KR20100115030A - 아벨리노 각막이상증 진단용 프라이머 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프라이머 쌍 및 프로브에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 아벨리노 각막이상증의 원인이 되는 BIGH3 유전자의 액손 4의 변이 유무를 정확하게 진단할 수 있는 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프라이머 쌍 및 프로브에 관한 것이다.
본 발명에 따른 프라이머 쌍 및 프로브를 이용하면, 기존의 DNA 칩이나 PCR을 이용한 아벨리노 각막이상증 진단방법보다, 신속하고 정확하게 아벨리노 각막이상증을 진단할 수 있다.
아벨리노 각막이상증, BIGH3 유전자, 실시간 PCR

Description

아벨리노 각막이상증 진단용 프라이머{Primer for Avellino Corneal Dystrophy}
본 발명은 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프라이머 쌍 및 프로브에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 아벨리노 각막이상증의 원인이 되는 BIGH3 유전자의 액손 4의 변이 유무를 정확하게 진단할 수 있는 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프라이머 쌍 및 프로브에 관한 것이다.
각막이상증(corneal dystrophy)은 각막 중심에 혼탁이 발생하여 나이가 듦에 따라 점차 혼탁이 많아져서 시력이 감소하는 상염색체 우성 유전질환으로, 아벨리노 각막이상증(Avellino corneal dystrophy), 과립형각막이영양증(Granular corneal dystrophy), 라티스 타입 I 각막이영양증(lattice type I corneal dystrophy) 및 레이스버클러스 I 각막이영양증(Reis-bucklers corneal dystrophy) 등이 있으며, βIG-H3 단백질을 코딩하는 유전자의 돌연변이에 의하여 발생한다.
이 중 아벨리노 각막이상증 환자는 연령이 증가함에 따라 이형접합 체(heterozygote)는 시력의 상당한 손실을 보이고, 동형접합체(homozygote)의 경우에는 6세부터 실명한다.　아벨리노 각막이상증은 기존에 과립형 각막이영양증으로 통칭되었던 질환이나 유전자 차이가 발견되어 1988년 분리되어 새로이 명명된 질환으로, 전세계적으로 가장 흔한 각막 이영양증으로 알려져 있으며 유전자 검사결과 국내에 1/340~1/1,000 사이의 유병율(heterozygote의 경우)로 상당히 흔한 질환이다 (Holland, E.J. et al., Ophthalmology, 99:1564, 1992; Kennedy, S.M. et al., Br. J. Ophthalmol., 80:489, 1996; Dolmetsch, A.M. et al., Can. J. Ophthalmol., 31:29, 1996; Afshari, N.A. et al., Arch. Ophthalmol., 119:16, 2001; Stewart, H.S. Hum. Mutat., 14:126, 1999).
본 발명자들은 이형접합체의 아벨리노 각막이상증 환자가 라식수술을 받으면 약 2년 후부터 각막 혼탁이 급격히 증가하여 실명한다는 것을 발견하였다 (Jun, RM et al., Ophthalmolgy, 111:463, 2004). 이 전에는 라식 또는 엑시머 레이저 수술이 각막이영양증 환자의 혼탁을 없앨 것이라는 예측 하에 많은 시술이 이루어 졌으며, 국내 그간 시술된 라식수술은 약 30만건으로 추정되는 바, 국내의 아벨리노 각막이상증의 이형접합자의 빈도를 최소한 계산치인 1/1,000로 보더라도 300명이 시력을 상실하고 있다는 추측을 할 수 있다. 라식수술을 받은 환자는 주로 20-30대의 생산적인 활동을 하는 인구로서 이들의 실명은 사회적, 경제적으로 심각한 문제로 판단된다.
또한, 2000년 이후 라식수술의 시술허가가 공표된 미국의 경우 흑인들에서도 아벨리노 각막이상증 환자의 라식수술에 의한 실명이 발견되기 시작하였으며, 전세 계적으로 많은 환자가 시술 받은 후 병이 진행되고 있음을 추측할 수 있다.
따라서, 라식수술의 시술 전에 아벨리노 각막이상증 환자에 대한 정확한 진단을 수행하여, 라식수술에 의한 증상 진행을 방지하여야 하나, 기존의 안과에서는 안과의사가 현미경으로 안구 혼탁을 검사하는 것만으로 아벨리노 각막이상증을 진단하고 있어, 증상이 진행되지 않은 환자의 경우는 발견하지 못하고, 라식수술을 시행하여 실명으로 발전하는 경우도 종종 발생하고 있으며, 정확하고 신속한 각막이영양증의 진단방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
아벨리노 각막이상증의 원인이 되는 BIGH3 유전자의 돌연변이 진단용 프로브를 함유하는 DNA 칩이 개발된바 있으나(한국특허공개 10-2007-0076532), 상기 DNA 칩을 이용한 아벨리노 각막이상증의 진단은 샘플 중의 DNA를 증폭시키는 단계, 상기 증폭된 DNA와 DNA칩을 혼성화시키는 단계, 상기 혼성화된 DNA칩을 세척하는 단계 및 양성반응을 검출하는 단계등 여러 단계를 거쳐야하는 단점이 있었다.
이에, 본 발명자들은 보다 효율적으로 아벨리노 각막이상증을 진단할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 서열번호 1 및 서열번호 2의 염기서열을 가지는 프라이머 쌍과 서열번호 13 및 서열번호 14의 염기서열을 가지는 프로브를 이용하여 실시간 PCR법으로 아벨리노 각막이상증을 진단할 경우, 기존의 방법보다 신속하고 정확하게 아벨리노 각막이상증을 진단할 수 있다는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 주된 목적은 실시간 PCR 법을 이용하여 아벨리노 각막이상증을 진단하는 데 있어서, 보다 효율적이고 정확하게 아벨리노 각막이상증을 진단하기 위한 프라이머쌍 및 프로브를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1~2, 서열번호 3~4, 서열번호 5~6, 서열번호 7~8, 서열번호 9~10, 서열번호 11~12, 서열번호 13~14, 서열번호 15~16, 서열번호 17~18, 서열번호 19~20, 서열번호 21~22 및 서열번호 23~24로 구성된 군에서 선택되는 염기서열로 표시되는 아벨리노 각막이상증 진단용실시간 PCR 프라이머 쌍을 제공한다.
본 발명은 또한, 서열번호 25 내지 서열번호 42로 구성된 군에서 선택되는 염기서열로 표시되는 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프로브을 제공한다.
본 발명에 따른 프라이머 쌍 및 프로브를 이용하면, 기존의 DNA 칩이나 PCR을 이용한 아벨리노 각막이상증 진단방법보다, 신속하고 정확하게 아벨리노 각막이상증을 진단할 수 있다.
일 관점에서, 본 발명은 서열번호 1~2, 서열번호 3~4, 서열번호 5~6, 서열번호 7~8, 서열번호 9~10, 서열번호 11~12, 서열번호 13~14, 서열번호 15~16, 서열번호 17~18, 서열번호 19~20, 서열번호 21~22 및 서열번호 23~24로 구성된 군에서 선택되는 염기서열로 표시되는 아벨리노 각막이상증 진단용실시간 PCR 프라이머 쌍에 관한 것이다.
아벨리노 각막이상증은 BIGH3 유전자의 액손 4부위의 CGC서열이 CAC로 돌연변이되어, BIGH3 단백질의 124번째 아미노산이 아르기닌이 히스티딘으로 변이(R124H)된 유전자 이상에 의하여 나타나는 질환이다.
본 발명의 프라이머를 이용한는 실시간 PCR(real-time PCR)법을 이용하여, 기존의 DNA 칩을 이용하는 방법보다 신속하고 정확하게 아벨리노 각막이상증을 진단할 수 있다.
실시간 PCR 법에 있어서, 프라이머 및 프로브 디자인은 동일한 온도 조건내에서 실험이 이루어져야 하므로, 온도에 대한 조건 설정이 매우 까다로우며, 특히, 아벨리노 각막이상증과 같이 하나의 돌연변이 위치만을 검출할 경우에 프라이머의 온도 조건과 프로브의 온도 조건이 특정한 결합을 할 수 있는 조건이 필요하며, 프로브도 돌연변이를 검출하는 프로브와 정상을 검출하는 프로브 사이에 딱 하나의 염기서열만이 다른 상태로 프로브가 결합할 수 있는 온도는, 1-3도 사이로 극히 제한적이다.
이러한 조건으로 인해 프로브와 프라이머가 원하는 유전자에 결합할 수 있는 동일 온도 조건을 찾아내는 것이 중요하며, 그중에서도 돌연변이 프로브와 정상 프 로브와의 온도 차이를 제한된 범위 내에서 가능한 많이 차이가 날 수 있도록 디자인 하는 것이 중요하다. 즉, 프라이머와 프로브사이의 온도 조건이 잘 맞아야 하며, 각각으로 보면 정방향 프라이머와 역방향 프라이머의 온도 조건이 잘 맞아야하고 돌연변이 프로브와 정상 프로브 사이의 온도 설정이 최대한 차이를 낼 수 있어야 한다. 도 1의 A는 잘 디자인된 프로브와 프로브를 사용한 결과를 나타낸 예이며,
B와 D는 A와 동일한 프로브를 사용하면서, 프라이머를 달리한 결과를 나타낸 것으로, 프라이이머와 프로브의 디자인에 따라, 결과 판독에 중대한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
본 발명에서는 실시간 PCR법을 이용하여, 아벨리노 각막이상증 진단하는데 있어서, 최적의 프라이머를 제작하기 위하여, 서열번호 1~2, 서열번호 3~4, 서열번호 5~6, 서열번호 7~8, 서열번호 9~10, 서열번호 11~12, 서열번호 13~14, 서열번호 15~16, 서열번호 17~18, 서열번호 19~20, 서열번호 21~22 및 서열번호 23~24의 프라이머 쌍을 디자인하여 각각 실시간 PCR을 수행하고, 그 결과, 서열번호 1~2의 프라이머 쌍을 사용하였을 때, 최적의 결과가 나타난다는 것을 확인하였다.
다른 관점에서, 본 발명은 서열번호 25 내지 서열번호 42로 구성된 군에서 선택되는 염기서열로 표시되는 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프로브에 관한 것이다.
본 발명에서는 실시간 PCR법을 이용하여, 아벨리노 각막이상증 진단하는데 있어서, 최적의 프로브를 제작하기 위하여, 서열번호 25~42의 프라이머를 디자인하 여 각각 실시간 PCR을 수행하고, 그 결과, 서열번호 13 및 서열번호 14의 프로브를 사용하였을 때, 최적의 결과가 나타난다는 것을 확인하였다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.　 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 실시간 PCR 용 프라이머 및 MGB 프로브의 제작
BIGH3 유전자의 액손 4의 돌연변이를 포함하는 부위를 증폭시킬 수 있는 프라이머를 Primer Express 3.0 소프트웨어(Applied Biosystems U.S.A)를 사용하여, 서열번호 1~2, 서열번호 3~4, 서열번호 5~6, 서열번호 7~8, 서열번호 9~10, 서열번호 11~12, 서열번호 13~14, 서열번호 15~16, 서열번호 17~18, 서열번호 19~20, 서열번호 21~22 및 서열번호 23~24의 프라이머 쌍을 디자인 하였다.
ACD Fw primer : 5'-TCC ACC ACC ACT CAG CTG TA (서열번호 1)
ACD Re primer : 5'-CCA TCT CAG GCC TCA GCT T (서열번호 2) (60bp)
AV Fw primer : 5'-TGC AGC CCT ACC ACT CTC AA (서열번호 3)
AV Re primer : 5'-AGG CCT CGT TGC TAG G (서열번호 4) (150bp)
Real Fw primer : 5'-TAG TCT CTT ATT CTA ATA GA (서열번호 5)
Real Re primer : 5'-GCT GCA GAC TCT GTG TTT AA (서열번호 6) (860bp)
ACD Fw2 primer : 5'-CCA TCC CTC CTT CTG TCT TCT G (서열번호 7)
ACD Re2 primer : 5'-CGG GCC CCT CCA TCT C (서열번호 8) (140bp)
ACD Fw3 primer : 5'-CAG AGA AGG GAG GGT GTG GTT (서열번호 9)
ACD Re3 primer : 5'-GGG CGA AGA TGG TGA AGC T (서열번호 10) (190bp)
ACD Fw4 primer : 5'-TCC TCG TCC TCT CCA CCT GTA (서열번호 11)
ACD Re4 primer: 5'-AGC TGG CAA GGA GGC CC (서열번호 12)
ACD Fw5 primer : 5'-TTT GGG CTT TCC CAC ATG C (서열번호 13)
ACD Re5 primer : 5'-GGC AGA CGG AGG TCA TCT CA (서열번호 14)
ACD Fw6 primer : 5'-GTA GTA CCG TGC TCT CTG (서열번호 15)
ACD Re6 primer : 5'-AGT TCC CCA TAA GAA TCC CCC 서열번호 16)
ACD Fw7 primer : 5'-GGC TGG ACC CCC AGA GG (서열번호 17)
ACD Re7 primer : 5'-ACC CCT CGG GGA AGT AAG G (서열번호 18)
ACD Fw8 primer : 5'-AAC CTT TAC GAG ACC CTG GGA (서열번호 19)
ACD Re8 primer : 5'-GAC TCC CAT CCA TCA TGC CC (서열번호 20)
ACD Fw9 primer : 5'-AGT CGT TGG ATC CAC CAC CA (서열번호 21)
ACD Re9 primer : 5'-GAC GTC ATT TCC TAC TGT TTC AGG (서열번호 22)
ACD Fw10 primer : 5'-CCC CCC AGA AAC AGC CTG (서열번호 23)
ACD Re10 primer : 5'-TTC TAA GGG GTT AAG GAG AAA GCT T (서열번호 24)
BIGH3 유전자의 액손 4부위의 구아닌이 아데닌으로 치환된 변이를 확인하기 위하여 서열번호 25~42의 프로브를 제작하였다.
변이가 없는 정상 유전자 단편과 결합하는 프로브는 VIC로 표지하였고, 변이가 있는 유전자 단편과 결합하는 프로브는 FAM으로 표지하였으며, 상보적인 유전자 단편과의 결합이 용이하도록 MGB(minor groove binder)를 부착시켰다.
Normal probe1 : VIC-CAC GGA CCG CAC GGA-NFQ (서열번호 25)(15bp)
Mutant probe1 : FAM-CAC GGA CCA CAC GGA-NFQ (서열번호 26)
Normal probe2 : VIC-ACA CGG ACC GCA CG-NFQ (서열번호 27)
Mutant probe2 : FAM-ACA CGG ACC ACA CG-NFQ (서열번호 28)(14bp)
Normal probe3 : VIC-TAC ACG GAC CGC A-NFQ (서열번호 29)
Mutant probe3 : FAM-TAC ACG GAC CAC A-NFQ (서열번호 30)(13bp)
Normal probe4 : VIC-CTG TAC ACG GAC CGC ACG-NFQ (서열번호 31)
Mutant probe4 : FAM-CTG TAC ACG GAC CAC ACG-NFQ (서열번호 32)(18bp)
Normal probe5 : VIC-CTG TAC ACG GAC CGC ACG GAG-NFQ (서열번호 33)
Mutant probe5 : FAM-CTG TAC ACG GAC CAC ACG GAG-NFQ (서열번호 34)(21bp)
Normal probe6 : VIC-GCT GTA CAC GGA CCG CAC GGA GAA-NFQ (서열번호 35)
Mutant probe6 : FAM-GCT GTA CAC GGA CCA CAC GGA GAA-NFQ (서열번호 36)
Normal probe7 : VIC-ACC GCA CGG AGA AGC-NFQ (서열번호 37)
Mutant probe7 : FAM-ACC ACA CGG AGA AGC-NFQ (서열번호 38)
Normal probe8 : VIC-ACC GCA CGG AGA AGC TGA GGC-NFQ (서열번호 39)
Mutant probe8 : FAM-ACC ACA CGG AGA AGC TGA GGC-NFQ (서열번호 40)
Normal probe8 : VIC-ACC GCA CGG AGA AGC TGA GGC CTG-NFQ (서열번호 41)
Mutant probe8 : FAM-ACC ACA CGG AGA AGC TGA GGC CTG-NFQ (서열번호 42)
실시예 2: 실시간 PCR을 이용한 아벨리노 각막이상증의 진단
검사대상자의 혈액, 모근, 구강상피세포에서 샘플을 채취하여, DNA의 분리하였다. DNA 분리 및 정제는 폐놀/클로로포름 추출방법(Miller, SA et al., Nucl. Acids Res. 16:1215, 1988)을 일부 변형하여 실시하였고, 분리된 DNA는 TE 완충액(10mM Tris-Cl, 1mM EDTA, pH7.4) 적당량에 용해시킨 후, 1% 아가로즈 겔에서 전기영동하여 확인하고, 주형 DNA로 사용하였다.
PCR 반응에는 실시예 1에서 제조한 변이부위를 포함하는 단편의 증폭용 프라이머(서열번호 1~ 12)와 프로브(서열번호 13~ 24)를 이용하였다.
PCR 반응을 위한 반응액의 프라이머 용량은 10pmol이 되도록 하였으며, 프로브 용량은 5pmol이 되도록 하여 25ul의 마스터 믹스를 제조하여 사용하였다.
Real-time PCR 반응은 95℃ 10분, 92℃ 15초 60℃ 1분을 1사이클로 하여 36사이클을 수행한 후, 60℃에서 5분간 반응시켰다.
각 사이클마다 형광을 측정하여, VIC 염료에 양성을 나타내는 샘플은 정상 유전자를 가진 샘플이고, FAM 유전자에 양성을 나타내는 샘플은 변이 유전자를 가진 샘플로 진단하였다.
그 결과, 서열번호 1~2의 프라이머 쌍과 서열번호 25~26의 프로브를 이용하였을 때 가장 정확하고 효과적인 결과를 확인할 수 있었다(도 2).
도 1은 실시간 PCR용 프라이머 및 프로브의 디자인에 따른 결과를 나타낸 것으로, A는 최적의 프라이머 및 프로브을 사용한 실시간 PCR 결과이고, B 및 C는 A에서 사용한 것과는 다른 프라이머로 실시간 PCR을 수행한 결과를 나타낸 것이다.
도 2은 본 발명에 따른 실시간 PCR 용 프라이머를 이용하여 아벨리노 각막이상증을 일으키는 유전자 변이를 실시간 PCR 법으로 확인한 결과를 나타낸 것이다.
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Claims (3)

  1. 서열번호 1~2, 서열번호 3~4, 서열번호 5~6, 서열번호 7~8, 서열번호 9~10, 서열번호 11~12, 서열번호 13~14, 서열번호 15~16, 서열번호 17~18, 서열번호 19~20, 서열번호 21~22 및 서열번호 23~24로 구성된 군에서 선택되는 염기서열로 표시되는 아벨리노 각막이상증 진단용실시간 PCR 프라이머 쌍.
  2. 서열번호 25 내지 서열번호 42로 구성된 군에서 선택되는 염기서열로 표시되는 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프로브.
  3. 제2항에 있어서, VIC 또는 FAM으로 표지되어 있는 것을 특징으로 하는 아벨리노 각막이상증 진단용 실시간 PCR 프로브.
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