염색체마이크로어레이검사(chromosomal microarray analysis, CMA)는 2010년 전문가그룹에 의하여 발달지연, 정신지체, 자폐스펙트럼장애, 다발성 기형을 가진 환자에서 가장 처음(first-tier) 시행할 수 있는 진단검사로 권장되었고 플랫폼은 최소한 400 kb 이상의 CNV를 검출할 수 있어야 한다는 가이드라인이 제시되었다. College of American Pathologists (CAP)의 proficiency testing에서는 300 kb 이상의 CNV를 보고하도록 하고 있다.

염색체마이크로어레이검사에 이용되는 플랫폼은 array comparative genomic hybridization (array CGH) 기반과 SNP 기반의 2가지가 있다. CytoScan Dx Assay (ThermoFisher Scientific)은 SNP 기반으로서 750,000개의 SNP 마커와 1.9 million non-polymorphic 마커로 총 2.69 million 마커를 포함하며 25 kb 이상의 copy-number loss와 50 kb 이상의 copy-number gain을 검출하도록 고안되어 있다. CytoScan Dx Assay는 상기 환자의 진단 목적으로 최초로 FDA 승인을 받았고 국내 식품의약품안전처의 승인도 획득하였다.

2019년 7월 보건복지부 고시에 의해 염색체마이크로어레이검사, 고해상도의 검사항목이 신설되면서 요양급여 적용기준 및 세부사항이 발령되었다. 서울아산병원에서는 2019년 9월 CytoScan Dx Assay의 염색체마이크로어레이검사를 개설하였고 1년 이상 검사를 진행해 오면서 검사과정과 정도관리의 중요성, 진단적 유용성, 아쉽게 느낀 부분을 기술해보고자 한다.

CytoScan Dx Assay의 CMA 검사는 genomic DNA 준비, 제한효소처리, adapter ligation, PCR 및 purification과 정량, fragmentation, labeling, hybridization, wash, 스캐닝까지 4일에 걸쳐 수행되고 각 단계마다 30분 내지 2시간씩의 수작업이 필요하며 높은 수준의 숙련도를 요구한다. 검사과정의 정도관리로서 DNA quality와 정량, PCR 증폭 크기 확인과 purification 정량, fragmentation 크기 확인이 매우 중요하여, 반드시 각 단계를 점검하면서 검사를 진행해야 한다. 또한 스캐닝 후 데이터 QC metrics (MAPD, SNPQC) 점검에서 기준을 통과해야만 신뢰성있는 데이터로 간주하고 CNV 분석과 해석을 진행할 수 있다. 본 검사실의 경험으로는 스캐닝 전의 단계별 정도관리에서 문제가 없었다면 높은 quality의 QC metrics를 얻을 수 있었다. CytoScan Dx Assay는 검사의 난이도가 높고 단계별 QC 점검이 까다롭지만, CNV 검출의 성능면에서는 검사 도입시 검증평가 뿐만 아니라 정기적으로 시행하는 재현성평가에서 우수한 결과를 보였다.

데이터 분석은 함께 제공되는 Chromosome Analysis Suite Dx (ChAS Dx) Software를 이용하고, 유전자정보 제공 및 다른 DB와 연계가 편리한 면은 있지만, 환자에서 검출된 CNV 각각을 가이드라인에 따라 분류하고 해석하는데 시간이 많이 소요된다. 현재까지 서울아산병원에서 시행한 CMA 검사의 분석 통계를 보면, 환자당 평균 12.8개의 CNV를 가지고 있고 copy-number loss가 8.1개, copy-number gain이 4.8개였는데, loss와 gain의 검출 기준이 각각 25 kb, 50 kb 이상이므로 copy-number loss가 더 많았던 것으로 판단된다. CNV 분류상 pathogenic/likely pathogenic CNV의 빈도는 28.1%이었고 VUS (variants of uncertain significance)는 11.4%이었다. CAP 보고 기준인 300 kb보다 작은 pathogenic CNV가 2건(98 kb loss, 65 kb loss) 있었고, 각각 KBG syndrome과 Rubinstein-Taybi syndrome으로 진단되었다. SNP 기반의 CMA에서 큰 장점인 absence of heterozygosity (AOH) 또는 uniparental disomy (UPD)의 검출에 있어서는 5 예에서 Prader-Willi syndrome 등 임상적으로 중요한 질환이 확인되었다.

Pathogenic/likely pathogenic CNV를 가진 환자들의 35%는 염색체검사에서 염색체 이상이 인지되었지만 많은 경우에서는 CMA 결과를 참고해야만 핵형을 정확히 파악할 수 있었으며 특히 염색체 전좌를 가진 보인자인 부모로부터 유래된 경우가 많았다. CytoScan Dx Assay에서 검사과정상 어려운 점은 난이도가 높은 hands-on 작업이 많은 것으로, 이를 해결할 수 있는 자동화 시스템이 필요할 것으로 보인다. ChAS Dx Software의 데이터 분석에서는 ISCN 2016 명명법의 추가, 동시 분석 가능 건수와 분석 속도의 개선, 다양한 보고서출력양식 지원, 데이터베이스로서의 기능, 2020 ACMG/ClinGen 해석 가이드라인의 적용 등 여러 기능들이 추가되면 CNV 해석과 결과보고 과정에 도움이 될 것이다. High-resolution의 CytoScan Dx Assay는 수십 kb의 pathogenic CNV 검출을 포함하여 높은 진단율을 보였고, 중요한 AOH 및 UPD도 검출할 수 있어 임상적으로 유용한 CMA 검사법으로 생각된다.