한국인 무홍채증의 분자유전학적 특성에 관한 연구 = Molecular genetic characterization of aniridia in Koreans

국문 초록 (Abstract)

Ⅰ. 연구개발의 목적 및 필요성 : 무홍채증은 서구권 유병률 약 1:40,000 - 1:100,000 으로 매우 드문 상염색체 우성 유전 양식의 질환으로, 홍채의 완전한 결손 혹은 부분적 저형성을 보이는 질환임. 동반되는 이상으로는 망막중심오목(fovea)의 저형성이 동반되어 유아기에 시력 저하와 안구진탕을 일으키며, 백내장, 녹내장, 각막혼탁, 혈관신생, 수정체 아탈구 등이 병발함. 무홍채증은 안구에 한정된 무홍채증과 전신질환에 동반된 무홍채증으로 발생할 수 있음. PAX6 유전자의 돌연변이 혹은 조절영역(regulatory region)의 결실이 안구에 한정된 무홍채증(isolated aniridia)의 원인으로 알려져 있으며, PAX6 유전자와 그 5'에 위치한 WT1 유전자, 즉 11p13 locus의 결실이 윌름즈 종양-무홍채증-비뇨 생식기계 기형-정신지체 증후군(Willms tumor - aniridia-genital anomalies - retardation syndrome) (WAGR syndrome)을 일으킴. 무홍채증의 분자유전학적 특성 연구와 진단법 개발은, 환자와 그 가족에서 정확한 진단과 유전상담을 시행하고 임상 및 기초 자료를 확보하기 위해 반드시 필요함. 그러나 한국인의 경우 무홍채증 환자에 분자유전학적 연구와 진단이 거의 적용되고 있지 않았음. 이에 본 연구는 한국인 무홍채증 환자의 분자유전학적 양상을 총체적으로 규명하고 분자진단을 시행하고자 하였음.
Ⅱ. 연구개발의 내용 및 범위 : 본 연구에서 12명의 서로 혈연 관계가 없는 한국인 환자와 16명의 가족 구성원을 대상으로 분자유전학적 분석을 시행하였음. 6명의 환자는 무홍채증의 임상양상을, 6명의 환자는 시신경 형성 이상을 보였음. 분자유전학적 분석으로서, PAX6 유전자의 모든 coding exon과 그 인접 intron을 포함하는 영역을 직접염기서열분석하였고, 11p13 영역의 중복 혹은 결실 유무를 multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA) 법으로 분석하였음.
Ⅲ. 연구개발결과 : 염기서열검사와 결실/중복 검사등, 분자유전학적 분석에 의해 한국인 무홍채증 환자의 66.7% (4/6)에서 질환의 원인 돌연변이가 발견되었음. 검출된 4종의 유전자 이상은 다음과 같았음: 점돌연변이 2종 (c.1309dupT, p.X437LeufsX37, heterozygote; c.681_682delTA, p. Asn227LysfsX10, heterozygote), 유전자 결실 2종 (heterozygousde letion of the DCDC1 and ELP4 genes; Heterozygous deletion of the PAX6 exon 10-14, and its 3' genes, DCDC1 and ELP4) 특히 한국인에게서 유전자의 결실은 최초로 규명된 것으로, 이들은 PAX6 유전자의 조절 영역에서 발생하였음. 시신경형성 이상 환자들에게서는 PAX6 혹은 그 인접 영역에서 원인 돌연변이가 검출되지 않았음.
Ⅳ. 연구개발결과의 활용계획 : 본 연구에 의해 한국인 무홍채증 환자의 분자유전학적 양상이 총체적으로 규명되었음. 특히 본 연구는 PAX6 유전자 및 인접 유전자 자리를 대상으로 염기서열점돌연변이 외에도, 기존에 연구되지 않았던 PAX6 및 그 인접 유전자 자리의 유전자 결실을 광범위하게 연구하여, 유전자 결실을 양성 환자의 50%에서 검출하였음. 본 연구는 한국인 무홍채증 환자에서 효과적인 분자유전학적 진단 방법을 확립하였음. 분자진단에는 PAX6 유전자의 염기서열분석과 중복/결실 검사가 모두 필요함. 본 연구에 의해 수립된 진단 방법이 무홍채증 환자의 임상적 확진에 사용할 수 있게 되었으며, 가족의 진단과 유전 상담이 가능해졌음. 본 연구를 통해 안유전학의 체계적 분석과 연구 자료의 확보가 가능하였으며 또한 새로운 원인 유전자 발굴의 자료와 향후 활성화될 것으로 예상되는 유전자 치료의 기본 자료를 확보하였음.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background : Aniridia is a rare autosomal dominant disorder characterized by iris hypoplasia and associated foveal hypoplasia. Aniridia occurs either as an isolated form or as part of the Wilms tumor-aniridia-genital anomalies-retardation (WAGR) syndrome. The PAX6 gene is known to cause isolated aniridia, and the 11p13 locus deletion involving the PAX6 and its 5’ WT1 is known to cause WAGR syndrome. In this study, we aimed to perform molecular genetic diagnosis and to identify the mutation spectrum for Korean aniridia patients.
Methods : We enrolled 12 unrelated Korean probands and their 16 family members clinically diagnosed with aniridia or optic nerve malformation. Molecular genetic analyses were performed including sequence analysis of the all coding exons of PAX6 and gene dosage analysis of 11p13 involving the PAX6 and WT1 by multiplex ligation-dependent probe amplification (MLPA).
Results : Four different genetic aberrations were detected in four Korean aniridia probands (4/6, 66.7%): The PAX6 point mutations (c.1309dupT, p.X437LeufsX37, heterozygote; c.681_682delTA, p. Asn227LysfsX10, heterozygote), and the heterozygous deletions (deletion of the DCDC1 and ELP4 genes; deletion of the PAX6 exon 10-14, and its 3' genes, DCDC1 and ELP4). The latter aberration removed regulatory element of the PAX6.
Conclusions : We here identified mutation spectrum in Korean patients with aniridia and related disorders, especially including gene deletions. The identification of deletion involving 3’ of the PAX6 gene in a Korean emphasizes that comprehensive genetic analysis is required for the accurate molecular diagnosis of aniridia.