Exploration of long-read sequencing in the resolution of newborn screening

Exploration of long-read sequencing in the resolution of newborn screening

• 신생아 선별검사는 아픈 아기들이 아닌, 건강한 모든 신생아를 대상으로 희귀하지만 치료 가능한 질환들을 조기에 발견하기 위해 진행되는 공중 보건 프로그램입니다. 이러한 신생아 선별검사의 기원은 영국에서 페닐케톤뇨증(PKU)에 대한 첫 선별검사로 시작되었으며, 식이조절을 통해 신경계 손상을 예방할 수 있는 질환이었습니다. 초기 검사에서는 민감도가 높은 스크리닝을 통해 가능한 많은 아기들을 걸러내고, 이후 특이도가 높은 진단 검사를 통해 위양성(false positive)을 제거합니다.
• 이 발표에서는 Pompe 질환이라는 특정 질환에 집중합니다. Pompe 질환은 자가면역 열성(glycogen storage disease)으로, GAA 효소의 결함으로 인해 글리코겐이 축적되고, 심근병증, 발육 부진, 호흡부전 등의 증상이 나타납니다. 치료하지 않으면 1~2세 이내에 사망할 수 있지만, 조기 효소 대체 치료(ERT)를 통해 치료 가능하며, 증상 발현 전에 치료를 시작하는 것이 중요합니다.
• 워싱턴 주에서는 1차 스크리닝에서 GAA 효소 활성이 낮게 나오면, 병원 내 생화학 유전학 실험실에서 2차 효소 검사를 시행합니다. 이후에도 낮은 활성이 확인되면, 분자 유전학 검사(PCR 및 생어 시퀀싱)를 통해 확진합니다. 필요 시 부모 유전자 검사도 진행하여 유전자 변이를 해석합니다.
• 현재는 이 과정을 긴 시간과 여러 검체를 필요로 하지만, 롱리드 시퀀싱(예: 나노포어)을 활용하면 다양한 변이를 한 번에 포착하고, 부모 샘플 없이도 상염색체 상 변이의 상동성(cis/trans)을 구분할 수 있습니다.
• 예시 1: 한 신생아에게서 두 개의 혈액 스팟에서 GAA 활성이 낮게 나왔습니다. 이 아이는 이형접합 missense 변이와 엑손18 결실(deletion)이라는 두 가지 병적 변이를 가지고 있었고, 롱리드 시퀀싱을 통해 두 변이가 trans 상태임을 확인했습니다. 이는 치료에 중요한 정보를 제공하며, 이 환자는 면역 조절 없이 치료를 시작할 수 있었습니다.
• 예시 2: 또 다른 신생아는 스크리닝에서는 GAA 활성이 낮았지만, 2차 검사에서는 정상에 가까운 결과가 나왔습니다.
  이 아기에게서는 두 개의 병적 변이와 두 개의 pseudo-deficiency 변이가 발견되었습니다. 롱리드 시퀀싱을 통해 병적 변이 두 개가 같은 염색체(cis)에 있다는 것을 확인함으로써, 양성 결과가 잘못된 것(위양성)임을 빠르게 전달할 수 있었습니다. 이 정보는 부모에게 불필요한 불안감 해소에 매우 중요합니다.
• 이 연구는 University of Washington의 Danny Miller 박사 연구실에서 생성된 초기 연구 데이터입니다. 롱리드 시퀀싱은 부모 샘플 없이 상동성 확인, 다양한 변이 탐지, 그리고 다른 복잡한 유전자(예: SMN1, ABCD1)의 분석 가능성을 열어줍니다.
• 또한, 현재는 특정 유전자를 위해 별도의 분석을 개발해야 하는데, 소규모 실험실에서는 비효율적입니다. 나노포어 시퀀싱은 한 번의 기술로 여러 희귀질환 유전자들을 통합 분석할 수 있어 실험실 운영에 큰 도움이 됩니다.
• Miller 박사 연구팀은 건조 혈액 스팟(Dried Blood Spot, DBS)에서 직접 롱리드 시퀀싱을 적용하는 것도 연구 중이며, 이는 시간 단축 및 절차 간소화에 기여할 수 있습니다.
• 현재는 롱리드 시퀀싱을 후속 검사로 활용하지만, 앞으로는 신생아 전체 게놈 선별검사(genomic screening)에 적용될 가능성도 있습니다. 특히 병적 변이 두 개가 trans에 있는지를 초기에 확인함으로써, 위양성 감소와 정확한 진단을 기대할 수 있습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=cUAR_T9JoN4&t=3s