차세대 서열 분석 기술을 이용한 퇴행성 신경질환의 유전체 분석

Abstract

Next-generation sequencing technologies have provided comprehensive and mechanistic insights for physiological and pathological conditions. The mostly used applications include: (1) transcriptome analysis RNA-Seq (2) de novo genome sequencing, whole-genome re-sequencing or more targeted sequencing for discovery of variants or polymorphisms. In the first part of this study, we provide comprehensive insights into the transcriptome of frontal cortex and cerebellum at early stage of Alzheimer's disease-related animal model mice utilizing high-throughput RNA Seq. Interestingly, expression profiles of frontal cortex in 5XFAD (familial Alzheimer's disease) transgenic mice at early stage provided the strong co-relation with cardiovascular disease and transcriptome profiles of cerebellum were associated with mitochondrial dysfunction. Furthermore, specific RNA variants were observed of frontal cortex and cerebellum in 5XFAD mice compared with littermate mice. In the second part of this study, we performed whole exome sequencing analysis in a single family composed of two Parkinsons's disease (PD) patients and two unaffected individuals. We focused on the autosomal domainant form of PD and thus, analyzed segregated non-synonymous single nucleotide polymorphism (nsSNP) that have low minor allele frequency (MAF) (<1% MAF) with the respect of rare variants in common disease. Utilizing disease-network analysis, we identified the novel variants as candidate causative genes of PD.

차세대 염기 서열 분석 기술은 생리학적이고 병리학적 상태에 대한 통합적이고 기전적인 관점을 제시하는 분석방법이다. 가장 많이 적용되는 방법으로는 (1) 전사체 서열 분석방법 (RNA-Seq) 과 (2) 선도 유전체 서열 분석법 (de novo genome sequencing), 전유전체 재분석법 (whole-genome re-sequencing), 혹은 타겟 서열 분석법 (target sequencing) 으로 이는 변이나 다형성을 찾는 데 적합하다. 본 연구의 첫 파트에서, 우리는 초기단계의 병태생리를 보이는 알츠하이머병 동물 모델 생쥐의 대뇌피질과 소뇌의 전사체 분석을 시행하였다. 흥미롭게도, 초기 병태 생리단계에 있는 베타아밀로이드 형질전환 생쥐 (1) 대뇌피질의 전사체 발현 결과상 심혈관질환과 매우 깊은 관련성을 발견했고, (2) 소뇌의 전사체 발현 결과상 미토콘드리아의 이상기능의 연관성을 밝혀냈다. 또한, 형질전환하지 않은 마우스와 비교하여, 형질전환 생쥐의 대뇌피질과 소뇌에서 특이한 RNA 변이를 발견했다. 본 연구의 둘째 파트에서, 우리는 엑솜 서열분석을 한 가계에서 시행하였는데, 그 가계는 두 명의 파킨슨병 환자와 두 명의 정상인으로 구성된 가계이다. 우리는 파킨슨 질환의 상염색체 우성 질환 형태에 초점을 맞추고, 파킨슨병 환자들에게만 보이는 1% 미만의 빈도로 아미노산 변화를 일으키는 단일염기변이를 분석하였는데, 이는 흔한 질병과 연관된 희귀변이를 찾고자 하는 관점에서 비롯되었다. 질환-네트워크 분석기법을 기반으로 하여, 파킨슨병의 후보 원인 유전자를 규명하였다.