유전성 낭성 신질환의 유전적 특성규명을 통한 진단 기술 개발 (II)

초록

본 연구의 목표는 유전성 낭성신질환의 코호트를 구축하고 진단 알고리즘을 구축하여 환자의 원인유전자를 규명하며 인체자원과 임상정보를 확보하는 것이다. 또한 환자의 유전형에 따른 예후를 분석하여 이 질환의 진단과 맞춤치료가 가능하도록 진단기술을 개발하는 것이다. 총 3년간의 연구기간동안 전국 11개 기관, 13개 센터에서 총 804명 (성인 739명, 소아 65명)의 유전성 낭성신질환 환자를 등록하였고, 중도탈락 23명을 제외한 781명의 환자를 추적관찰 중이다. 804명의 환자 중 770명에서 DNA를, 798명에서 임상정보를, 782명에서 영상자료를, 274명에서 Serum과 Urine 검체를 확보하였다. 유전성 낭성신질환의 유전적 특성규명을 위해 ciliopathy와 관련이 있다고 알려진 89개의 유전자로 유전자 패널을 구축하여 1차 유전자 선별검사로 사용하였다. 여기서 진단되지 않은 환자들은 2차 유전자 검사를 시행하였다. 성인에서 1차 유전자 분석결과 mutation detection rate은 68.6%였다. LR-PCR PKD1 targeted exome sequencing, MLPA, Minigene assay, WES, family segregation study를 이용한 2차 유전자 분석까지 시행했을 때 mutation detection rate은 80.4%였다. 영상학적으로 전형적인 성인 ADPKD 환자 573명에서 유전자 분석 결과 pathogenic variant 가 발견된 경우는 95.3%였다. 이 중 PKD1 truncating mutation 이 44%로 가장 많았고, PKD1 non-truncating muation이 22%, PKD2 mutation이 15%, PKD1- inframe indel이 5%, Minor genotype이 9%, No variant 나 VUS는 5%였다. 영상학적으로 비전형적인 성인 ADPKD 환자 53명의 유전자 분석 결과 pathogenic variant 가 발견된 경우는 65.9%였다. 이 중 minor genotype이 52%였고, NV 나 VUS도 34%를 차지하였다. 유전자형과 신질환의 예후의 상관관계를 본 결과 PKD1-PT genotype이 다른 유전자형과 유의하게 빠른 신기능 감소속도를 보였으나 반면 minor genotype은 거의 신기능 감소 속도가 없이 안정적으로 신기능 유지됨을 확인하였다. 신장외 합병증과 관련된 분석을 한국인에서는 PKD1, PKD2 돌연변이가 있는 환자들에서 간낭종의 발생과 증증도가 높았다. 소아 환자 137명 (1, 2기 통합분석) 중 85명 (62.0%)에서 돌연변이를 확인하였으며, 이 중 55명 (64.7%)가 PKD1유전자 돌연변이였다. 소아 환자에서는 임상적 진단 후 유전자 검사를 시행했을 때 39명 (34.5%)의 환자에서 진단이 변경되었으며 비특이적 낭성신질환으로 분류되었던 24명 중 6명 (25.0%)은 PKD1, 3명은 각각 HNF1B, PAX2, GANAB 유전자 돌연변이가 확인되었다. 이 중 PAX2 변이의 유전형은 안과 증상의 발현과 증상의 중증도 및 장기 신장 예후와 관련이 있었다. 본 연구를 통해서 낭종형성 관련 유전자 패널이 선별검사로 유용하다는 것을 알 수 있었으며, 2차 유전자 검사까지 진행하면 진단율을 80%까지 높일 수 있었다. 미진단된 20% 환자들의 경우 영상의학적으로 전형적 ADPKD라면 long read sequencing을 통하여, 영상의학적으로 비전형적 ADPKD이거나 소아의 경우에는 whole genome sequencing을 시행하여 진단율을 높일 수 있을 것으로 생각되며 추가 연구를 통하여 검증할 것을 제안한다.

The goal of this study was to establish a cohort of patients with hereditary cystic kidney disease, build a diagnostic algorithm to identify the causative genes of patients, and secure human resources and clinical information. In addition, the prognosis of patients according to their genotype was analyzed to enable diagnosis and personalized treatment of this disease. During the three-year study period, a total of 804 patients (739 adults and 65 children) were enrolled from 13 centers in 11 institutions nationwide, and 781 patients are being followed up, excluding 23 dropouts. Of the 804 patients, DNA was available for 770, clinical information was available for 798, imaging was available for 782, and serum and urine samples were available for 274. The cohort was stratified into typical ADPKD, atypical ADPKD, and pediatric/other cystic kidney disease To genetically characterize the patients, a gene panel of 89 genes known to be associated with ciliopathy was constructed and used as a primary genetic screen. Undiagnosed patients underwent secondary genetic testing. In adults, the primary genetic analysis resulted in a mutation detection rate of 68.6%. When secondary genetic analysis was performed using LR-PCR PKD1 targeted exome sequencing, MLPA, Minigene assay, WES, and family segregation study, the mutation detection rate was 80.4%. In 573 adult typical ADPKD patients, genetic analysis identified pathogenic variants in 95.3% of cases. Of these, PKD1 truncating mutation was the most common (44%), followed by PKD1 non-truncating mutation (22%), PKD2 mutation (15%), PKD1-inframe indel (5%), minor genotypes (9%), and no variant or VUS (5%). Genetic analysis of 53 adult atypical ADPKD patients revealed a pathogenic variant in 65.9% of cases. Of these, minor genotypes accounted for 52%, and NV or VUS accounted for 34%. The correlation between genotype and prognosis of renal disease showed that PKD1-PT genotype showed significantly faster renal function decline than other genotypes, whereas minor genotypes showed stable renal function with almost no renal function decline. Analysis of extra-renal complications showed that in Korea, patients with PKD1 and PKD2 mutations had a higher incidence and severity of hepatic cysts. Mutations were identified in 85 (62.0%) of 137 pediatric patients (phase 1 and 2 pooled analysis), of which 55 (64.7%) were PKD1 mutations. In pediatric patients, genetic testing after clinical diagnosis resulted in a change in diagnosis in 39 (34.5%) patients, and of the 24 patients classified as nonspecific cystic kidney disease, 6 had mutations in PKD1 and 3 each in HNF1B, PAX2, and GANAB. Of these, the genotype of the PAX2 variant was associated with the expression of ophthalmologic symptoms, severity of symptoms, and long-term renal prognosis. This study demonstrated that a panel of cystogenesis-related genes is useful as a screening test, and that secondary genetic testing can increase the diagnosis rate to 80%. For the 20% of undiagnosed patients, long read sequencing for typical ADPKD patients and whole genome sequencing for atypical ADPKD or pediatric ADPKD patients may improve the diagnosis rate and should be tested in further studies.