알츠하이머병 유전체 연구, 나노포어 롱리드 시퀀싱의 새로운 발견

Nanopore Long-Read Sequencing Unveils Genomic Disruptions in Alzheimer’s Disease

 

최근 연구에서는 Oxford Nanopore Technologies의 롱리드 시퀀싱을 활용하여, 알츠하이머병 환자의 뇌에서 기존 기술로는 탐지하기 어려웠던 유전체 이상(genomic disruptions)을 발견했습니다. 특히, 반복 서열이 풍부한 암흑 영역(dark regions)까지 해독하여, 알츠하이머병과 관련된 새로운 유전체 변이와 후성유전학적 변화를 규명한 연구입니다.

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연구 방법

샘플

• 사후(postmortem) 인간 전전두엽 피질(Frontal Cortex)에서 DNA를 추출
• 대조군(Braak 0), 중기 단계(Braak III), 말기 단계(Braak V/VI)로 분류된 총 18개 샘플을 분석

DNA 추출

• 사후 뇌 조직에서 핵(nuclei)을 분리하여 DNA를 확보했습니다.

시퀀싱

• Oxford Nanopore Technologies의 롱리드 시퀀싱 기술 사용

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데이터 분석

분석 대상	사용 도구
DNA 정렬(Mapping)	Minimap2
구조적 변이(SVs) 탐지	Sniffles
반복 서열 분석 및 NAHR 탐지	NCRF (Noise Cancelling Repeat Finder)
레트로트랜스포존 삽입 분석	커스텀 스크립트(custom scripts)
DNA 메틸레이션 분석	Nanopolish (나노포어 시그널 기반 분석)

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주요 연구 결과

• 레트로트랜스포존 삽입 증가:
  • 후기 알츠하이머병 샘플(Braak V/VI)에서는
  • SINE AluY 요소의 체세포성 삽입 이벤트가 증가하는 경향이 관찰되었습니다.
• NAHR(비대립 유사 재조합) 활성 증가:
  • 동원체(centromeric) 및 동원체 주변(pericentromeric) 영역에서 NAHR 이벤트가 집중적으로 일어났습니다.
• rDNA 영역의 높은 변이:
  • 47S rDNA에서 다른 유전체 영역보다 훨씬 높은 빈도의 NAHR 이벤트가 발견되었습니다.
• DNA 메틸레이션 변화:
  • 반복 요소와 레트로트랜스포존 영역에서 질병 단계에 따라 차등적인 메틸레이션 패턴 변화가 나타났습니다.

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결론

이 연구는 롱리드 시퀀싱 기술을 이용해

• 암흑 영역(dark regions)을 포함한 복잡한 유전체를 분석하고, 알츠하이머병에서 일어나는 구조적 변이, 레트로트랜스포존 삽입, 후성유전학적 변화를 통합적으로 규명한 첫 사례입니다.

특히,

• 전이 요소(transposable elements), 동원체/동원체 주변 영역, rDNA 이 알츠하이머병 관련 유전체 변이의 중요한 핫스팟임을 보여주었습니다.

롱리드 시퀀싱은 앞으로 알츠하이머병을 포함한 노화 관련 질환 연구에서 새로운 진단 바이오마커 발굴과 질병 기전 규명에 필수적인 도구가 될 것으로 기대됩니다.

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