세포유전학(Cytogenetics)은 세포 수준에서 염색체(chromosome)의 구조와 수적 이상을 분석하는 학문 분야로, 유전 질환과 종양성 질환을 이해하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 분자유전학(molecular genetics)이 DNA 염기서열 수준의 변화를 다룬다면, 세포유전학은 염색체 전체 또는 특정 영역의 구조적 변화를 시각적으로 분석한다는 점에서 차별화됩니다. 특히 종양 병리학과 혈액학 분야에서는 세포유전학적 이상이 질병의 진단, 예후 평가, 치료 방침 결정에 중요한 기준으로 활용되고 있습니다.
1. 세포유전학의 기본 개념과 염색체 이상
인체의 정상 체세포는 46개의 염색체(46, XX 또는 46, XY)를 가지며, 이는 22쌍의 상염색체(autosome)와 1쌍의 성염색체(sex chromosome)로 구성됩니다. 세포유전학에서는 이러한 정상 핵형(karyotype)과 비교하여 염색체의 수적 이상(numerical abnormality)과 구조적 이상(structural abnormality)을 분석합니다.
수적 이상에는 염색체가 정상보다 많거나 적은 상태가 포함되며, 이를 이수성(aneuploidy)이라고 합니다. 대표적인 예로는 21번 염색체가 하나 더 존재하는 다운증후군(Down syndrome, Trisomy 21)이 있습니다. 이 외에도 터너증후군(Turner syndrome, 45,X)이나 클라인펠터증후군(Klinefelter syndrome, 47,XXY)과 같은 성염색체 이상 역시 세포유전학적 분석을 통해 진단됩니다.
구조적 이상은 염색체의 일부가 결실(deletion), 중복(duplication), 역위(inversion), 전좌(translocation)되는 형태로 나타납니다. 이러한 구조적 변화는 염색체의 유전자 배열을 변화시켜 세포 기능에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 특히 종양 발생과 밀접한 관련을 가집니다.
2. 세포유전학적 검사 기법
세포유전학에서는 다양한 검사 기법을 통해 염색체 이상을 분석합니다. 가장 기본적인 방법은 핵형 분석(karyotyping)으로, 분열 중기(metaphase)의 염색체를 관찰하여 전체적인 구조와 수를 평가합니다. 이 방법은 큰 규모의 염색체 이상을 확인하는 데 유용하지만, 미세한 유전자 수준의 변화를 감지하는 데는 한계가 있습니다.
이를 보완하기 위해 형광제자리부합법(fluorescence in situ hybridization, FISH)이 널리 사용됩니다. FISH는 특정 염기서열에 결합하는 형광 탐침(fluorescent probe)을 이용하여 특정 유전자나 염색체 영역의 이상을 선택적으로 검출할 수 있는 기법입니다. 이 방법은 만성 골수성 백혈병(Chronic myeloid leukemia, CML)에서 관찰되는 필라델피아 염색체(Philadelphia chromosome, t(9;22))를 확인하는 데 대표적으로 활용됩니다.
최근에는 비교유전체혼성화(comparative genomic hybridization, CGH)나 마이크로어레이(array-based CGH) 기법이 도입되어, 염색체 전반의 미세한 복제수 변이(copy number variation, CNV)까지 분석할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술은 선천성 기형이나 원인 불명의 발달 지연(developmental delay)을 평가하는 데 중요한 정보를 제공합니다.
3. 세포유전학과 종양성 질환의 연관성
종양(tumor) 또는 신생물(neoplasm)은 세포유전학적 이상과 밀접한 관련이 있습니다. 많은 종양에서는 특정 염색체 전좌나 유전자 재배열(gene rearrangement)이 반복적으로 관찰되며, 이는 종양 발생의 핵심 기전으로 작용합니다. 예를 들어, 급성 전골수성 백혈병(Acute promyelocytic leukemia, APL)에서는 t(15;17) 전좌가 특징적으로 나타나며, 이는 PML-RARA 유전자 융합(fusion gene)을 형성합니다.
이러한 세포유전학적 이상은 단순한 진단 지표를 넘어 치료 반응과 예후 예측에도 활용됩니다. APL의 경우, 해당 전좌가 확인되면 전형적인 항암 화학요법 대신 all-trans retinoic acid(ATRA) 치료가 적용되며, 이는 환자의 생존율을 획기적으로 향상시켰습니다. 이처럼 세포유전학은 정밀의학(precision medicine)의 기반이 되는 핵심 학문 분야라 할 수 있습니다.
맺음말
세포유전학(Cytogenetics)은 염색체 수준에서 유전적 변화를 이해하고 질병의 본질을 규명하는 중요한 학문입니다. 선천성 유전 질환부터 혈액 종양, 고형암에 이르기까지 다양한 질환의 진단과 예후 평가에 핵심적인 정보를 제공하며, 현대 병리학과 임상 진단에서 그 중요성은 점점 더 커지고 있습니다. 세포유전학에 대한 체계적인 이해는 복잡한 질병의 기전을 파악하고, 보다 정확한 진단과 치료 전략을 수립하는 데 필수적인 기초 지식이라 할 수 있습니다.