차세대염기서열분석 기법을 이용한 한국인의 미토콘드리아 전체염기서열분석

Abstract

미토콘드리아의 디옥시리보핵산(DNA) 염기서열분석은 유전적 다양성을 파악할 수 있는 중요한 분석도구로, 인류의 기원을 알기 위한 계통발생학 분야에서 뿐만 아니라 그 유전적 다양성을 바탕으로 하는 법의학의 개체식별 영역에서도 유용한 방법으로 사용되어 왔다. 종래의 미토콘드리아 DNA 염기서열분석기법은 실무적인 측면에서 비용 및 시간적인 효율성 때문에 조절부위(the control region) 등 일부 염기서열에 국한하여 시행되어 왔었고, 따라서 그에 따른 유전적 다양성에 대한 정보도 제한적일 수밖에 없었다. 인간유전체사업 이후 방대한 유전학적 정보를 효율적으로 분석할 수 있는 새로운 기술의 필요성이 대두되면서 차세대염기서열분석기법이 개발되었다. 이러한 유전학의 기술적 발전은 적은 비용과 시간으로도 미토콘드리아의 전체 염기서열분석이 가능하게 되어, 기존의 방법으로는 제한적이었던 유전적 특성에 대해서도 손쉽게 접근할 수 있게 되었다. 그리하여 여러 인종에서 나타나는 미토콘드리아 DNA의 유전적 다양성에 대한 새로운 정보를 알아내고자 하는 연구들이 시도되기 시작하였다. 또한 법의학 개인식별 측면에서도 더 많은 추가적인 정보를 통해 개인식별력을 높일 수 있을 것으로 기대되었다. 한국인의 경우 기존의 대부분의 분석 자료들은 주로 조절부위, 암호부위 일부 등에 국한된 것이었으며 그에 따른 유전적 다양성에 대한 정보도 제한적인 상황이다. 따라서 이러한 연구변화의 흐름에 따라 한국인의 미토콘드리아 DNA 전체염기서열분석 및 그에 따른 유전적 다양성에 대한 연구가 필요하다고 보았다. 따라서 본 연구를 통해 한국인의 미토콘드리아 DNA 전체염기서열을 분석하여 한국인에서 나타나는 유전적 특성을 파악하고 이를 바탕으로 한국인에서 법의학적으로 개인식별력을 높일 수 있는지 알아보고자 하였다. 한국인에서 주로 나타나는 하플로그룹(haplogroup, 조절부위 근거)의 빈도를 고려하여 186명의 한국인 시료를 선별하여 차세대 기서열분석기법인 Ion Torrent Personal Genome Machine (PGM) 기술(Thermo-Fisher사)을 적용하여 미토콘드리아 DNA 전체 염기서열분석을 시행하였다. 분석결과 중국 등 동아시아 민족과 다른 대륙의 민족과 비교하여 보았을 때, 한국인에서 나타나는 각 조절부위 및 암호부위별 변이의 구성과 분포, 이형세포질성의 분포 등은 전반적으로 다른 민족과 유사하였으나, 각 민족에서 공통적으로 나타나는 주요 변이와 위치는 중국과 일본 등 동아시아 민족 안에서는 거의 유사하지만 다른 민족에서는 다르게 나타났다. 전체염기서열분석에 따른 하플로그룹의 유형과 세분화, 하플로타입(haplotype)에 대한 분석 결과, 조절부위에 근거하였을 때의 하플로그룹 분류보다 전체염기서열분석결과 세분화되는 양상을 보여주었으며, 조절부위로 결정되었던 하플로그룹이 전체염기서열분석결과 다른 하플로그룹으로 재분류되었다. 이는 중국 등 동아시아 민족과 다른 대륙의 민족에서도 유사한 양상을 보였고, 특히 한국인을 포함하는 동아시아 인종의 경우 매크로하플로그룹 (macrohaplogroup) M(D, G, M)이 주요 하플로그룹을 이룬다는 점에서, 전체염기서열분석 정보는 유전적 다양성을 파악하는데 필수적이며, 조절부위 등에 국한된 정보는 유전적 다양성을 파악하는데 제한적임을 알 수 있었다. 이와 함께 한국인에서는 개체수에 비해 하플로그룹 개수가 낮은 편이지만 하플로타입의 개수는 개체수에 근접한 점 역시 전체염기서열분석이 개체식별력을 높여줄 수 있음을 보여주는 것이었다. 이와 함께 동일한 하플로그룹 안에서 서로 다른 변이 즉 개별변이(private mutation)의 발견 등은 한국인에서 잠재적인 새로운 하위 하플로그룹의 가능성을 고려해 볼 수 있는 소견으로 생각되었다. 한국인의 미토콘드리아 DNA에서도 이형세포질성이 관찰되었으며 그 분포와 양상은 다른 민족에서의 연구결과와 유사하였다. 본 연구가 앞으로 한국인에서 미토콘드리아 DNA의 유전적 다양성 및 질병연구에 대한 연구에 견인차 역할을 할 것으로 기대된다.