한국인 유방암 전장유전체 연관분석
Genome-wide association study associated with breast cancer risk in Korea

질병관리본부 국립보건연구원 유전체센터 형질연구과
이지영
  

Ⅰ. 들어가는 말
  2003년에 완성된 인간게놈프로젝트(Human Genome Project)는 인간의 DNA1)에 있는 유전자를 발굴하고, 약 3조개 이상의 염기서열을 분석하게 되면서 인간의 질병과 전장(全長)유전체2)의 연관성을 밝히는 연구에 더욱 박차를 가하게 하였다. 이전에는 한두 개의 유전자와 질병과의 연관성을 살펴본 후보 유전자 접근방법(Candidate gene approach method)으로 연구가 진행되었다면, 2006년 이후부터는 유전체연구 기술 발달에 힘입어 한 사람에 존재하는 약 100만개 단일염기다형성(Single Nucleotide Polymorphism; SNP)3)과 질병발생과의 관련성을 동시에 살펴보는 전장유전체 연관분석(Genome-wide association study; GWAS) 방법이 대세를 이루게 되었다[1]. 전장유전체 연관분석은 게놈 전부를 탐색한다는 의미의‘Genome-wide’ 라는 표현을 사용하고 있지만, 실제로는 인간의 약 30억 염기쌍을 분석하는 것이 아니라 미리 DNA chip4)에 올려져 있는 약 50만-200만개 단일염기다형성의 유전자형을 탐색하여 질병과의 연관성을 통계적으로 분석하는 방법을 일컫는다. 현재까지 이 방법으로 약 2,000개 이상의 유전변이들이 전 세계적으로 발굴되었으며[2], 이로 인한 개인별 맞춤의학이 가능해지는 시대를 맞이하게 되었다. 이러한 전장유전체 연관분석 결과는 주로 서구 인구집단 위주로 보고되어 왔지만, 최근에는 중국, 일본 등 아시아 인구집단에서도 연구결과가 보고되고 있는 추세이다. 이러한 추세에 맞춰 질병관리본부 국립보건연구원에서는 학술연구 용역사업의 일환으로‘한국인 유방암 전장유전체 연관분석 연구’를 시행하였고, 최근 분석 결과를 국제 SCI급 저널인 유방암연구 학회지(Breast Cancer Research)에 게재하게 됨에 따라(2012년 3월), 본 글에서는 이 연구 결과를 간략히 소개하고자 한다.

Ⅱ. 몸 말
  1. 유방암 전장유전체 연구 동향
  현재까지 유방암 전장유전체 연관분석(GWAS)으로 약 40개의 유방암 관련 변이가 전 세계적으로 보고되었다[2]. 이 중 유방암 발생위험과 연관성이 높은 변이는 FGFR2, TOX3 유전자에 위치한 것으로 보고되었으며, 중국인 여성을 대상으로 한 연구[3]를 제외하고, 대부분의 연구는 서양 여성을 대상으로 유방암 관련 변이들이 발굴되어 왔다(Table 1).      

                           
  2. 한국인 유방암 전장유전체 연구 방법
  1) 연구대상자 및 방법
  2009년 질병관리본부 국립보건연구원 학술연구 용역사업의 일환으로 서울유방암연구회(Seoul Breast Cancer Study: SeBCS)에서 기 수집된 2,273개의 유방암 환자의 시료와 국립보건연구원 유전체센터가 수행하고 있는 대도시 코호트 사업의 정상인 2,052개의 시료를 선정하여 SNP chip(Affymetrix Genome-wide Human SNP array 6.0)을 이용하여 유전체 정보를 생산하였다.

  2) 기 보고된 유전변이의 한국인에서 검증
  유전체의 정도관리(quality control)와 연관분석(association analysis)은 미국 하바드대와 MIT에서 개발한 전장유전체데이터 분석방법(PLINK[4])을 이용하였다. 기 보고된 유방암 관련 유전변이를 한국인에서 위험도를 확인하고자 본 연구의 SNP chip에 없는 유전자형은 결측치 예상분석(imputation method) 방법[5]을 이용하여 확인하였다.

  3) 한국인에서 유의한 새로운 유방암 관련 변이
  엄격한 정도관리를 통과한 연구 대상자와 유전변이(N. of SNP=555,525)로 연관분석을 시행하여, 한국인 유방암 발생과 연관성이 높은 새로운 유전변이 후보(Candidate SNPs) 17개를 발굴하였다. 후보 유전자 선정기준은 연관성 정도(p-value)와 저빈도 유전변이를 제외하고 선정하였으며(Figure 1), 두 번에 걸쳐 검증연구(replication study)를 진행하였다. 검증연구를 위한 시료로는 서울유방암연구회에서 1차 전장유전체 연관분석 시료에 선정되지 않았던 유방암 환자 2,052명과, 대조군 시료는 국립보건연구원 유전체센터의 안성, 안산‘전장유전체분석’연구 사업으로부터 확보한 2,169명이었다. 1차 검증결과 유의하게 나온 4개의 유전변이에 대하여 2차 검증연구를 실시하였다. 2차 검증연구는 한국 유전성유방암연구회(KOHBRA)에서 수집된 유방암 환자 1,997명과 대조군 시료는 국립보건연구원 유전체센터의 농촌코호트 사업으로부터 확보한 1,676명을 이용하였다(Figure 1). 1,2차 검증연구를 위한 시료의 유전 변이형 조사방법은 Taqman 방법[6]을 이용하였다

 
  3. 한국인 유방암 전장유전체 연구 결과
  1) 기 보고된 유전변이의 한국인에서 검증결과
  서구인에서 발굴된 27개의 유방암 관련 변이(Table 1) 중, 한국인 여성의 전장유전체분석 결과 10개 유전변이(FGFR2, TOX3 등)가 유방암 발생과 연관성이 있는 것으로 확인되었다(p<0.05)(Table 2). LSP1, RAD51L1 유전자를 포함한 나머지 17개 유전변이는 서양인에서는 유의한 양상을 보였지만, 한국인에서는 유의하지 않았다. 중국인 여성에서 발굴된 염색체 6번에 위치한 유전변이(6q25.1/ESR1)가 한국인에서도 유방암 발생 위험도가 가장 높은 것으로 확인되었으며, 서구인에서 유방암 발생 위험도가 높게 나왔던 TOX3 유전자의 경우, 한국인에서도 연관성이 높은 것으로 확인되었다. 유방암 연구에서는 여성호르몬(여포호르몬, 황체호르몬)의 수용체5)가 있는지 여부에 따라 유방암 발생과 관련된 유전변이의 양상이 달라지는 특성을 보이기 때문에[7], 호르몬 수용체 여부에 따라 세부 분석을 실시하였다. MRPS30 유전자에 위치한 두 개의 유전변이(rs7716600, rs4415084)는 여포호르몬 수용체가 없는 사람이 있는 사람보다 더 유방암 발생과 연관성이 높은 것을 확인하였다.

  2) 한국인에서 새로운 유방암 관련 변이 발굴
  한국인 전장유전체연관 분석결과로 선정된 17개의 후보 유전변이 중 1,2차 검증실험을 통하여 최종 확인된 유전변이는 2번 염색체에 위치한 ERBB46)유전자 변이(rs13393577)로 확인되었다(Table 3). 즉 이 유전변이를 가지고 있는 사람이 없는 사람보다 약 1.5배의 유방암 발생 위험이 있는 것으로 해석할 수 있다. 발굴된 유전변이는 여성호르몬 수용체 여부에 따른 연관성의 차이는 없었다. 아울러 발굴된 유전변이와 유전체연관 불균형(Linkage disequilibrium)7)이 높은 유전변이(rs6756468) 사이에 mir-548-f2 유전자가 위치한 것을 확인할 수 있었다(Figure 2). 

Ⅲ. 맺는 말

  본 연구는 한국 여성 유방암 환자와 정상인을 대상으로 3단계에 걸친 유방암 전장유전체 연관분석을 시행하였다. 그 결과, 서구에서 발견되었던 유방암 발생과 관련된 변이를 한국인에서도 확인하였으며(TOX3, FGFR2 등), 서양인에서는 연관성이 있었지만 한국인에서는 연관이 없는 변이도 확인할 수 있었다(LSP1, RAD51L1 등). 이는 한국인의 유방암 발생양상이 서구와 다른 패턴을 보이는 것과 같이[8], 발생에 연관이 있는 유전요인도 서양인과 다르다는 점을 시사하는 연구 결과이며, 더욱이 서양여성에서 발견하지 못했던 유전자(ERBB4)의 새로운 유전변이를 발굴하게 됨에 따라 한국인의 유전적 유방암 발생 위험도를 설명할 수 있는 새로운 증거를 제시하는 연구 결과이다. 본 연구결과를 바탕으로 향후 이 부근의 원인유전자(causal variants)를 찾기 위한 추가적인 연구(fine mapping)가 필요할 것이다.

1) DNA: 디옥시리보핵산 (Deoxyribonucleic acid), 유전에 직접 관여하는 물질로 핵산의하나임
2) 전장(the whole length)유전체: 전장이란 어떤 대상의 전체의 길이를 의미하며 전장유전체는 총 유전체를 의미함
3) 단일염기다형성(SNP): 세포핵 속의 염색체가 갖고 있는 30억개 염기서열 중 개인의 편차를 나타내는 염기변이를 의미함
4) 매우 작은 금속이나 유리표면(chip)에 수천에서 수만 종류의 DNA를 고밀도로 부착 시켜서 유전자 발현양상을 보는 기술
5) 세포막 또는 세포질에 존재하며, 세포외 물질 등을 신호로 하여 선택적으로 수용하는 물질의 총칭(Receptor)
6) Receptor tyrosine-protein kinase erbB-4
7) 연관불균형: 2개의 유전자 자리에 대해 그 대립유전자가 배우자와 나란히 존재하는 빈도가 그 집단에 존재해야 하는 이론적 관찰치와 일치하지 않은 상태, 즉 연관불균형상태(LD)이면 두 개의 유전자가 연관된 것처럼 같이 행동하는 것을 의미함

Ⅳ. 참고문헌

1. Visscher PM, Brown MA, et al. Five years of GWAS discovery. American J Hum Genet. 2012. 90:7-24
2. National Human Genome Research Institute Catalog (www.genome.gov/gwastudies) 3. Zheng W, Long J, Gao Y et al. Genome-wide association study identifies a new breast cancer susceptibility locus at 6q25.1. Nat Genet. 2009. 41(3):324-328
4. PLINK (Whole genome data analysis toolset) http:// www. pngu .mgh.harvard .edu /~purcell/plink/download.shtml
5. IMPUTE version2 (http://mathgen.stats.ox.ac.uk/impute/impute_v2.html)
6. http://bioinfo.appliedbiosystems.com
7. Figueroa JD, Garcia-Closas M et al. Association of common variants at 1p11.2 and 14q24.1(RAD51L1) with breast cancer risk and heterogeneity by tumor subtype: findings from the Breast Cancer Association Consortium. Hum Mol Genet. 2011 Dec 1:20(23):4693-706
8. Park S et al. Epidemiology characteristics of the breast cancer in Korea. J Korean Med Assoc. 2009. 52(10):937-945