미토콘드리아는 세포 내에서 에너지를 생산하는 중요한 소기관입니다. 주로 세포 호흡을 통해 ATP(아데노신 삼인산)라는 형태로 에너지를 생성하며, 이는 세포가 다양한 기능을 수행하는 데 필요한 에너지원입니다. 미토콘드리아는 이중막 구조를 가지고 있으며, 내부에는 세포핵과는 별도로 자체적인 DNA(mtDNA)를 포함하고 있습니다. 이 mtDNA는 이중 가닥의 고리 모양으로, 인간의 경우 약 16,569개의 염기쌍으로 이루어져 있습니다.
미토콘드리아 게놈에 변이가 발생하면 에너지 생성 기능에 문제가 생길 수 있으며, 이로 인해 다양한 질환이 발생할 수 있습니다. 미토콘드리아 변이로 인한 유전 질환은 주로 신경계, 근육, 심장, 청각 등 에너지를 많이 소비하는 조직에서 증상을 유발합니다. 또한, 암이나 퇴행성 질환에서도 미토콘드리아의 체세포 변이가 질병의 발생 및 예후에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 질병의 정확한 진단을 위해 유전자 검사는 매우 유용한 도구가 될 수 있습니다.
미토콘드리아를 높은 순도로 분리하기 위해서는 세포 파쇄 용액을 여러 단계의 복잡한 원심분리 과정을 필요로 합니다. 그러나 시료에서 전체 DNA를 추출한 후 미토콘드리아 DNA만을 선택적으로 증폭하는 방법을 사용하면 보다 간단하게 미토콘드리아 DNA를 분석할 수 있습니다. 미토콘드라이 DNA를 증폭하는 방법으로는 PCR 기반 방식과 혼성화(Hybridization) 방식이 주로 사용됩니다.
PCR 기반 방식은 미토콘드리아 게놈에 결합하는 프라이머 쌍을 디자인하여 미토콘드리아 DNA를 증폭하는 방식입니다. 증폭할 amplicon의 크기가 지나치게 커지면 증폭 효율이 떨어지므로, 적절한 크기로 미토콘드리아 게놈을 나누어 증폭하게 됩니다. PCR 기반 미토콘드리아 증폭 방식은 실험 방법이 매우 단순하다는 장점이 있으나, 프라이머 결합 위치에 변이가 발생할 경우 증폭이 어려워질 수 있고, 다른 게놈 영역들과 미토콘드리아를 같이 분석하는 경우 영역 확장성이 떨어진다는 단점이 있습니다.
혼성화(Hybridization) 방식은 미토콘드리아 게놈에 상보적으로 결합할 수 있는 여러 쌍의 프로브를 디자인하여 미토콘드리아 DNA를 포획하는 방식입니다. 이 방식은 PCR 방식에 비해 실험 과정이 복잡하다는 단점이 있지만 포획 효율이 변이 존재 여부에 영향을 적게 받아 보다 안정적인 염기서열 정보 확보가 가능합니다. 또한, 게놈 상의 다른 영역을 함께 분석하는 경우 프로브를 혼합하는 방식으로 쉽게 확장할 수 있다는 장점이 있습니다.
두 방법 모두 장단점이 있으므로, 분석 목적에 따라 적절한 방법을 선택할 수 있습니다. 미토콘드리아 단일 분석이 필요하고 대량의 샘플을 빠르게 처리해야 한다면, 실험 과정이 단순한 PCR 방식이 더 효과적입니다. 반면, 미토콘드리아 외에 다른 게놈 영역까지 복합적으로 분석할 필요가 있다면, 확장성이 뛰어난 혼성화(hybridization) 방식이 더 적합합니다.
셀레믹스 미토콘드리아(Mitochondrial) DNA Panel: https://www.celemics.com/ko/products/ready-to-use-ngs-panel/mitochondrial-dna/
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