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Original Article
급성골수성백혈병과 골수이형성증후군 환자를 대상으로 한 NGS 골수성 패널 검사: 단일 상급종합병원에서의 경험
Next-Generation Sequencing Myeloid Panel Test for Patients with AML and MDS: Experience in a Tertiary Care Hospital
대구가톨릭대학병원 진단검사의학교실
Department of Laboratory Medicine, Daegu Catholic University School of Medicine, Daegu, Korea
Correspondence to:This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Lab Med Online 2021; 11(1): 40-46
Published January 1, 2021 https://doi.org/10.47429/lmo.2021.11.1.40
Copyright © The Korean Society for Laboratory Medicine.
방법: 총 32명 환자의 NGS 골수성 패널 검사 결과를 후향적으로 검토하였다. Oncomine Myeloid Research Assay (Thermo Fisher Scientific, USA)와 Ion Torrent S5 XL (Thermo Fisher Scientific)이 염기서열 분석에 사용되었고, 변이에 대한 주석을 다는 과정은 Ion Reporter Software (Thermo Fisher Scientific)로 시행하였다. 필터 링을 거친 각 변이들은 Association for Molecular Pathology에서 정한 가이드라인에 따라 Tier 1, 2 그리고 3으로 분류하였다.
결과: 32명 환자에서 총 87개의 변이가 확인되었고, 30명(91%)의 환자에서 Tier 1 혹은 2로 분류되는 변이가 최소 1개 이상 발견되 었다. AML 환자에서 가장 빈번하게 나타난 변이된 유전자는 DNMT3A (N=8)였고, MDS 환자에서는 U2AF1 (N=4)의 변이가 가장 빈번하게 나타났다. MDS with single lineage dysplasia 환자에서는 변이가 검출되지 않았다.
결론: NGS 골수성 패널 검사를 통해 AML과 MDS 환자에서 임상 적으로 유용한 유전자 변이들이 발견되었다. 비록 적은 증례 수로 인한 한계는 있지만, 본 연구에서 나온 결과와 타 연구들에서 나타 난 AML 환자의 유전적 프로파일에 일부 차이가 나타났다. 골수 종 양 질환의 유전적 프로파일에 대한 추가 연구가 필요하며, 이를 위 해 NGS 골수성 패널 검사가 도움이 될 것으로 판단된다.
Methods: Thirty-two NGS myeloid panel test results were reviewed retrospectively. Oncomine Myeloid Research Assay (Thermo Fisher Scientific, USA) and Ion Torrent S5 XL (Thermo Fisher Scientific) were used for sequencing, and variant annotation was performed using Ion Reporter Software (Thermo Fisher Scientific). Filtered variants were classified into tiers 1, 2, and 3, according to the Association for Molecular Pathology guidelines.
Results: Eighty-seven variants were detected from 32 cases, and 30 cases (94%) had at least 1 variant classified into tier 1 or 2. The most frequently detected mutated gene in patients with AML was DNMT3A (N=8) and that in patients with MDS was U2AF1 (N=4). Gene mutations were not detected in patients with MDS with single lineage dysplasia.
Conclusions: Clinically useful genetic mutations were found in patients with AML and MDS through an NGS myeloid panel test. Although there are limitations to this study due to the small number of cases, some differences were found between the results of this study and the genetic profiles of AML patients in other studies. Further evaluation of the genetic profile of myeloid neoplasm is needed, and the NGS myeloid panel test can be useful for this.
Keywords
급성골수성백혈병(AML)과 골수이형성증후군(MDS)은 골수성 악성 종양에서 가장 흔하게 나타나는 두 가지 질환이다[1]. 이 질환들의 진단법은 세포유전학, 중합효소연쇄반응(PCR) 기반의 분자진단, 그리고 직접염기서열분석법(Sanger sequencing) 등이 활용되면서 빠르게 발전하였다[2]. 하지만 이런 고식적인 방법들은 노동력 및 시간이 많이 들고, 잘 알려지지 않은 클론을 검출하기에는 부적합하다[3]. 최근에 개발되어 활용되고 있는 차세대 염기서열 분석법(next-generation Sequencing, NGS)은 한 번 분석에 여러 환자와 많은 종류의 유전자에 대해 동시에 검사가 가능하다[4].
AML은 분화되지 않은 골수 전구 세포의 클론성 증식이 특징으로, 이로 인해 조혈 기능에 장애가 생기게 된다[5]. AML에서의 염색체 구조 변이는 오랜 기간 연구 끝에 진단과 예후 판정의 표지자로 잘 활용되고 있다. 하지만 약 50%의 AML 환자는 염색체 구조 변이가 없는 정상 핵형을 가지고 있어 기존의 핵형 분석을 이용한 진단과 예후 분류는 어려웠다[6]. 최근에는 NGS가 개발되어 동시에 여러 가지 유전자 변이를 쉽게 검출할 수 있게 되면서 세계보건기구(WHO)와 European Leukemia Network (ELN)는 AML의 분류에 유전자 변이 여부를 활용하고 있다[7-9]. 2016 WHO 분류에서는
MDS는 골수 전구 세포의 이형성과 조혈 기능의 장애로 인한 말초혈액의 혈구감소증을 특징으로 하는 클론성 골수 종양 질환으로[8], 성인에서의 후천적 골수 부전의 가장 흔한 원인으로 알려져 있다[11]. 차세대 염기서열 분석으로 MDS 환자의 약 90%에서 유전자 변이가 발견되었는데,
NGS는 골수 종양 질환을 대상으로 하는 연구에서 많이 이용되었고, 수백개의 유전자를 대상으로 하는 패널들을 사용하였다[4, 14]. 하지만 이러한 패널들은 연구 목적에는 적합하지만, 실제 임상에서 진료에 도움을 주기에는 많은 양의 정보를 분석하기 때문에 복잡하면서 진단을 늦출 수 있고, 획득한 추가 자료들도 대부분 임상 결정에는 영향을 주지 못하는 단점이 있다[3]. 따라서 NGS를 실제 임상에서 이용하기 위한 골수 종양 질환에 특이적인 유전자들을 대상으로 하는 다양한 종류의 상업적 NGS 골수성 패널 검사가 등장하였다. 이 패널 검사는 targeted sequencing을 기반으로 하고 있으며, 대개 25-50개의 유전자를 대상으로 한다[15].
본 연구에서는 이러한 상업적 NGS 골수성 패널 검사를 AML 및 MDS 환자들을 대상으로 활용하고 나온 결과들을 후향적으로 정리해보았다. 그 결과 AML 및 MDS 환자들에게서 각각 의미 있는 유전자 변화를 검출할 수 있었고, 저자들의 병원에서는 임상에서 잘 이용하고 있기에 문헌 고찰과 함께 보고하고자 한다.
1. 환자와 검체
2018년 10월부터 2019년 10월까지 1년 동안 본원 진단검사의학과로 NGS 검사 시행을 위해 의뢰된 골수 검체 중 AML로 진단받은 20례와 MDS로 진단을 받은 12례를 포함하는 총 32례 환자들의 분석결과를 대상으로 후향적으로 분석하였다. AML 20명은 2016 세계보건기구 기준에 따른 아형으로 분류하면 Acute myelomonocytic leukemia (AMMoL) 4명, AML with maturation 4명, AML with myelodysplasia related change (AML-MRC) 3명, AML without maturation 3명, AML with mutated
DNA는 각 환자들의 골수 검체에서 QIAamp DNA Blood Mini Kit (Qiagen, Hilden, Germany)를 사용하여 추출하였고, Qubit dsDNA HS Assay Kit (Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA)과 Qubit 3.0 Fluorometer (Thermo Fisher Scientific)를 사용하여 정량화되었다.
2. NGS 라이브러리(library) 제작과 염기서열 분석
각 환자들의 검체들은 Oncomine Myeloid Research Assay (Thermo Fisher Scientific)와 Ion Chef System (Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 제조사의 가이드라인을 따라 타겟 증폭을 하였다. Oncomine Myeloid Research Assay는 526개의 amplicon을 포함하고 40개의 유전자를 타겟으로 하며, 이 유전자들은 full coding exon을 확인하는 17개의 유전자(
3. 결과 해석
Human genome build 19를 레퍼런스로 하여 Torrent Suite Software version 5.10 (Thermo Fisher Scientific)을 이용해 base calling과 alignment를 시행하였다. 변이에 대한 주석을 다는 과정은 Ion Reporter Software version 5.10.1.0 (Thermo Fisher Scientific)을 이용해 수행하였다. 주석이 달린 변이들은 임상적으로 의미 있는 변이를 가려내기 위해 SNV indel(5.6) filter chain과 Oncomine Variants(5.10) filter chain을 적용해 필터링하였고, 추가적으로 synonymous, intronic, 그리고 다형성인 변이들을 제외하였다. COSMIC database (http://cancer.sanger.ac.uk/cosmic)와 ClinVar database (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/clinvar)에서 양성으로 확인된 변이들도 제외하였다. 필터링을 거친 각 변이들은 Integrative Genomics Viewer (IGV)를 사용해 검토하였고[16], 최종적으로 나온 결과를 Association for Molecular Pathology에서 정한 가이드라인에 따라 임상적 의의가 강한 변이를 의미하는 Tier 1, 임상적 의의가 있을 수 있는 변이를 의미하는 Tier 2, 임상적 의의가 불분명한 변이를 의미하는 Tier 3으로 분류하였다[17]. Tier 1이나 Tier 2에 해당하는 변이가 1개 이상 발견된 환자는 해당 검사를 의뢰한 주치의에게 NGS 검사에서 임상적 의의가 있는 유전자 변이(clinically significant variant)가 발견되었다고 보고하였다. 양성 혹은 양성 가능성이 높은 변이를 의미하는 Tier 4는 필터링 과정에서 이미 제외되었기에 따로 분류하지 않았다.
총 32명 환자 중 30명(94%)의 환자에서 최소 1개 이상의 변이가 발견되었으며(Fig. 1), 환자 1명당 평균 약 2.7개의 변이가 발견되었다(범위 0-6개). 변이가 1개 이상 발견된 30명에서 총 87개의 변이가 확인되었고, 이 변이들을 Association for Molecular Pathology에서 정한 가이드라인에 따라 분류했을 때[17], Tier 1 변이가 39개(45%), Tier 2 변이가 30개(34%), Tier 3 변이가 18개(21%)인 것으로 나타났다(Table 1). 검사 대상 환자들 중 Tier 1이나 Tier 2에 해당하는 변이가 최소 1개 이상 발견된 환자는 29명(91%)이었다.
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Table 1 Summary of the 32 patients in this study
No. Sex/Age Subtype* Tier 1 variant† Tier 2 variant† Tier 3 variant† Karyotype Conventional genetic test results 1 F/77 AMMoL CEBPA p.E148fsNot detected Not detected Normal NPM1-, FLT3-, CEBPA+ 2 M/59 AMMoL FLT3 ITD (33 bp)RUNX1 p.D198GDNMT3A p.D531fsGATA2 p.G320STET2 p.S69RNormal NPM1-, FLT3+, CEBPA- 3 F/83 AMMoL NPM1 p.W289fsDNMT3A p.R882CTET2 p.Q916*TET2 p.C1273FNormal NPM1+, FLT3-, CEBPA- 4 M/73 AMMoL FLT3 ITD (24 bp)
RUNX1 p.R107GRUNX1 p.G87fsZRSR2 p.E118fsNot detected Normal Not tested 5 F/57 AML with biallelic mutation in CEBPA CEBPA p.P23fsCEBPA p.L315_
E316insTNRAS p.Q61HNRAS p.G13DWT1 p.R462WCSF3R p.T648I+21 NPM1-, FLT3-, CEBPA+ 6 F/66 AML with maturation IDH2 p.R140QDNMT3A p.R882CMPL p.*636Wext*13add(22p) NPM1-, FLT3-, CEBPA- 7 F/75 AML with maturation ASXL1 p.Q588*TET2 p.E1411fsWT1 p.A382fsPHF6 p.E152*Normal NPM1-, FLT3-, CEBPA- 8 F/65 AML with maturation IDH2 p.R172KASXL1 p.E635fsTET2 p.S1758*Not detected Normal Not tested 9 M/73 AML with maturation DNMT3A p.R882HKRAS p.G12DNot detected -7, add(8q) NPM1-, FLT3-, CEBPA- 10 F/37 AML with minimal differentiation CEBPA p.K298NIDH2 p.R172KNot detected PHF6 p.L324Pt(1;2) NPM1-, FLT3-, CEBPA+ 11 F/68 AML-MRC Not detected NRAS p.G12DGATA2 p.L359Vdel(5q) NPM1-, FLT3-, CEBPA- 12 M/79 AML-MRC IDH2 p.R140QRUNX1 p.I342fsRUNX1 p.S322*DNMT3A p.F827fsSF3B1 p.K700ENot detected Normal NPM1-, FLT3-, CEBPA- 13 F/51 AML-MRC Not detected TET2 p.F868L WT1 p.H465RNormal Not tested 14 F/79 AML with mutated NPM1 IDH2 p.R140QNPM1 p.W288fsNot detected Not detected Normal NPM1+, FLT3-, CEBPA- 15 F/84 AML with mutated NPM1 NPM1 p.W288fsNRAS p.G13DDNMT3A p.R659PTET2 p.L1899HNormal Not tested 16 M/77 AML with RUNX1-RUNX1T1 FLT3 ITD (39 bp)Not detected GATA2 p.A372T-Y, t(8;21) Not tested 17 F/54 AML with RUNX1-RUNX1T1 Not detected NRAS p.G13DNot detected t(8;21) Not tested 18 F/77 AML without maturation RUNX1 p.A149EBCOR p.K1972fsDNMT3A p.R882HDNMT3A p.W860RSRSF2 p.P95LNot detected Normal Not tested 19 M/66 AML without maturation ASXL1 p.E705*NF1 p.S2597fsTP53 p.E271Kadd(7q), add(17p) NPM1-, FLT3-, CEBPA- 20 F/66 Pure erythroid leukemia Not detected DNMT3A p.R729WTET2 p.D1587fsNot detected Complex > 3 abnormality NPM1-, FLT3-, CEBPA- 21 F/47 MDS with isolated del(5q) ASXL1 p.D1000GNot detected Not detected del(5q) Not tested 22 M/62 MDS-EB1 ASXL1 p.A640fsKIT p.D816VRUNX1 p.Q185fsNot detected CEBPA p.Q83fsNormal Not tested 23 F/58 MDS-EB1 RUNX1 p.S293fsRUNX1 p.P263fsU2AF1 p.Y158_E159dupNot detected +1, der(1;7)(q10;p10) Not tested 24 M/60 MDS-EB1 U2AF1 p.Q157PNot detected PRPF8 p.I1571MNormal Not tested 25 F/70 MDS-EB1 Not detected TET2 p.F868LNot detected Normal Not tested 26 F/70 MDS-EB2 RUNX1 p.R107CIDH1 p.R132CDNMT3A p.R882HNormal Not tested 27 M/77 MDS-EB2 TP53 p.R273HNot detected Not detected Complex > 3 abnormality Not tested 28 F/74 MDS-MLD ASXL1 p.Y591*CBL p.P417SU2AF1 p.Q157PNot detected Not detected Normal Not tested 29 M/76 MDS-MLD U2AF1 p.Q157HTET2 p.Q831*TET2 p.K944delNormal Not tested 30 F/60 MDS-MLD Not detected Not detected BCOR p.E630KNormal Not tested 31 F/50 MDS-SLD Not detected Not detected Not detected Normal Not tested 32 M/58 MDS-SLD Not detected Not detected Not detected Complex > 3 abnormality Not tested *Subtypes at diagnosis were established according to the 2016 World Health Organization classification [8]. †Variants were classified according to the Association of Molecular Pathology guidelines [16].
Abbreviations: AMMoL, acute myelomonocytic leukemia; AML-MRC, AML with myelodysplasia related change; MDS-EB, MDS with excess blasts; MDS-MLD, MDS with multilineage dysplasia; MDS-SLD, MDS with single lineage dysplasia.
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Figure 1. Number of mutations per patient detected using the NGS myeloid panel test. Data include those for 20 patients with AML and 12 patients with MDS.
총 20명의 모든 AML 환자에서는 최소 1개 이상의 변이가 발견되었으며(Fig. 1, Table 1), 환자 1명당 평균 3.2개의 변이가 발견되었다(범위 1-6개). AML 환자에서 가장 빈번하게 나타난 변이된 유전자는
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Figure 2. Mutation status matrix. 87 detectable mutations are represented by colored boxes (green, orange, and black for tiers 1, 2, and 3 mutations, respectively). (A) Includes 20 patients with AML. (B) Includes 12 patients with MDS.
MDS 환자에서는 12명 중 10명(83%)에게서 1개 이상의 변이가 발견되었고(Fig. 1, Table 1), 환자 1명당 평균 약 1.9개의 변이가 발견되었다(범위 0-4개). MDS 환자에서 가장 빈번하게 나타난 변이된 유전자는
골수성 종양 환자를 대상으로 진단을 위한 NGS 검사를 시작한 후 약 1년간 의뢰를 받았던 32례의 검사 결과를 후향적으로 분석하였고, 적은 증례 수로 인한 한계점이 있지만 여러 의미 있는 결과들을 얻을 수 있었다. 먼저 검사 대상 중 94% (30명)에서 최소 1개 이상의 변이를 발견했으며, 91% (29명)의 환자들은 임상적으로 의의가 있다고 볼 수 있는 Tier 1 혹은 Tier 2 변이가 최소 1개 이상 검출되었다. Levy 등은 380명의 골수성 종양 환자를 대상으로 NGS myeloid 패널 검사를 하였는데, 192명(50.5%)의 환자에서 Tier 1 혹은 Tier 2 변이가 나타났다고 보고하였다[18]. 본 연구 결과와 큰 차이를 보이는데, 이는 Levy 등이 진행한 연구에서는 골수 증식성 질환이나 만성 골수성 백혈병, 재생 불량성 빈혈 등 다양한 종류의 골수성 종양 질환을 가진 환자들을 대상으로 하였으나, 본 연구는 AML과 MDS 환자들에 대해서만 분석하였기에 차이가 나타난다고 추측된다. 실제로 Levy 등이 보고한 결과에서 AML 환자군에서는 80.8%, MDS 환자군에서는 67.8%에서 Tier 1 혹은 Tier 2 변이가 검출되어 다른 골수성 종양 질환들에 비해 높게 나타났다[18]. 따라서 골수성 종양 질환, 특히 AML 및 MDS 환자들에 대해서는 NGS myeloid 패널 검사가 임상적으로 유용하다고 할 수 있겠다.
본 연구에서는 AML 환자들에서
본 연구에서 MDS 환자군에서는
본 연구에서 MDS-SLD로 분류된 환자 2명은 모두가 NGS myeloid 패널 검사에서 변이가 검출되지 않았다. MDS의 유전적 프로파일에 대해서 분석한 Papaemmanuil 등의 연구와 Haferlach 등의 연구에서는 MDS 환자의 약 10-26%에서 변이가 1개도 검출되지 않아 본 연구 결과와 비슷한 양상을 보였다[23, 24]. 또한 이 연구들은 MDS의 아형을 2008년 세계보건기구 분류 기준에 따라 분류하였는데, MDS-SLD와 진단 기준이 가장 비슷한 아형인 MDS with refractory anemia의 약 40-50%에서 변이가 1개도 발견되지 않았다고 보고하였다[23, 24]. 따라서 MDS-SLD 아형으로 진단된 환자에 대해서는 NGS myeloid 패널 검사의 비용을 고려하여 검사의 필요성에 대해 추가적인 연구를 통해 판단을 해야 한다고 생각한다.
본 연구의 결과를 종합하면, 1년 동안 시행한 32예의 AML 및 MDS 환자들에 대한 NGS 골수성 패널 검사를 통해 임상적으로 유용하다고 알려진 유전자 변이들이 발견되었는데, MDS보다는 AML에서 더 많은 변이가 있었고, AML 환자의 경우 20명 환자 모두에서 Tier 2 이상의 변이가 나왔고, MDS의 경우 MDS-SLD에서는 변이가 나오지 않았다. AML 환자에서 가장 자주 발견된 변이 유전자인
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