2) 급성골수성백혈병 (Acute Myeloid Leukemia, AML)

 

급성골수성백혈병(AML) 환자에서의 세포유전학적 분석 결과들은 많은 문헌에 기술되어 있는데 가장 흔한 염색체의 수적 이상은 8번 염색체 획득(13%)과 7번 염색체 소실(10%)이다. 이들 이상은 AML의 대부분의 아형에서 볼 수 있다.

 

8;21 전좌


급성백혈병에서 염색체의 구조적 이상으로는 8번과 21번 염색체간의 전좌형[t(8;21)(q22;q22)]이 가장 먼저 밝혀졌다. 이 염색체 이상은 성인 급성골수성백혈병의 약 10%에서 나타나고, 소아 급성골수성백혈병에서는 약 20%에서 보고되었다. 일반적으로 AML-M2 아형에 국한되어 나타나지만 몇몇 환자들은 AML-M4 아형으로 분류되기도 한다. t(8;21)이 있는 경우 AML의 다른 아형에서는 드문 성염색체의 소실이 약 75%의 환자에서 동반된다. 성인 t(8;21) 환자들은 비교적 항암치료에 좋은 반응을 보이는 반면, 소아 환자들은 불량한 예후를 보인다. 이러한 염색체 이상을 가진 세포들은 세포형태학적으로 auer rods, pseudo-Chdiak-Higashi inclusions, hypergranular myelocytes가 자주 출현한다는 특징을 갖는다.

 

t(8;21)에는 21번 염색체의 AML1 유전자와 8번 염색체의 ETO 유전자가 관여한다. AML1 유전자 함유서열이 8q로 전위된 결과로 결합유전자(chimeric gene)와 mRNA를 생성한다. AML1 유전자는 CBFα (core binding factor-α)를 생성하고, CBFα CBFβ(core binding factor-β)라는 단백과 결합하여 전사인자를 합성한다. 이 전사인자가 IL3, GM-CSF, MPO의 정보를 갖고 있는 골수계 세포의 성장 분화와 기능에 중요한 유전자의 발현을 조절한다. t(8;21)이 있는 세포에서 만들어지는 AML1/ETO 결합 단백은 이들 유전자와 결합은 할 수 있으나 유전자 발현을 활성화할 수는 없고, 남아있는 정상 CBFA/B 전사인자의 주된 억제인자로 작용한다.

 

AML1/ETO 융합유전자는 역전사 효소중합연쇄반응(RT-PCR), 서던블롯분석(Southern blot analysis), 형광동소보합법(FISH) 등의 분자생물학적법으로 검출할 있다. 그러나 대부분의 t(8;21)(q22;q22) 통상적인 세포유전검사로 검출이 가능하며 이를 동반한 급성골수성백혈병은 완전 관해율이 높고 예후가 좋은 질환이므로 정확한 검출이 치료계획을 세우는데 중요하다. 드물게 통상적인 세포유전 검사로 검출이 안되고 분자생물학적 방법으로만 AML1/ETO 융합유전자가 검출되는 경우가 있는데, 이를 masked t(8;21)이라 표현하기도 하며 3 이상의 염색체간 복잡한 전위형에서 증례들이 보고되어 있다.

 

 

Fig. 8. large blast cells with abundant basophilic cytoplasm, often containing numerous azurophilic granulations; few blasts in some cases show very large granules (pseudo-Chediak-Higashi granules), suggesting abnormal fusion. Partial karyotype photograph indicates t(8;21)(q24;q11)

 

15;17 전좌 

 

급성전골수구백혈병(AML-M3)에 특이한 15번과 17번 염색체 전좌형은 1977년에 처음으로 알려졌다. AML-M3의 80-100%에서 t(15;17)이 발견되는데, 17번 염색체에서 관련된 유전자는 RARA (retinoic acid receptor-α)이고, 15번 염색체는 PML이다. 염색체 재배열로 15번 염색체에서 PML 유전자 5' 부위와 DNA 결합과 retinoic acid 반응 부위를 포함하는 RARA 유전자의 대부분의 염기서열로 구성된 결합유전자가 위치한다. PML 단백은 다른 단백과 결합하여, 기능이 밝혀지지 않은 새로운 nuclear domain을 합성한다. all-trans-retinoic acid에 노출되면 PML-RARA 합성단백이 분비되어, retinoic acid 반응 유전자의 전사를 활성화시키고, 그 결과로 AML-M3 세포의 분화가 일어난다. 결합유전자가 형성되어 있으므로 PCR 또는 FISH 검사를 통해 환자의 진단이나 임상경과를 파악하는데 활용할 수 있다.

 

 

Fig. 9-1. AML-M3 showing hypergranular cytoplasm and faggot cells with multiple auer rods (left). Partial karyotype indicates t(15;17)(q22;q21) and middle 4 chromosomes are abnormal chromosome 15 and 17.

 

11q23 이상

 

11q23의 재배열에서 가장 흔한 t(9;11)(p22;q23) 핵형은 AML-M5 환자 35%에서 나타나고, 미분화형(AML-M5a)일 경우는 약 50%에서 발견된다. 11q23이 관여하는 염색체 재배열은 1세 미만의 소아 백혈병인 경우가 2/3를 차지하고, 11q23가 관여하는 염색체 전좌형은 종양세포에서 가장 흔한 유전자 재배열중의 하나로 25개 이상이나 보고되었다. AML에서 11q23 전좌형에서 대응하는 염색체의 절단점은  1q21, 2q21, 6q27, 9p22, 10p12, 17q25, 19p13.3, 19p13.1 등인데 t(9;11)(p22;q23)가 가장 흔한 염색체 이상이다. ALL에서는 1p32, 4q21, 19p13.3 등이 대응되는 염색체의 절단점이다. 항암치료와 관련하여 발생한 이차성 백혈병에서도 간혹 나타난다.

 

AML과 ALL에서 11q23 이상이 나타나는데 대한 의의는 이 때 관여하는 유전자가 조혈모세포가 림프아구나 단아구로 분화하는데 조절기능상의 문제가 있다는 점을 암시한다. 11q23에서 관여하는 유전자는 MLL로 명명되었는데, 이는 11q23 염색체 이상을 보이는 myeloid/lymphoid 또는 mixed lineage leukemia (MLL)에서 유래했다는 사실을 알 수 있다. MLL은 Drosophila thithorax의 산물과 유사한 zinc finger 부위, DNA-binding-AT hook, DNA methyltransferase 부위와 전사인자로 추정되는 물질의 유전정보를 가지고 있다. 추가로 MLL은 전사 활성화부위와 억제부위를 함유하고 있다. 전좌의 결과로 인해 MLL 활성화부위는 소실되지만, DNA 결합부위와 억제부위는 갖고 있는 결합단백이 합성되고, 이에 의해 유전자 발현에 변화가 생긴다. 그리고 11q23 이상과 관련된 백혈병은 임상적으로 불량한 예후군에 포함시키는데 특히 AML보다 ALL에서 예후가 나쁘다.

 

 

Fig. 10. There is a strong association between AML M5/M4 and deletion and translocations involving 11q23. Sometimes cases of 11q23 M5B and M4, and occasionally M2 or M1 also show MLL rearrangement. Two clinical subgroups of patients have a high frequency of 11q23 aberration and M5 subtypes: one is AML in infants with MLL rearrangement in about 50% of cases; the other group is "secondary leukemia" (sAML) potentially after treatment with DNA topoisomerase II inhibitors. Partial karyotype photograph indicatest(9;11)(p22;q23).

 

 

16번 염색체 이상


대부분은 inv(16)(p13q22)으로 AML-M4의 세포형태이고 양호한 임상경과를 보이며, 모든 경우 불규칙적인 호산성 과립을 가진 호산구(M4Eo)가 나타난다. 또한 일부 환자는 t(16;16)(p13;q22)로 나타난다. 호산구들이 매우 특이한 형태를 보이므로, 골수흡인 도말을 검경함으로 환자가 inv(16) 또는 t(16;16)을 보일 것을 정확히 예측할 수도 있다. 16q22의 절단점은 AML1 유전자 산물과 결합하여 전사인자를 합성하는 단백의 유전정보를 갖고 있는
CBFβ 유전자와 관련되어 있다. CBFβ 유전자와 16p에 있는 myosin 중쇄 유전자 MYH11가 염색체 역위에 의해 비정상 결합유전자를 형성한다.

 

 

Fig. 11. AML-M4E showing abnormal eosinophils and monoblasts with abundant cytoplasm. These eosinophilic granules are often larger than those normally seen in immature eosinophils, purple-violet in color and in some cells are so dense that they obscure the cell morphology. Partial karyotype photograph indicates inv(16)(p13q22).

 

 

  Table 1. Myeloid Leukemia with Specific Chromosomal defects

 

Abnormality

Breakpoints

Associated disease

Comment

Involvd genes

t(8;21)

8q22.1 & 21q22.3

AML-M2

Better prognosis, Auer rod(+)

 AML1    ETO

 

t(15;17)

15q22 & 17q21.2

AML-M3

Retinoic acid receptor gene rearranged; better prognosis

 RARA    PML

 

inv(16); del(16q)

16p13.2 & 16q22.1

AML-M4 with abnormal eosinophils

Better prognosis

 MYH11  CBFB

 

+8

 

AML-all subtypes

Poor prognosis

 

+21

 

AML-M1, M7

 

 

+13

 

AML-biphenotypic

 

 

5q-, -5

7q-, -7

5q31 & 5q35

7q31.2 & 7q36

AML-especially secondary AML

Poor prognosis,

5q- syndrome

 

t(9;11)

11q23.3  

AML-M5a

Poor prognosis

 AF9     MLL 

t(9;22)

9q34.1 & 22q11.21

CML, AML, ALL

Poor prognosis; tyrosine kinase bcr-abl  oncogene product

 bcr      abl

 

 

t(4;11)

11q23.3  

Biphenotypic leukemia

Poor prognosis

 AF4     MLL 

Comples defects

 

AML-M2, M1, M4

 

 

 

3) 골수이형성증후군 (Myelodysplastic Syndrome)

 

골수이형성증후군 환자의 40∼70%에서 진단 당시 골수세포의 세포군의 염색체 이상이 검출된다. 빈도는 질환이 진행된 상태로 5번과 7번 염색체의 이상을 동반한 복잡성 핵형이 특징적인 RAEB과 RAEB-t에서 가장 높다. 흔한 염색체 변화는 +8, -5/del(5q), -7/del(7q), del(20q) 등으로 신생 급성골수성백혈병(de novo AML)과 유사한 반면, AML에서 가장 흔히 발견되는 t(8;21)이나 t(15;17)은 없고, t(1;3), inv(3)(q21q26), t(3;3)(q21;q26), t(6;9)p23;q34), der(1;7)(q10;q10) 등의 전좌형이 간혹 발견되지만 극히 드물다. del(7q)나 del(20q)를 단독으로 가지고 있는 환자들은 양호한 경과를 보이고, 정상 핵형이나 다른 단일염색체 이상이 있는 환자들은 중등도, 복잡형 핵형의 환자들은 불량한 경과를 보인다.

 

재생불량성빈혈(aplastic anemia)이 의심되는 증례에서 염색체 결함이 나타나면 저세포성(hypoplastic) MDS로 진단하고 치료방향도 달라진다. 따라서 대부분의 범혈구감소증(pancytopenia)도 염색체 검사의 대상이다.

 

  Table 2. Recurrent Chromosomal Defects in Myelodysplastic Syndrome

Chromosomal groups  

     Develop AML

     

    Median Survival (Months)   

    Approximate
    Frequency(%)

Normal  

Single defects

   -5/del 5q/der(5)

   -7/del 7q  

   +8

   del 9q*  

   del 20q*

Complex defects

Translocation

   t(1;3)(p36;q21)*

   inv(3)(q21q26) or

   t(3;3)(q21;q26)

   der(1;7)(q10;q10)

   t(2;11)*   

    No   

     

    Rarely (tAML)

    Very frequently

    Sometimes   

    Unknown

    Unknown  

    Very frequently

      

    Frequently (M1,M4)

    M4 & M6

     

    tAML, M4

    Sometimes

      43+

     

      40+  

      11      

     

     

     

       4

     

     

     

     

     

    *Few cases reported

    20

     

     9

    18

     7

     7

     7

    24

     

    <2

     

     

     

    <2

     

5) 급성림프모구백혈병 (Acute Lymphoblastic Leukemia)

 

t(9;22)는 급성림프모구백혈병에서 가장 흔한 재배열로 성인 ALL의 약 30%, 소아 ALL의 약 5%에서 나타난다. 이들 환자들은 백혈구수가 높고, pre-B 세포 표현형을 보이며 흔히 불량한 치료경과를 보인다. 세포유전학적으로는 절단점은 CML과 일치하나, Ph(+) ALL의 약 50%에서는 22번 염색체의 BCR 유전자의 절단점이 CML에 비하여 원위부에 위치하고, 이들은 비정상적 크기의 BCR-ABL mRNA (7.0∼7,4 kb)와 단백(p185BCR-ABL)을 갖는다.


t(4;11)을 동반한 급성백혈병은 전체 ALL의 2∼6%를 차지하지만, 영아의 ALL에서는 매우 빈번하게 나타나는 이상이다. t(4;11)은 1세 미만 영아의 ALL의 약 30%에서 관찰된다. 이 전좌는 백혈구수가 매우 높고, L1 또는 L2 형태와 관련이 있다. 일부 예에서는 단아구와 림프아구가 같이 나타나는 아구의 이형적 분포(dimorphic population)를 보여 혼합계열 백혈병(mixed-lineage leukemia)으로 진단된다. AML의 t(11q23)과 같이 11q23의 MLL 유전자가 관련되며, 4q21(AF4)의 유전자도 규명되었고 종양발생에 역할을 하는 것으로 보인다.


pre-B 표현형(세포질 Ig+, CALLA+)을 갖는 환자의 약 25%에서 t(1;19)(q21;p13)이 규명되었다. 19번 염색체에 위치한 유전자는 전사인자의 기능을 갖는 E2A이고, 1번 염색체에 위치한 유전자는 PBX1이라고 명명된 homeobox 유전자이다. 전좌의 결과로 5' 부위는 E2A, 3' 부위는 PBX1에서 얻어진 결합유전자가 합성된다. E2A의 DNA결합부위는 PBX1로 치환되고, 결합전사인자가 작용하는 유전자(target gene)를 변화시킨다. 결합유전자의 mRNA는 매우 일정한 서열을 보이고, RT-PCR로 검출할 수 있다.


상당수의 ALL 환자에서 백혈병 세포는 많은 염색체들을 획득하는 특징을 보이고, 이들 중 소수에서는 구조적 이상도 일어난다. 염색체수의 범위는 51∼65개이고 55개에서 정점을 보인다. 과반수의 예에서 염색체의 획득을 보인고, 획득된 염색체는 4, 6, 10, 14, 17, 29, 21번과 X 염색체이다. 과배수성(50 이상)은 3∼7세의 연령,  10×109 미만의 백혈구 수, L1 아형, early pre-B  표현형과 함께 양호한 경과와 강한 연관성이 있다. 이 환자들은 그 밖의 세포유전학적 질환군에 비하여 가장 긴 생존기간을 보인다.

 

비교적 최근에는 소아 B-cell ALL의 약 25%, 성인 ALL의 3%에서 t(12;21)(p12;q22)을 규명하였다. 이 전좌형에서는 12p12의 TEL 유전자와 21q22의 AML1 유전자가 결합한다. t(12;21)은 일반적인 염색체분석기법으로는 발견하기 어려운 미묘한 세포유전학적 이상이어서 Southern Blot법이나 RT-PCR, FISH 기법으로 찾을 수 있다. 치료효과에 따른 예후는 비교적 양호하다.


T-세포 종양에서도 많은 수의 염색체 이상이 알려져 있다. 재배열은 Ig 유전자좌(gene loci)의 재배열이 일어나는 B-세포 종양과 유사하게 TCR α-chain과 Δ-chain의 유전자(TCRA, TCRD) 부위인 14번 염색체의 q11 염색대에서 자주 일어나고,  이보다 낮은 빈도로 7q34-35의 TCR β-chain 유전자(TCRB)와 7p15의 TCR γ-chain 유전자(TCRG)에서 일어난다. 몇가지 예외를 제외하고는 결합 염색체의 관련된 유전자는 전사인자의 정보를 담고 있다. 또한 TAL1 유전자가 중요하고, 전좌와 결실 모두와 관련되어 있다. TAL1과 TCRD가 관련된 t(1;14)(p34;q11)은 T-세포 급성림프구성백혈병 환자의 5%에서 관찰된다. TAL1의 5' 부위의 92kb 결실이 T-세포 ALL 환자의 25%에서 관찰된다. 이 두가지 이상의 결과는 TAL1의 5' 부위 조절서열의 제거와 T-세포에서의 이상발현이다. 7q34의 TCRB도 TAL1과의 전좌에 관여한다.


  Table 3. Consistent Chromosomal Defects in Lymphoid Leukemia

Cytogenetics

Molecular

FAB/Incidence

Clinical

t(4;11)

MLL/AF4

L1, L2   >90% of infantile ALL

Often congenital, very high WBC, biphenotypic markers(Early B/mixed)

t(9;22)

BCR/ABL

L1, L2    5% of pediatric and 25% of adult ALL

Very high WBC, expression of myeloid antigen, tyrosine kinase activity of fusion protein very elevated

t(1;19)

ELA/PBX

L1, L2    25% of pre-B ALL (5-6% of ALL)

High WBC count & serum LDH, low event-free survival, Pre-B ALL

t(12;21)

TEL/AML1

L1, L2    30% of childhood precursor ALL

(25% of ALL)

Childhood disease (2-10 yrs), high cure rate with standard chemotherapy,

pre-B ALL

t(8;14), t(2;8), t(8;22)

MYC/IGH

L3   90% of mature B-cell ALL/Burkitt's lymphoma

(3% of ALL)

Older children/young adults, intraabdominal mass, high risk

9p-, 6q-, or 12p-

 

Most frequent abnormalities seen; up to 10% each in ALL

 

Hyperdiploidy >50

 

Hyperdiploidy 47 to 50  

Normal

Near haploidy

Fish for tetrasomy

 

 

 

L1, L2   25% of childhood ALL(15% of ALL)

 

 

 

Low WBC count and serum LDH, age 2-10, CALL+(CD10), DNA index 1.14-1.2

 

 

 

+12

 

 

B-CLL

14q+ Abnormalities

 

 

Any B lineage leukemias

t(11;14)

 

 

T-ALL, T cell receptor gene rearranged

14q+,t(11;14),6q-,13q-,17p-,

+1q,+3,+5,+7,+10,+11,+15,+18

 

Plasma cell leukemia

Multiple myeloma

 

 

 

6) 만성림프구백혈병 (CLL)

 

만성림프구성백혈병은 구미 전체 백혈병의 약 30%를 차지하는 백혈병이다. 환자의 1/3은 정상 핵형을 보이고, 1/3의 검체에서는 중기세포를 얻을 수 없으며, 1/3은 세포군의 이상을 보인다. 핵형 이상 중 +12가 약 30%, t(14q32)가 약 20%, del(13q)가 약 20%를 차지한다. FISH기법의 이용이 만성림프구성백혈병의 분석에 지대한 영향을 미쳤다. 12번 염색체의 동원체와 13q14에 대한 표지자를 사용함으로 과거 정상 또는 부적절 검체의 결과였던 환자를 포함하여 약 30%의 환자가 12번 삼염색체(trisomy) 또는 del(13q)를 갖고 있음이 규명되었다.


두가지 전좌가 밝혀져 있는데 이 중 한가지는
IGH(14q32)와 CCND1 (cyclin D1, 11q13) 유전자와 관련된 t(11;14)(q13;q32)이다. t(11;14)는 외투세포림프종(mantle zone lymphoma)의 30∼50%에서 발견된다. 두번째는 IGH BCL3와 관련된 t(14;19)(q32;q13)이다. BCL3는 IKB 군에 속하고, NFKB 군 단백의 억제인자의 역할을 하며, 조혈세포의 유전자들 특히 B 세포의 IGK를 활성화시키는 전사인자로 작용한다.

 

7) 악성림프종

 

1972년에 Burkitt 림프종세포의 14q에 추가적인 염색대(14q+)가 발견되었고, 1976년에는 8번 염색체 장완의 원위부가 일관되게 소실된 것을 주목하여 t(8;14)(q24;q32) 핵형이 알려지게 되었다. 8q24의 절단과 관련된 또 다른 두가지 전좌가 있는데 이들은 t(2;8)(p12;q24)와 t(22;8)(q11;q24)이다. 3가지 모두 B cell-ALL에서도 나타난다. 8q24에 위치한 MYC 암유전자는 전사인자의 정보를 갖고 있고, Ig 유전자들(heavy chain, κ, λ light chain 유전자)은 14q32, 2p12, 22q11의 절단점에 위치하고 있다. 이들 전좌의 결과로 MYC 유전자와 Ig 유전자 중의 하나가 연결되고, MYC 유전자 발현의 비정상적인 조절이 생긴다.

 

 

img2.gifFig. 10. Arrows c-myc and heavy chain immunoglobulin variable (V) and constant (C) genes on normal and defective chromosome 8 and 14. The defective chromosome 8 loses the c-myc and gains V gene; the defective chromosome 14 gains c-myc from chromosome 8, becoming continuous or near to C. Broken ends of defective chromosomes indicate breakpoint sites.

 

 

14q32의 전좌는 림프구 종양의 가장 흔한 이상이고, 이 중 t(14;18)(q32;q21)은 림프종에서 가장 빈번한 이상이다. t(14;18)은 여포성림프종(folicullar lymphoma)에서 가장 자주(80%) 관찰되는 반면, t(8;14)은 소비균열세포림프종(small noncleaved cell lymphoma)에서 흔하다. 18번 염색체의 BCL2 유전자가 14q32의 ICH 유전자와 연결된다. 림프종 세포에서는 정상 유전자의 발현이 억제되고, 예정되어 있는 세포사멸을 차단하는 비정상적인 BCL2-ICH mRNA를 발현하게 된다. BCL2-ICH 유전자를 가진 유전자를 변형시킨 쥐는 세포의 수명이 연장된 휴식기 B세포의 증식을 보인다.


비호즈킨림프종에서의 그 밖의 전좌로는 3q27 재배열과 t(2;4)가 있다. 3q27 부위의 전좌인 t(3;14)(q27;q32), t(3;22)(q27;q11), t(2;3)(p12;q27)이 림프종 환자의 약 5%에서 발견되었고, 이 림프종들은 대형B-세포림프종(large B-cell lymphoma)이었다. 3q27 부위의 유전자는 BCL6로 Ig 유전자에 의해서 발현이 조절되는 전사인자의 유전정보를 갖고 있다. t(2;5)(p23;q35)는 Ki-1(CD30)+ 역형성대세포림프종(anaplastic large cell lymphoma)에서 높은 빈도로 관찰되고 있으나, t(2;5) (p23;q35) 재배열이 이 종양에 국한된 것인지는 밝혀지지 않았다. 5q35에 위치한 핵의 인단백의 유전정보를 갖고 있는 NPM 유전자는, 2p23의 tyrosine kinase 단백의 정보를 갖고 있는  ALK 유전자와 결합한다.

 

8) 치료와 관련된 골수성 악성종양 (Therapy-Related Myeloid Malignancy)

 

골수이형성증후군이나 급성골수성백혈병은 악성종양 또는 그 외의 질환에 대한 세포독성 약제 치료를 받은 환자의 지연성 합병증으로 발생할 수 있는 것으로 알려져 있다. t-MDS/t-AML 환자의 골수세포에서는 특징적인 염색체 이상소견이 관찰되고, 이상소견은 치료에 사용된 세포독성 약제의 종류와 관련이 있다 (예, alkylating agent 또는 topoisomerase Ⅱ inhibitor).

 

문헌보고로는 246명의 t-MDS/ t-AML 환자들 중 230명(94%)이 비정상 핵형을 갖고 있었고, 175명(71%)이 5번과 7번 염색체 중 하나 또는 모두에서 이상이 있었으며, 7%의 환자는 11q23 전좌(4%)나 21q23 전좌(3%)를 보였다. 반면 신생 급성골수성백혈병 환자에서 5번과 7번 염색체 중 하나 또는 모두에서 이상이 관찰된 경우는 단지 16% 이었다. 게다가 이들 환자들은 화학물질, 유기용제, 살충제 등의 환경 발암물질에 직업적으로 자주 노출된 기왕력이 있었다. 5번과 7번 염색체상의 결정적인 유전자는 알려져 있지 않다. 5q31 염색대가 각 환자에서 소실되지만, 염색대내의 결정적인 유전자는 밝혀지지 않았다. 이 염색대내의 조혈계 성장인자의 유전자는 관련된 것으로 보이지 않는다.


최근 들어 topoisomerase Ⅱ inhibitor를 고용량으로 사용하는 경우가 늘어나면서 t-AML의 새로운 아형들이 늘어나고 있다. 이 경우의 백혈병은 alkylating agent이 원인인 것에 비해 조기에 발생하고(2년 ↔ 5년), 전백혈병 상태(preleukemic phase)가 없으며, 흔히 11q23의
MLL 유전자 또는 21q22의 AML1 유전자의 전좌와 관련되어 있다.

 

참고문헌

  1. Yunis JJ: Chromosomal rearrangements, genes,and fragile sites in cancer. Clinical and biologic implications Hellman S, Rosenberg S(eds): Important Advances in Oncology 1986. Philadelphia. JB Lippincott, 1986, pp 93-128.
  2. Bitter MA, et al: Associations between morphology, karyotype, and clinical features in myeloid leukemias. Hum Pathol 18,211-225,1987  
  3. 조현찬: 염색체 분석의 이론과 실제. 대성사, 1991
  4. Henry JB: Clinical Laboratory Medicine. WB Saunders, 2001
  5. McClatchey KD: Clinical Laboratory Medicine. Williams & Wilkins, 2001