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Korean Journal of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery 1997;40(11): 1691-1695. |
| Sensorinerual Hearing Loss Harboring a Mitochondrial DNA tRNA(Leu(UUR)) Point Mutation. |
| Chae Seo Rhee, Ha Won Jung, Sun O Chang, Chong Sun Kim |
| Deptartment of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Seuol National University College of Medicine, Seoul, Korea. |
| 사립체유전자 tRNA<sup>Leu(UUR)</sup> 점돌연변이가 동반된 감각신경성난청 |
| 이재서 · 정하원 · 장선오 · 김종선 |
| 서울대학교 의과대학 이비인후과학교실 |
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| ABSTRACT |
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It is well known that sensorineural heating loss(SNHL) may be frequently associated with mitochondrial DNA(mtDNA) mutations. Mitochondrial DNA mutations associated SNHL have previously described in aminoglycoside-induced hearing loss(A1553G in the mitochondrial 12S ribosomal RNA gene) and diabetes with hearing loss(A3243G in the mitochondrial transfer RNA(Leu(UUR)) gene. The authors report a case of SNHL and diabetes mellitus associated with mtDNA mutation(A3243G). Patient had adult-onset maternally inherited diabetes mellitus. The SNHL appeared to be in progess since adolescence and was bilateral and symmetric.
Bilateral hearing was impaired in all frequencies and was deteriorated more severely at high frequencies. Audiometric test results suggested that hearing loss involved in the cochlear rather than the retrocochlear. The point mutation of mtDNA should be suspected in patients with progressive cochlear hearing loss when they also have a family history of diabetes and/or hearing impairment. |
| Keywords:
Mitochondrial DAN mutationㆍSensorineural hearing lossㆍDiabetes mellitus |
서론
최근 10년간 분자 생물학의 발달과 이의 의학분야로의 적용이 활발해지면서 여러질병들의 핵형-표현형간의 연관성들이 밝혀지고, 유전성 성향을 갖는 질환들의 원인들이 유전자 수준에서 발병기전이 규명되어 가고 있다. 감각신경성난청의 발병기전에도 사립체유전자(mitochodrial DAN)의 이상이 중요한 역할을 할 가능성이 제시되었다. 특히 아미노글라코사이드계통의 항생제로 인한 난청1)2), MEALS 증후군3) , 모계 유전성인 당뇨와 난청이 동반된 경우4)5) 등에 사립체유전자내 돌연변이와 감각신경성난청이 동반됨이 알려졌다. 사립체유전자의 점돌연변이는 12S ribosomal RNA(rRNA)에서 A1555G, 혹은 transfer RNA(tRNA)LEU(UUR)에서 A3243G 점돌연변이가 발생하여 감각신경성난청과 연관됨이 중국인2)과 일본인4)에서 보고되었으나 국내에서는 아직 사립체유전자 이상에 의한 감각신경성난청 환자에 대해서 보고된 바가 없다.
저자들은 모계유전성 당뇨가 의심되고 감각신경성난청이 동반된 환자에서 사립체유전자 tRNA LEU(UUR)(3243)(A → G)의 점돌연변이를 확인하였기에 보고하는 바이다.
증례
환자：여자 24세.
주증상：8년전부터 시작된 진행성 난청.
현병력：환자는 8년전부터 작은 소리를 잘 듣지 못하였고 청력감퇴는 점차로 진행되는 양상을 보였다. 이루, 이통, 현훈, 이명, 안면신경마비 등의 증상은 없었다. 수년전부터 양안의 시력감퇴를 보였고 1년 5개월전에 당뇨를 발견하였으나 치료하지 않고 지내다 현재 인슐린 치료를 받고 있다.
이학적검사 소견：양쪽 고막은 정상소견이었다.
과거력：이독성 약재사용, 소음노출, 두부좌상 등의 병력은 없었다.
가족력：환자의 모친이 당뇨와 난청의 병력이 있었고 이모가 당뇨의 병력을 가지고 있었다(Fig. 1).
검사소견：순음청력검사상 양측 감각신경성난청의 소견으로 고주파수 영역으로 갈수록 심해지는 양상을 보였다. 어음청력검사는 우측 52dB, 좌측 54dB보였으나 어음변별력은 100%이었고(Fig. 2) 뇌간유발전위반응검사는 양측 정상소견을 보였다. 고실도는 A형을 나타냈고 미세증가감성지수검사(SISI, short increment sensitivity index test)에서 누가현상을 관찰할 수 있었다. 전정기능검사 및 측두골 자기공명영상에서 이상소견은 발견되지 않았다. 시야검사에서 양안 주변부협착이 관찰되었다.
사립체유전자 점돌연변이 검사：tRAN LEU(UUR) 유전자 부위인 사립체유전자 3243번째 염기서열의 점돌연변이(A → G)를 확인하기 위한 선별검사로 ApaI 제한효소(Boehringer Mannheim, Mannheim, Germany)를 이용한 poymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism(PCR-RFLP)을 시행하였다. 환자의 말초혈액내의 백혈구로부터 전체 DNA를 추출한 후 3243을 포함하는 사립체유전자중 3153∼3549번째 염기부위를 증폭하여 397 base pair를 갖는 PCR 산물을 얻었다. 이때 사용된 primer는 각각 5'-TTCACAAAGCGCCTTCCCCC-3'(np3153-3172)와 5'-GCGATGGTGAGAGCTAAGG-3'(np 3531-3549)이다. 0.5∼1μg의 DNA를 template로 하여 1.0μM primer와 0.2mM dNTPs 및 2.5unit Taq polymerase와 혼합하여 전체 50μl의 용적으로 반응시켰다. PCR 반응조건은 94℃ denaturation 1분, 60℃ annealing 2분, 72℃ extension 2분을 한 주기로 총 35주기를 시행하였다. PCR로 증폭된 산물을 ApaI 제한효소로 처리한 다음 2% agarose 겔상에서 전기영동하여 ethidium bromide로 염색한 후 자외선 조사하여 관찰하였다(Fig. 4). PCR 산물은 제한효소처리 결과 307 base pair와 90 base pair를 갖는 절편으로 나뉘어 짐을 확인하였다. 정상적인 염기서열인 5'-GAGCCC-3'가 5’-GGGCCC-3’으로 대치된, 사립체 유전자 3243번째 염기서열의 돌연변이(A → G)를 갖고 있음을 시사하였고, 동시에 397 base pair 절편도 나타나서 heteroplasmy가 있음을 알 수 있었다(Fig. 3). 대조군으로 동시에 시행한 10명의 환자(난청이 없는 당뇨병환자)에서는 이런 분절이 발견되지 않았다. 환자의 DNA 염기서열을 구하여 사립체 유전자 3243위치의 염기가 adenosine에서 guanosine으로 대치된 것을(A → G) 확인하였다(Fig. 4).
고찰
인체의 사립체유전자는 16,569 base pair를 갖는 원형분자로서 oxidative phosphorylation과 구조유전자 rRNA, tRNA에 필수적인 유전자 13개를 coding하고 있다.6) Nucleotide pair 3243의 돌연변이는 tRNA의 highly conserved portion에서 발생하고 또한 정상대조군에서는 발견되지 않기 때문에8)9)10) 이부위의 돌연변이가 질병의 원인으로 간주된다. 본 환자에서 순음청력검사상 감각신경성난청을 나타내고 미세증가감성지수검사에서 누가현상, 어음변별력은 100%, 뇌간유발전위반응검사는 양측정상소견을 보여 본 환자의 감각신경성난청은 와우의 이상에 의한 것으로 생각된다. 이런 사실은 일본환자 가족군에서 보고된 것과 일치하는 결과이다.4)5) 순음청력검사 소견은 전 주파수 영역을 침범하였고 특히 고주파영역에서 심한 난청의 소견을 보여 사립체유전자 이상에 의한 청력감퇴시 보고된 것과 일치하는 양상이었다.4) 사립체유전자 이상에 의한 점진적인 청력감퇴는 고주파 영역에서 심하고 매년 1.5∼7.9dB5) , 평균 2.5dB의 청력감퇴가 생긴다.11) 이와같이 사립체유전자 이상에 의한 감각신경성난청은 진행성이며 양측성이고 고주파 영역에서 더 심한 양상을 나타낸다. 사립체유전자 이상에 의한 청력감퇴는 진행성이고 백혈구 사립체유전자의 돌연변이 정도가 심할수록 청력감퇴가 일찍 시작되지만 청력감퇴의 정도와는 차이가 없다.5) 사립체유전자는 본 증례와 다른 보고에서처럼 모계를 통해서 유전된다. 그러므로 진행성의 양측성 감각신경성난청이 동반되고 고주파 영역에서 난청이 심한 경우에 항상 환자의 모계가족력에 대한 상세한 문진이 필요하다. 특히 본 증례에서처럼 모계유전성 당뇨와 난청이 의심되는 경우에는 사립체유전자 이상이 가능성을 생각해야된다.
사립체유전자 3243의 점돌연변이가 어떻게 와우기능의 점진적인 이상을 초래하는지 그 기전은 확실하게 밝혀져 있지 않다. 혈관조나 청신경세포는 이온펌프가 있어 Na+, K+, Ca++ 이온의 농도를 적당하게 조절한다. 이온펌프의 작동에는 ATP가 필요하고 ATP는 사립체에서 가장 효과적으로 생산된다. 사립체유전자(A → G)의 점돌연변이는 사립체 tRNAs의 일부를 부호매김(coding)하는 구조유전자 tRNA LEU(UUR)에서 발생한다. 이런 점돌연변이는 사립체유전자내의 단백요소(protein factor)에 대한 결합장소에서 발생하기 때문에 사립체단백의 생성부족을 초래한다.12) 그러므로 사립체유전자 이상은 ATP 생성을 저하시키고 이온펌프의 이상을 야기해서 이온농도의 불균형을 초래된다. 그 결과 혈관조와 청신경세포의 손상이 유발된다고 생각되어 지고 있다.13)
동일한 사립체유전자의 이상이 있는 환자가 왜 다양한 임상양상을 나타내는지에 대해서는 여전히 이견이 있으나 개개 조직내에서 사립체유전자의 돌연변이 비율의 차이, 조직내에서 사립체 에너지의 생성양의 차이에 기인하는 것으로 생각된다.14) 손상된 사립체유전자는 안정된 조직에서 축적되는데 포유류의 와우세포는 발생기(embriogenesis)에 이미 분열이 끝나기 때문에 돌연변이 사립체유전자가 와우에 많이 축적될 가능성이 있다.14)
본 증례에서는 인체의 청각로(auditory pathway)에서 추출한 사립체유전자를 분석한 것이 아니고 환자의 백혈구의 사립체유전자를 분석한 것이기에 청각로에 사립체유전자를 돌연변이를 직접 반영한다고 할 수 없으나 사립체유전자 유전법칙(genetics)을 생각하면 청각로에 사립체유전자 돌연변이가 존재할 것으로 생각된다.14) 최근까지 사립체유전자의 이상을 갖고 있는 사람에서 아미노글라이코사이드 계통의 항생제의 투여가 청격감퇴의 유발인자로 생각되었으나 사립체유전자 A1555G의 점돌연변이시에 아미노글라이코사이드 계통의 항생제의 투여없이 진행성 난청이 생김이 보고되어7) 사립체유전자의 이상을 가지고 있는 것 자체가 유발원인 없이 혹은 아직도 밝혀지지 않은 유발인자에 의해 난청을 유발시킬 수 있음을 시사한다. 이와 마찬가지로 본 증례에서도 사립체유전자의 이상이 있는 환자에서 당뇨가 난청의 유발인자로 작용할 가능성을 배제할 수 없으나 본 증례에서 처럼 난청이 당뇨의 발생보다 먼저 시작되었다는 사실과 당뇨와 청력간에는 상관관계가 없다는 보고15)는 감각신경성난청의 당뇨에 의한 이차적인 결과로 생각되지 않고 사립체유전자의 이상을 가지고 있는 것 자체, 혹은 다른 유발인자가 사립체유전자의 이상이 있는 환자에서 난청을 유발시킬 수 있다고 생각된다.
결론
저자들은 모계유전이 의심되는 당뇨병과 감각신경성난청이 동반된 환자에서 Leucine tRNA의 3243 위치에서 염기가 adenosine에서 guanidine으로 대치되는(A → G) 점돌연변이를 분자유전학적으로 학인하였기에 이를 보고하는 바이다. 감각신경성난청의 한 원인으로서 사립체유전자의 돌연변이 가능성을 고려하여야 하겠다. 특히 진행성의 양측성 감각신경성난청이 동반되고 고주파 영역에서 난청이 심한 경우에 항상 환자의 모계 가족력에 대한 상세한 문진이 필요하다.
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