분자진단유전학

분자진단유전학은 분자생물학과 임상진단기술과의 결합으로, 분자 수준에서의 유전체 구조와 세포 활동에 대한 근
본적인 이해를 바탕으로 한 임상적 적용이다. 지난 몇 년 동안 분자유전학 및 생명공학 분야의 혁신적인 발전과 질
병에 대한 분자 수준에서의 진단 필요성으로 인해 분자진단 분야가 비약적으로 성장하였다. 분자진단유전학 연구
에 대한 관심이 높아짐에 따라 점점 더 많은 임상 검사실이 그 요구와 과제를 처리하기 위한 준비를 하고 있으며,
분자진단은 이제 의료의 중요한 부분이 되었다. 이처럼 이 책은 분자생물학의 원리와 기술에서부터 분자진단의 다
양한 분야의 응용에 이르기까지 분자진단유전학의 모든 측면을 다루고자 하였다.

이 책은 일반 생물학, 유전학, 미생물학에 대한 지식을 기반으로 임상 검사실 분야로 진로를 희망하는 고학년 대학
생, 초급 과학자 및 보건의료전문인을 대상으로 한다. 빠르게 발전하는 분자진단 기술들에 대한 최신 동향을 제공
하기 위해 이 책은 세 부분으로 구성하였다. 1부는 분자생물학의 기초를 제공하는데 1장부터 5장까지로 구성하였
다. 1장에서는 핵산의 구조와 기능을 소개하고 있고, 2~4장은 복제, 복구 및 유전자 발현을 포함한 핵산 기반의 세
포 활동에 대한 기본 내용을 포함하고 있다. 1부의 마지막인 5장에서는 유전체의 구조와 진화에 대해 기술하였다.

2부에서는 Real-Time PCR과 NGS를 포함하여 일반적으로 사용되는 분자생물학 기술과 분자진단에서 새로이 개발된
기술들에 대해 설명하였다. 2부는 6장에서 시작하여 12장까지 구성하였다. 6장에서 8장은 핵산 및 단백질 준비, 분
석 및 정량에 일반적으로 사용되는 기술을 언급하였다. 9장에서는 핵산 증폭 기술에 대해 설명하였다. 10장에는 핵
산과 단백질을 확인하는 기술이 포함되었다. 그리고, 11장과 12장에서는 염기서열분석 기술의 원리와 응용에 대한
자세한 정보를 제공하고 있다.

3부는 13장에서 16장까지 포함하고 있으며, 질병을 진단하는 최신 분자진단 기술을 포함하고 있다. 13장에서는 염
색체 이상을 진단하는 세포유전학 분야를 다룬다. 14장과 15장에서는 유전질환과 감염성 질환의 분자진단을 다루었
다. 마지막으로 16장에서는 분자진단 검사실 운영에 대한 지침을 다루고 있다.

이 책은 분자진단에서 중요한 관심 주제에 대한 개요를 제공하고 임상 검사에서 분자 기술의 놀라운 최근 발전을
보여주고 있다. 책 전체의 길이는 교수자가 주제를 취사 선택하여 주요한 분야를 전반적으로 다루면서 한 학기 과
정 교과목으로 진행할 수 있을 정도의 분량으로 하였다. 결론적으로 이 책은 학생들로 하여금 분자생물학의 본질
을 이해시켜, 분자 기술이 임상 검사에 어떻게 사용되는지를 알 수 있게 해준다.

01 핵산: DNA와 RNA 1 (Nucleic Acids: DNA and RNA)

DNA/RNA는 유전 물질이다 1

핵산의 구성 성분 6

DNA 분자의 구조 9

핵산의 물리적 특성 13

DNA 토포이소머라제 촉매 메커니즘 20

RNA 접힘의 동력학 22



02 핵산 기반 세포 활동 25 (Nucleic Acid-Based Cellular Activities)

DNA 복제 25

DNA 복제 과정 28

대장균에서 DNA 복제에 필요한 단백질 32

짝지음 DNA 복제 34

복제 패턴 36

DNA 복제의 충실도 39

DNA 돌연변이 40

DNA 손상 43

손상 수선: 단일 가닥 손상 수선 46

손상 수선: 이중 가닥 절단 수선 50



03 유전자 발현: 유전자의 전사 53 (Gene Expression: Transcription of the Genetic Code)

RNA 합성의 일반적 특징 53

프로모터 54

Escherichia coli의 RNA 중합효소 55

전사 과정 56

원핵 생물에서의 전사 조절 60

진핵생물에서의 전사 66

진핵생물 전사 개시의 단계 68

뉴클레오솜 장벽을 통한 전사의 신장 72

mRNA의 전사 후 변형 73

비암호화 RNAs 77



04 유전자 발현: 유전부호의 번역 81 (Gene Expression: Translation of the Genetic Code)

아미노산의 구조 및 특성 81

아미노산의 분류 82

단백질 구조 87

3차원 단백질 구조로의 접힘 90

유전부호 93

번역 기구: 리보솜 95

번역 기구: tRNA 96

번역 준비 97

아미노아실-tRNA 합성효소 99

원핵생물의 번역 101

진핵생물의 번역 104

단백질 번역 후 수정 104



05 게놈(유전체) 111 (The Genome)

진핵세포 주기 및 염색체 역동성 111

세균과 바이러스의 게놈(유전체) 113

진핵생물 염색체 구조 115

고차원적인 크로마틴 구조 118

특이한 동물 염색체 120

진핵생물 염색체의 특별한 DNA 염기서열 121

복잡성 그리고 유전자 수 123

유전체 염기서열의 특징 125

세포소기관 게놈 127

게놈 진화 127

게놈 진화 메커니즘 127

반복서열의 분자적 진화 130



06 핵산 및 단백질의 추출과 정제 133 (Extraction and Purification of Nucleic Acids and Proteins)

DNA 추출의 중요성 133

전혈 시료에서 DNA 추출 133

건조된 혈액 스팟에서의 DNA 추출 134

비 침습적 인간 DNA 분리 135

미생물로부터의 DNA 분리 136

핵산 정제 137

고체상 핵산 추출 138

포르말린 고정, 파라핀-포매 조직에서의 DNA 분리 140

RNA 정제 143

RNA 추출 144

단백질 정제 148

세포 용해 조건 149

깨끗한 단백질 샘플의 준비 151

보관된 포르말린-고정 파라핀-포매 조직으로부터의 단백질 추출 153



07 핵산 검출 및 분석 157 (Detection and Analysis of Nucleic Acids)

DNA 순도 및 산출량 결정 157

DNA 분자 분리 161

아가로즈 겔 전기영동 162

폴리아크릴아마이드 겔 165

큰 DNA 분자를 위한 펄스 전기장 겔 전기영동 167

모세관식 전기영동 171



08 단백질 정량 및 분석 175 (Quantification and Analysis of Proteins)

단백질 정량 175

단백질 색채 측정 검사 기법 178

형광염료 기반 검사법 180

측정형식의 선택 181

Column 크로마토그래피를 이용한 단백질의 분자적 분리 181

전기영동을 통한 단백질 분리 184

겔 기반 단백질체학: 단백질 분리 186

2DE용 시료 버퍼 구성요소 190

겔 프리 단백질체학 기법: 모세관 전기영동 193

겔 프리 단백질체학 기법: 액체 크로마토그래피 194

단백질 분석: 질량 분광기 196



09 핵산 증폭 기술 201 (Amplification of Nucleic Acids)

일반적인 증폭 기술: 중합효소연쇄반응 201

핵산 증폭기술의 응용 204

PCR에 영향을 주는 인자 206

정량적 PCR 209

qPCR에 사용하는 DNA 사이에 삽입하는 염료 210

qPCR을 위한 형광물질 라벨링한(labeled) 올리고뉴클레오티드 212

형광물질 결합 올리고뉴클레오티드: 프로브를 활용한 화학작용 216

형광물질 결합 올리고뉴클레오티드: 핵산 유도체 사용 219

등온 증폭 기술 221]



10 핵산 및 단백질의 특성 233 (Characterization of Nucleic Acids and Proteins)

뉴클레아제(핵산분해효소) 233

중합효소 240

DNA 변형 효소와 연결효소 241

핵산 혼성화의 응용 242

검출 방법 247

어레이-기반 혼성화 250

웨스턴 블롯 255



11 염기서열분석 기술 261 (Techniques in Sequencing)

사슬 종결 DNA 염기서열분석 기술 261

최초의 대용량 염기서열분석: 파이로시퀀싱 264

유전체 염기서열분석 기술들 265

클론 콘티그의 연결 ― 클론 핑거프린팅 기술 269

대용량 염기서열분석 NGS의 전략 271

3세대 시퀀싱 장비 279

NGS 데이터 분석 283



12 유전체와 전사체 분석 287 (Genome and Transcriptome Analysis)

유전적 다형성을 위한 전장 유전체 샘플링 시퀀싱 287

전장 유전체 연관성 연구 293

전사체 시퀀싱 294

전사체 시퀀싱: 전장 전사체 샷건 시퀀싱 — EST (Expressed Sequence Tag) 시퀀싱 과정 296

전사체 시퀸싱: 전장 전사체 샷건 시퀀싱 — RNA-seq 절차 296

제한 효소를 사용한 전장 전사체 태그/표적 시퀀싱—유전자 발현 연속 분석 299

제한 효소를 사용하지 않는 전장 전사체 태그/표적 시퀀싱 301

시퀀싱을 사용한 전장 전사체 분석 307

RNA Structurome 308

전장 유전체 연관성 연구를 위한 대사체학: 유전체를 대사체학과 연결 310



13 염색체 질환의 분자진단 313 (Molecular Diagnosis of Chromosomal Disorders)

염색체 형태 313

염색체의 세포유전학 방법 314

고전적 세포유전학 315

분자세포유전학: 형광제자리부합법 318

FISH 프로브 320

FISH 기술의 발전 323

산전 및 산후 진단과 연구에서 FISH의 적용 326

CGH 분석의 적용 327

염색체 이상: 수적 이상 330

염색체 이상: 성염색체 이상 334

염색체 이상: 구조적 이상 336

염색체 이상의 원인 337



14 돌연변이와 유전질환의 분자진단 341 (Molecular Diagnosis of Mutation and Inherited Diseases)

인간 질환의 원인이 되는 변이 341

검사기술의 선택 343

단일 유전자 질환 348

다유전자 질환 및 유전자 클러스터링 358

미토콘드리아 질환 363

미토콘드리아 역학 시스템에서 돌연변이로 인한 질환 364



15 감염질병의 분자진단 367 (Molecular Diagnosis of Infectious Diseases)

세균의 병원균, 곰팡이의 병원균 그리고 바이러스의 검출 367

세균 검출 370

진균 병원체의 분자적 검출 및 특성 376

바이러스 검출 378

새로운 기술: MALDI -TOF MS를 이용한 세균 종 동정 386



16 분자 임상 검사실에 대한 지침 391 (Guidance for Molecular Clinical Laboratory)

분자 진단 검사의 필요성 391

사전 분석에 대한 표준 392

분석 과정 395

분석 후 과정 397

일반 관리 지침 399

인증 404

임상 검사실의 분자진단을 위한 과제 406



Bibliography 409

찾아보기 421