전장유전체연관분석연구를 이용한 비결핵항산균 폐질환자의 유전적 소인 규명

조재영 서울대학교 대학원 2021 국내박사

Background The prevalence and incidence of non-tuberculous mycobacterial pulmonary disease (NTM-PD) are increasing in different parts of the world including South Korea. Despite ubiquitous exposure to NTM, a subset of people develop NTM-PD. Moreover, the presence of ethnic disparity, familial clustering, and the distinct phenotype of NTM-PD indicate the presence of genetic predispositions to this disease. However, the genetic factors associated with susceptibility to NTM-PD have been unclear. We aimed to find genetic variants in individuals with NTM-PD by a genome-wide association study (GWAS). Methods We performed a GWAS with Korean patients with NTM-PD and controls from the Healthy Twin Study, Korea cohort. Candidate single-nucleotide polymorphisms (SNPs) from this discovery cohort were then validated in another Korean replication cohort. The Genotype-Tissue Expression (GTEx) data set was utilized to find expression quantitative trait loci (eQTL). In addition, we conducted the PrediXcan analysis to predict the candidate gene expression levels using our imputed genotype data and the GTEx data set. We performed a Mendelian randomization (MR) analysis to evaluate the causal effect related to the expression level of a candidate gene on the risk of development of NTM-PD. Moreover, we performed a transcriptome profiling analysis with publicly accessible data sets to identify differentially expressed genes (DEGs) in NTM-infected macrophages. Results Through the GWAS with 403 patients with NTM-PD and 306 controls, we found rs849177 on chromosome 7p13 as the candidate SNP associated with susceptibility to NTM-PD (odds ratio, 2.34; 95% confidence interval [CI], 1.71 ~ 3.21; p=1.36×10−7). Its association was replicated in the independent cohort of 184 individuals with NTM-PD and 1,680 controls. When the Fisher’s method was applied, the combined p-value for both cohorts was 4.92×10−8. The eQTL analysis revealed that a risk allele (C) at rs849177 was associated with decreased expression levels of STK17A, a proapoptotic gene. According to the PrediXcan analysis, STK17A was the most significant DEG between individuals with NTM-PD and controls. A causal effect of STK17A on the development of NTM-PD was found in the MR analysis (β, -4.627; 95% CI, -8.768 ~ -0.486; p=0.029). According to the transcriptome profiling analysis, the expression levels of STK17A increased significantly in macrophages infected with NTM. Conclusions We found rs849177 on chromosome 7p13 as a susceptibility marker for NTM-PD in a Korean population. This genetic variant might be related to susceptibility to NTM-PD by modifying the expression level of a proapoptotic gene. 서론: 비결핵항산균은 토양과 강물 등의 자연환경에 널리 분포하고 있으므로 거의 모든 사람들이 종종 비결핵항산균을 흡입하게 되는데, 이들 중 일부에서만 비결핵항산균 폐질환이 발생한다는 점은 이 질환에 대한 유전적 소인이 존재한다는 점을 시사한다. 본 연구의 목표는 최근 급격히 증가하고 있는 비결핵항산균 폐질환자들의 유전적 결함 존재 여부를 전장유전체연관분석연구를 통해 확인하는 것이다. 방법: 비결핵항산균 폐질환자와 쌍둥이 코호트에 참여한 건강인을 대조군으로 삼아 전장유전체연관분석연구를 시행했다. 쌍둥이는 무작위로 배정된 1명만 대조군으로 참여할 수 있었다. 전장유전체연관분석연구에서 후보로 선정된 유전적 변이에 대해서는 독립적인 비결핵항산균 폐질환자-대조군 코호트에서 연관성이 재현되는지 확인했다. Genotype–Tissue Expression (GTEx) 데이터베이스를 이용해서 발현 양적 형질 유전자자리(expression quantitative trait loci, eQTL)를 식별하고, 멘델 무작위배정(Mendelian randomization) 분석을 시행했다. 결과: 403명의 비결핵항산균 폐질환자와 306명의 대조군을 대상으로 한 전장유전체연관분석연구를 통해서 7번 염색체 단완(7p13)에 위치한 유전적 변이인 rs849177이 비결핵항산균 폐질환에 대한 감수성과 관련된 유전자 변이로 추정되었다 (OR, 2.34; 95% CI, 1.71 to 3.21; p=1.36×10−7). 이 연관성은 독립적인 비결핵항산균 폐질환자-대조군 코호트에서 재현되었고, 두 코호트를 함께 분석했을 때의 유의확률은 4.92×10−8였다. eQTL 분석을 통해 rs849177의 위험 대립유전자(risk allele)가 세포자멸사를 유발하는 유전자인 STK17A의 발현 감소와 연관되어 있다는 것을 밝혔다. 멘델 무작위배정 분석을 통해 STK17A가 비결핵항산균 폐질환 발생에 인과관계가 있다는 것을 확인했다 (β, -4.627; 95% CI, -8.768 ~ -0.486; p=0.029). 결론: 7번 염색체 단완(7p13)에 위치한 유전적 변이가 한국인의 비결핵항산균 폐질환에 대한 감수성과 연관되어 있었다. 비결핵항산균 폐질환자는 이 유전적 변이의 위험 대립유전자를 가지고 있을 가능성이 높은데, 이 위험 대립유전자는 세포자멸사를 유발하는 유전자인 STK17A의 발현 감소와 연관되어 있다. 따라서 비결핵항산균에 감염된 대식세포의 세포자멸사가 정상적으로 진행되지 않아 비결핵항산균 폐질환에 대한 감수성이 증가할 것으로 추정된다.

Prediction of breast cancer risk by low-penetrance variants including single nucleotide polymorphisms in microRNA-related genes

성현아 서울대학교 대학원 2013 국내박사

서론: 최근, 고전적인 유방암 위험도 예측 모델에 전장유천체분석연구(GWAS) 결과를 통해 규명된 유전적 감수성 인자를 위험 인자로 포함시켜, 이에 따른 유방암 발생 위험도의 설명력 향상 정도를 평가하고, 임상적 유용성을 타진하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 현재까지 알려진 저침투성 유방암 감수성 인자에 대한 포괄적인 재현성 연구와 마이크로RNA 관련 유전자에 존재하는 단일염기서열다형성(SNP)에 대한 연관 연구를 통해, 유전적 위험도 점수(Genetic Risk Score, GRS)를 산출하고, 이를 한국인 유방암 예측 모델에 포함시켜, GRS에 대한 모델의 예측 수행성 향상 정도를 평가하는 것을 목표로 하였다. 방법: 본 연구는 2001년부터 2007년 병원 기반 환자-대조군 연구인 서울유방암연구에 참여한 유방암 환자 및 한국인유전체역학연구에 참여한 건강한 여성을 대상으로 하였으며, 암과거력 등의 제외 기준 적용 후, 유전자형 검사 결과를 보유한 대상자들에 대해, 연령 짝짓기를 실시하여 선별한 1,772 명의 환자와 1,772 명의 건강인을 최종 분석에 포함시켰다. 마커 선정은 선결 연구를 통해 보고된 유방암 감수성 SNP 중 34 개 유전자좌에 존재하는 51개의 SNP을 선정하였으며, 마이크로RNA 관련 SNP은 1) 마이크로 RNA 생성 경로의 유전자 2) 마이크로RNA 유전자 및 3) 유방암 발생과 유관한 유전자의 마이크로RNA의 표적 위치에 존재하는 총 1,977개의 SNP을 선정하였다. 유전자형 검사는 Affymetrix 6.0 마이크로 어레이를 이용한 전장유전체분석 결과와 이를 기반으로 귀속 통계 방식을 이용하여 추정한 결과값 (imputation)에서 추출하였다. 유방암 발생과의 연관성 평가는 다중 로지스틱 회귀 분석 모델을 이용하였으며, 모든 변수에 대해 50세 전후에 대한 연령군 변수와의 상호작용 평가를 실시하였다. GRS는 유방암 발생 위험도와 독립적인 연관성이 있는 것으로 평가된 SNP에 각 SNP의 효과 크기로 가중치를 부여하여 산출하였다. 다중 로지스틱 회귀 분석 결과에 따라, 비유전적 위험 요인만을 포함한 모델 및 비유전적 위험 요인 모델의 모든 예측 인자와 GRS를 추가로 포함한 유전적 위험 요인 모델을 설계하여, 이에 따른, 개인별 상대위험도와 5년이내 유방암이 발생할 확률에 대한 절대 위험도를 각각 계산하였다. 절대위험도는 연령군별 유방암 발생률 자료 및 연령군별 위험 요인의 조합에 근거하여 산출한 연령군별 기저위험도 및 유방암 이외의 확률로 사망할 확률에 따른 경쟁 위험도를 산출하는 방식으로 추정하였다. 모델의 예측 정확도는 곡선 하 면적의 계산 (Area under the curve, AUC) 및 IDI (Integrated discriminatory improvement), NRI (Net reclassification improvement) 지표를 이용하여 비교 평가하였다. 결과: 재현성 평가를 실시한 51개의 GWAS SNP 중 15개의 SNP이 유방암 발생 위험도와 독립적인 관련성이 있는 것으로 평가되었으며, 마이크로RNA 관련 유전자에서 총 3개의 SNP이 전체 유방암, 혹은 호르몬 수용체에 따른 유방암 아형의 발생 위험도와 관련이 있는 것으로 관찰되었다. 마이크로 RNA를 매개로 한 전사 후 유전자 발현 조절에서 주요 역할을 하는 EIF2C2의 인트론에 존재하는 rs6578126의 변이 유전자형(A)를 보유한 경우, 유방암의 위험도가 낮아졌으며 (ORper-allele = 0.66; 95% CI = 0.53-0.83; P = 3.8E-04; FDR P = 9.7E-02), mir-4798에 존재하는 rs4689695의 변이 유전자형(T)을 보유한 경우 에스트로젠 수용체 양성의 유방암 위험도가 21% 낮아졌다 (ORper-allele = 0.79; 95% CI = 0.70-0.91; P = 6.8E-04; FDR P = 1.3E-01; Pheterogeneity = 1.5E-02). 또한, TBX3의 3’UTR에 존재하는 rs1061657의 경우, 프로제스테론 수용체 음성 유방암의 위험도와 관련성이 있었으나(ORper-allele = 0.83; 95% CI = 0.73-0.93; P = 6.0E-03; FDR P = 9.0E-02), 양성 유방암과의 이질성 검정 결과는 유의하지 않았다(Pheterogeneity = 1.9E-01). 총 18개의 SNP에 대해 산출한 GRS는 비유전적 위험 요인을 보정한 후에도, 유방암 발생 위험도와 독립적인 연관성이 있는 것으로 나타났으며, 상위 20%의 GRS 값을 보유한 경우, 하위 20%의 GRS 값을 가질 때와 비교하여 유방암 발생 위험도가 2.59배 증가하는 것으로 관찰되었다 (OR = 2.59; 95% CI = 2.05-3.27; Ptrend < 1.4E-20). 비유전적 모델의 위험 인자로 선정된 변수는, 연령, 교육 정도, 유방암 가족력, 폐경 여부, 초경연령, 첫 출산연령 및 자녀 수였으며 교육 정도와 첫 출산연령은 50세 전후의 연령군 구분 변수와의 곱으로 모델에 포함되었다. 비유전적 모델과 GRS를 포함한 유전적 모델의 위험도 예측 수행성을 비교 평가한 결과, 비유전적 모델 AUC 값은 0.6082 (95% CI = 0.5885-0.6278), GRS 만의 AUC 값은 0.6044 (95% CI = 0.5847-0.6241), GRS를 포함한 유전적 모델의 AUC는 0.6473 (95% CI = 0.6282-0.6665)로 나타나, GRS에 의한 AUC 증가 값은 0.0392 였으며, 이는 통계적으로 유의하였다(P < 0.0001). 비유전적 모델 및 유전적 모델 모두 에스트로젠 혹은 프로제스테론 양성 수용체의 유방암에 대한 AUC 값이 음성 수용체에 대한 AUC 값보다 높았다. GRS에 의한 AUC 값의 증가 정도는 음성 수용체의 모델에서 높았으나, IDI 값을 통해 산출한 분별력의 향상 정도는 양성 수용체의 유방암에 대해 더 높은 것으로 나타났다 (IDIER+ = 0.0309 vs. IDIER- = 0.0228; IDIPR+ = 0.0315 vs. IDIPR- = 0.0243). 유전적 모델로 상대위험도를 산출한 경우, 비유전적 모델을 이용하여 산출하였을 때보다, 대조군의 18.9%가 보다 낮은 위험군으로, 환자군의 8.2%가 보다 상위의 위험군으로 재분류되는 것으로 나타났으며, 이러한 GRS에 의한 적합위험군으로의 재분류는 환자, 대조군 모두에서 유의하였다 (P < 0.0001). 5년이내 유방암이 발생할 절대위험도에 있어서도, 유전적 모델로 산출한 경우, 환자군의 10%, 대조군의 7%가 적합위험군으로 재분류되는 것으로 나타났다 (P < 0.0001). 결론: 본 연구는 마이크로RNA 관련 유전자에 대한 체계적인 연관 분석 결과를 통해, 유방암 발생 위험도와 관련이 있는 3개의 새로운 SNP을 규명하였으며, 이를 GWAS SNP에 대한 포괄적인 재현성 연구를 통해 선별한 SNP과 통합하여, 암발생 위험도를 효과적으로 설명할 수 있는 GRS를 산출하였다. GRS를 비유전적 위험 요인과 함께 고려하여, 상대위험도 및 절대위험도를 추정한 경우, 비유전적 위험 요인만을 고려한 경우보다, 유방암 발생 위험도 예측의 정확도가 유의한 수준으로 향상되는 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 호르몬 수용체 양성의 유방암에서도 보다 강하게 나타났다. 유전적 인자와 비유전적 위험 요인을 함께 고려한 유방암 발생 위험도 예측 모델은 보다 효과적인 고위험군의 분류에 기여할 수 있을 것으로 사료되며, GRS의 유방암 발생 예측 인자로서의 적합성은 향후 추가적으로 규명될, 효과 크기가 명확하고 유방암 발생 위험도와의 연관성이 강한 유전적 감수성 인자의 규명을 통해 보다 증대될 것으로 기대된다. 주요어: 유방암, 위험도 예측 모델, 유전자 감수성, 전장유전체분석연구, 마이크로RNA, 유전적 위험도 점수 Introduction: In recent years, there are growing interests in adding common genetic variants to breast cancer risk prediction models and assessing their predictive performance and clinical validity. This study aims to evaluate the performance of low-penetrance variants, which has been previously identified through genome-wide association studies (GWASs), including single nucleotide polymorphisms (SNPs) in microRNA (miRNA)-related genes for predicting breast cancer risk in Korean women. Methods: The study subjects were derived from the previous GWAS conducted in the Seoul Breast Cancer Study. Phenotype data and genotyping data were available in 1,772 breast cancer patients and 10-yr age frequency matched 1,772 controls, thus a total of 3,544 subjects were included in the final analysis. Of the SNPs which were directly genotyped using Affymetrix 6.0 or imputed based on HapMap 2.0, 255 SNPs in 33 miRNA biogenesis pathway genes, 1,707 SNPs in 1,457 miRNA genes and their flanking regions, and 14 SNPs located in miRNA target site in 10 breast cancer related genes were selected. In addition, the fifty-one SNPs which were previously identified through GWAS as representing breast cancer susceptibility loci were selected and tested for their association. The association of individual SNP, genetic risk score (GRS), and other potential risk factors of breast cancer was tested by multivariate logistic regression analysis with adjustment for confounding factors. GRS was calculated by multiplying β-coefficient of each SNP by the number or risk allele, and summing the product. Two relative risks were calculated based on multivariate logistic regression with or without GRS as one of explanatory variables. Non-genetic factor model included age, menopausal status, family history of breast cancer in the first degree relatives, age at menarche, and number of children. Education and age at first full term pregnancy were also included as product terms with age category variable by 50. Individual relative risk and 5-year probability of developing breast cancer were estimated based on the model with or without GRS, respectively. The contribution of adding GRS to the breast cancer risk model constructed based only on non-genetic factors (non-genetic model) was evaluated by comparing the area under the receiver-operating-characteristic (ROC) curve (AUC) and by measuring integrated discrimination improvement (IDI) and net reclassification improvement (NRI). Results: Of 51 SNPs located in 34 loci, 20 SNPs located in 13 loci showed significant associations with breast cancer risk (Ptrend < 0.05) and 15 SNPs were selected for calculating GRS as independent SNPs. Among miRNA-related SNPs, the most significant association was observed in SNP rs6578126 in EIF2C2 (ORper-allele = 0.66; 95% CI = 0.53-0.83; P = 3.8E-04; FDR P = 9.7E-02). Hormone receptor subtype specific associations were observed in rs4689695 in mir-4798 and rs1061657 in 3’ UTR target region of TBX3. SNP rs1061657 was associated with the decreased risk of ER-positive breast cancer with an OR of 0.79 (95% CI = 0.70-0.91; P = 6.8E-04; FDR P = 1.3E-01) but not with ER-negative breast cancer (Pheterogeneity = 1.5E-02). In addition, SNP rs1061657 in 3’ UTR target region of TBX3 was associated with the risk of PR-negative breast cancer (ORper-allele = 0.83; 95% CI = 0.73-0.93; P = 6.0E-03; FDR P = 9.0E-02) but not with PR-positive breast cancer, although test for heterogeneity was not significant Pheterogeneity = 1.9E-01). The GRS including 18 SNPs - newly identified 3 SNPs in miRNA-related genes and 15 GWAS-SNPs replicated in study subjects - was associated with breast cancer risk with an adjusted OR of 2.59 for the fifth quintile compared to the first quintile (95% CI = 2.05-3.27; Ptrend = 1.4E-20) suggesting independent association of GRS with breast cancer risk. The AUC of non-genetic model was 0.6082 (95% CI = 0.5885-0.6278). The contribution of GRS to the non-genetic model, as measured by the difference in AUC, was 0.0392 (P < 0.0001) resulting in AUC of 0.6473 (95% CI = 0.6282-0.6665). The estimated IDI was higher in ER-positive tumors (IDI = 0.0309; P < 0.0001) than in ER-negative tumors (IDI = 0.0228; P < 0.0001) although absolute difference in AUC between the two models was larger in ER-negative than in ER-positive tumors. Discriminatory ability of GRS measured in IDI was also better for PR-positive tumors than PR-negative tumors (IDI = 0.315; P < 0.0001 vs. IDI = 0.0243; P < 0.0001). As for relative risk estimation, approximately 18.9% of controls were reclassified into the lower risk group and 8.2% of cases were reclassified into the higher risk group after the inclusion of GRS. GRS also affected the classification of 5 year projected probabilities of developing breast cancer. Based on genetic model, 7% of controls and 10% of cases were correctly reclassified into the appropriate risk group. Conclusions: In summary, three SNPs in miRNA related-genes were found to be associated with overall breast cancer risk or the risk of specific subtype of breast cancer. GRS measuring the combined effect of 18 multiple genetic variants including 15 GWAS-SNPs provided modest but significant improvement in discrimination and in stratification. The improvement in performance from GRS was more prominent when predicting ER-positive or PR-positive breast cancer cases. Keywords: breast cancer, risk prediction model, genetic susceptibility, genome-wide association study, microRNA, genetic risk score

주의력결핍 과잉행동장애의 한국형 진단도구 개발 및 도파민 D4 수용체 유전자와의 연관성

천근아 연세대학교 대학원 2003 국내박사

Population genetics of several orchid and tree species in korea:implications for conservation and ecologyax

정미윤 경상대학교 2004 국내박사

식물에 있어서 교배계가 집단의 유전적 다양성의 수준과 분배 및 유전적 구조 형성에 두드러진 영향을 미치고 있다는 사실을 이론적, 실험적 연구 결과에서 보여주고 있다. 그러나 동북아시아에 분포하는 육상 난초류의 교배계와 수분생물학에 대한 연구내용은 거의 알려져 있지 않다. 한국의 외나로도에 자생하는 약난초와 춘란 집단에서 이들 식물의 교배계를 조사하였다. 약난초와 춘란 식물종은 자연조건에서 열매가 거의 맺히지 않았다 (약난초 1.3 - 2.0%, 춘란 0.4 - 0.6%). 하지만 교배실험을 통하여 열매 결실율 (fruit set)이 크게 증대되었는데: 인위적 자가수분 (artificial self-pollination)과 인화적 수분 (geitonogamous pollination)실험 각각에 대하여 약난초 95.7%, 96.6% 와 춘란은 95.5%, 95.6%의 열매가 맺혔는데 이는 두 종이 자가화합성 (self-compatability)이 높다는 것을 의미한다. 자연조건에서 약난초와 춘란 두 종의 열매 결실율 (fruit set)이 극도로 낮은 것은 수분매개체가 제한되기 때문일것이다. 난초류의 씨는 꽃식물 중에서 가장 작은 것이 특이하다. 실제로 생태학적 측면에서 난초류의 씨 산포에 관하여 많이 알지 못하고 있다. 난초류의 씨는 먼지 (씨의 길이 0.05 ∼ 1.0㎜, 씨의 무게 0.31 ∼ 24㎍) 모양 (dust-like)으로 바람에 의해 비산하므로 먼 거리로 산파 (보편적 인식)될수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문에 난초 집단내 공간적유전적구조 (spatial genetic structure)는 거의 무작위로 분포할 거라는 예측을 할 수 있다. 반면에 수학적 모델에서는 집단내 미세공간적유전적구조가 유의성을 가지는 예측을 뒷받침하기 위해서는 난초류의 대부분 씨가 모체식물 가까이 (6m 이내)에 떨어져야만 한다는 것을 나타내 보여주고 있다. 위의 두가지 예측 중에서 어느것이 보다 더 적합한지 결정하기 위해서 한국 자생 육상 난초인 은대난초의 두 곳 성체식물 (adult)을 대상으로 Wright의 F-통계와 공간적자가상관계수분석 (spatial autocorrelation analysis)을 집단내의 유전적구조 분석에 이용하였다. 은대난초 집단이 자가화합성과 혼합교배계 (mixed mating system)를 가지는 다른 식물종들과 비교할 만한 결과는 공간적으로 유전적 구조가 형성된 집단에서 자가수분 혹은 유전적으로 매우 가까운 개체들간에 실질적으로 근친교배가 일어났을 때와 일치되는 낮은 수준의 유전적 다양성 (평균 He = 0.036)과 동형접합자 (homozygote) 수가 초과 (평균 F_(IS) = 0.330) 되는 것이 유의성을 가진다는 것이다. 공간적자가상관계수분석 (SA)에서 10m 거리 이내에 위치한 개체들간의 유전적으로 가까운 것이 통계학적 유의성을 가지며, 3m 거리 이내에 위치한 개체들간의 관련성(relatedness)은 반형매들 (halfsibs)과 제일사촌들 (first cousins)에게서 기대되는 관련성과 비교될 만한 결과를 나타내었다. 은대난초 집단내에서 이렇게 유전적구조가 형성되는 것은 대부분의 씨가 10m 거리 이내로 산파된다는 예측을 뒷받침하고, 이것은 실질적으로 집단내에서 씨의 섞힘 현상 (seed shadow overlapping)을 일으키게 된다. 유효집단크기 (effective population size, Ne)는 대립인자 빈도를 변화시켜 근친교배를 증가시키고, 유전적 다양성을 감소시키는 유전적 부동 (random genetic drift, RGD)의 정도와 관련되어 있다. 그러나, 유성과 무성생식으로 번식하는 식물종에서 Ne에 대하여 클론구조가 미치는 영향에 관한 실험적인 데이터는 거의 없다. 알로자임 (allozyme)을 유전적 표식자로 이용하여, 한국의 남해안에 위치한 외나로도에 자생하는 육상난초인 약난초를 대상으로 인간 간섭을 받지 않은 18-ha의 넓은 면적에서 6곳 집단의 분주체 (ramets)와 유전체(genets)의 SA를 통하여 클론 폭(넓이)의 통계학적 유의성과 공간적 범위를 정량화한다. 그리고나서, 세가지 개체군통계학적 산출값, 즉 집단내의 분주체수(Ne_((r))), 유전체 수 (Ne_((g))), 유전체 수와 유전체당 분주체 수의 변이에 관한 정보를 포함한 산출값 (Ne_((c)))을 구하는데 이러한 정보를 이용한다. 클론구조를 고려하면 결과적으로 집단내에서 생태학적으로 명백한 개체수에 비해 Ne값이 2-6배 감소된다. 실지로 입목의 유전적 변이 수준은 구해진 Ne 에서 기대되는 값보다 높은 것이 사실인데, 이것은 현재 집단보다 과거 집단에서 Ne값이 더 큰 것에 대한 역사적인 요인들을 고려하도록 한다. 약난초와 마찬가지로 많은 육상난초류는 집단의 크기가 비교적 작고 공간적으로 격리되어 분포하기 때문에 보존에 대한 특별한 관심의 대상이 되어오고 있다. 우리 연구결과는 이들 종의 장기적인 보전을 위해서는 클론구조의 잠재력에 대한 확실한 이해와 개체들이 유전적 부동을 받으면 유전적 다양성과 적합도 (fitness)가 감소되므로 집단에 미치는 영향에 대한 암시에 근간을 두어야 한다는 것을 보여주고 있다. SA 결과는 약난초 집단내의 미세공간적유전적구조가 통계학적으로 유의성이 있다는 것을 나타내 보인다. SA에서 클론의 분주체를 포함했을 때, 가장 짧은 거리 간격인 5m 지점에서 가장 높은 평균 f_(ij) (0.121) 값을 가지고 0-15m 구간에서 개체들간에 유전적으로 가까운 f_(ij) 값이 통계학적으로 유의성이 있었다. 클론의 분주체를 SA에서 제외시켰을 때 평균 f_(ij) 값이 0-15m 구간에서 유의성이 유지되었는데, 단지 5m 지점에서 f_(ij) 값이 0.084로 감소되었다. 이러한 결과들이 모여져서 약난초 집단내에는 서로 관련된 유전체 (family structure, 가계구조) 뿐만 아니라 유전적으로 가까운 클론이 공간적으로 모여 (클론구조)있음을 가리킨다. 요약하면, 은대난초와 약난초의 미세공간적유전적구조는 Caladenia tentaculata (Peakall and Beattie, 1996)와 춘란 (Chung et al., 1998)의 구조와 일치한다. 그럼에도불구하고, 이들 종에 대한 연구가 한정되어 있기 때문에 이들의 결과를 일반화시키기가 어렵다. 난초류의 먼지 모양의 씨가 가까운 거리로 산파되면 집단내의 미세공간적유전적구조 형성이 통계학적으로 유의성을 가진다는 예측을 검정하기 위해서는 보다 더 많은 연구가 필요하다. 생달나무 (녹나무과)는 곤충에 의해서 수분되고 새에 의해서 씨가 산파되는 광엽상록수종이다. 한국의 남쪽에 최근에 형성된 연구집단 (60×100-m 면적)에서 4단계로 나이 등급 (four age-classes)을 나누어 유전적구조의 변화를 조사하기 위해서 알로자임을 표식자로 구해진 유전좌위 (allozyme loci), Wright의 고정지수 (fixation index), 공간적자가상관관계 통계법 (Moran's I) 과 coancestry (f_(ij)) 값을 이용했다. 기대되는 이형접합성 (He)값이 나이 등급 간의 차이가 통계학적 유의성이 없었다. 그러나 나이 등급 간의 유전적 분기 (분화)값은 통계학적 유의성이 (P < 0.0001) 나타났다. 나이 등급내에서 고정지수값은 부분적인 자가수분 때문에 관찰되는 이형접합자의 수가 유의성있게 부족하였다. 4단계의 나이 등급 사이의 유전적구조가 유사한 이유는 매년 주변 집단으로부터 일어나는 씨의 이주가 공간적으로 비슷한 양상으로 일어난다는 것을 반영할 것이다. 마지막으로 평균 Moran's I와 f_(ij) 값은 본질적으로 4단계의 각 나이 등급과 유식물(seedlings)과 2-4년생 식물 (2-4yr juveniles) 대 성체식물 (adults)에 대해 대립인자가 공간적으로 무작위하게 분포되어 있음을 나타내었다. 이러한 발견들은 동일한 연구장소에서 같은 녹나무과에 속하며 생달나무와 생활사 및 생태적 특징 (예, 새에 의해서 열매가 산파, 곤충에 의한 수분, 나이 등급 사이의 비슷한 유전적구조)이 유사한 또 다른 식물종인 참식나무(Neolitsea sericea)에서 조사된 결과와 매우 유사하다. 총체적으로 이러한 결과는 녹나무과 식물종의 육질이 많은 열매 (핵과)는 새에 의해서 씨가 독립적으로 산파되도록 도와주는 적응을 나타내며, 그것은 차례로 새로운 생육지에 이주해 온 창시자 식물의 유전적 다양성을 증가시킨다는 것을 암시한다. Little is known about the breeding systems and pollination biology of terrestrial orchids in northeastern Asia. We investigated the breeding system of Cremastra appendiculata and Cymbidium goeringii in populations (26 individuals, 120×120m for Cremastra appendiculata 87 individuals, 200×500m for Cymbidium goeringii) on Oenaro Island, South Korea. The two orchid species showed little fruit set in natural conditions (1.3-2.0% for Cremastra appendiculata and 0.4-0.6% for Cymbidium goeringii). However, a great increase in fruit set was achieved by hand-pollinations: artificial self-pollination and geitonogamous pollination, with fruit set of 95.7% and 96.6% for Cremastra appendiculata, respectively, and 95.5% and 95.6% for Cymbidium goeringii, respectively, indicating that the two species are highly self-compatible. Fruit set for pollinator-excluded flowers of Cremastra appendiculata and Cymbidium goeringiiwas 0 %, indicating that the two species were neither autogamous nor agamospermous. The extremely low fruit set observed in the two species under natural conditions may be attributable to pollinator limitation. Orchid seeds are unusual for being the smallest among flowering plants. These dust-like seeds are wind-borne and, thus, would seem to have the potential for long-distance dispersal (a common perception) this perception has led to a prediction of near-random spatial genetic structure within orchid populations. Mathematical models (e.g., simple ballistic model) for wind-dispersed seeds and wind-tunnel experiments, in contrast, indicate that most seeds of orchids should fall close to the maternal plant (<6 m), supporting a prediction of significant fine-scale genetic structure within populations. In reality we do not know much about seed dispersion in orchids. To determine which of these two predictions is more appropriate, Wright's F statistics and spatial autocorrelation analysis were used to examine the genetic structure within two adult populations of the terrestrial orchid Cephalanthera longibracteata (Orchidaceae) in southern Korea. In results comparable to those of other self-compatible, mixed-mating plant species, C. longibracteata populations exhibited low levels of genetic diversity (mean He = 0.036) and a significant excess of homozygosity (mean F_(IS) = 0.330), consistent with substantial inbreeding via selfing and/or mating among close relatives in a spatially structured population. Spatial autocorrelation analysis revealed significant positive genetic correlations among plants located < 10 m, with relatedness at < 3 m comparable to that expected for half sibs and first cousins. This genetic structure supports the prediction that the majority of seed dispersal occurs over distances of less than 10 m and is responsible for generating substantial overlap in seed shadows within C. longibracteata populations. Cinnamomum insularimontanum Hayata (Lauraceae) is an insect-pollinated, broad-leaved evergreen tree with bird-dispersed seeds. We used allozyme loci, Wright's fixation index, spatial autocorrelation statistics (Moran's I), and coancestry measures to examine changes in genetic structure among four age-classes within a recently founded study population (60×100 m area) in southern Korea. There were no significant differences in expected heterozygosity among age classes. However, significant genetic differentiation among age classes was detected (P < 0.0001). Fixation indices within age classes showed significant deficits of observed heterozygosity, which may be caused by partial selfing. The homogeneity of genetic structure among four age-classes may reflect similar spatial patterns of seed immigration from surrounding populations occurring year after year. Finally, the average Moran's I and coancestry estimates indicated essentially random spatial distributions of alleles for each of the four age-classes and between seedlings and 24 yr juveniles versus adult trees. These findings are very similar to those observed in the same study area for another member of the Lauraceae, Neolitsea sericea, which has very similar life history and ecological characteristics (i.e., bird-dispersed fruits, insect pollination, and a similar age structure). Together, these results suggest the fleshy drupes of lauraceous species represent an adaptation to aid in the independent dispersal of seed by birds, which in turn may increase the genetic diversity of founders colonizing new habitats.

척수소뇌실조증의 분자유전학적 연구와 임상소견

이성훈 부산대학교 2005 국내박사

상염색체 우성 소뇌실조증은 다양한 임상양상을 보이는 신경계 퇴행성 질환 군으로서 점차로 진행하는 균형과 조화운동장애와 다양한 소뇌 이외의 증상을 특징으로 한다. 현재까지 상염색체 우성 소뇌실조증을 설명해주는 최소 24개의 척수소뇌실조증 유전자의 위치가 밝혀졌으나 이것과 관계되는 질환들의 임상양상은 상당히 중첩되어 있음이 증명되면서 현재 상염색체 우성 소뇌실조증은 분자유전학적으로 분류되고 있는 추세이다. 저자는 상염색체 우성 소뇌실조증 환자들을 대상으로 그 병의 원인이 되는 돌연변이를 밝히고 임상양상을 분석하기 위해 임상적, 분자유전학적인 연구를 하게 되었다. 상염색체 우성 소뇌실조증 중 CAG 반복에 의해 발병하는 각 아형들의 상대적인 발병 빈도를 평가하기 위해 연관이 없는 8 가족 11 예과 열성 혹은 산발성 환자 8 예, 총 19 예를 대상으로 임상증상을 분석하였으며, 말초혈액에서 추출한 DNA를 사용하여 ATXN1, ATXN2, ATXN3, ATXN6, ATXN7, Atrophin-1 유전자를 각각 목표로 하는 중합효소연쇄반응을 실시해 각 유전자 내의 CAG 삼핵산 반복 돌연변이를 검출하였고 염기서열분석을 통해 이를 다시 확인하였다. 중합효소연쇄반응에서는 용융온도를 64℃로 맞출 수 있도록 시발체의 염기서열을 변형 조정하여 모든 대상 유전자의 증폭에 필요한 반응을 1회의 PCR 기기 사용으로 완료할 수 있는 방법을 확립하였다. 그 결과 가족력이 있는 11 예 중 3 예에서 ATXN2 유전자 내의 비정상적인 CAG 반복이 발견되었고, ATXN1, ATXN2, ATXN3, ATXN7, Atrophin-1 의 이상이 각각 1예에서 발견되었다. 반면 ATXN6 유전자의 이상은 관찰되지 않았고, 가족력이 있는 8 가족 중 2 가족에서는 DNA검사로 유전형질을 결정할 수 없었으며, 열성 혹은 산발성 환자 8 예에서는 유전자 이상이 발견되지 않았다. 저자는 유전적으로 확인된 SCA1, SCA2, SCA3, SCA7 그리고 DRPLA의 임상양상을 분석하였으며 모든 환자는 다양한 정도의 소뇌장애 증상을 보였다. 건반사 증가와 바빈스키징후를 포함한 추체로 징후는 SCA1에서 더욱 흔하고, 건반사 감소와 말초성 감각신경염은 SCA2에서 나타났다. 근긴장이상, 상방주시제한, 건반사 증가 및 연하장애는 SCA3에서 나타났고 황반변성은 SCA7의 특징적인 증상이었다. 근간대성 경련, 근긴장이상, 무도병, 정신지연과 각막내피세포 변성 등이 DRPLA에서 나타났다. 이상의 결과로 볼 때 염색체내의 CAG 삼핵산의 반복수의 증가로 생기는 우성 유전성 척수소뇌질환의 임상양상은 각 아형의 특징적 소견이 있으면서도 아형간의 중복되는 경우를 흔히 보이므로 자세한 가족력의 파악과 임상진찰이 중요하다. 분자생물학적인 진단방법의 도입은 척수소뇌질환의 확진에 필요하며, 이를 토대로 각 아형 별 빈도나 임상양상에 대한 연구가 이루어져 질환의 발병기전을 이해하고 나아가 유전자 치료의 기초가 될 수 있으리라 생각된다.

Identification of potential key variants in mandibular premolar hypodontia through whole-exome sequencing

이신엽 Graduate School, Yonsei University 2024 국내박사

부분무치증(hypodontia)을 가지는 환자들에게서 유전자형-표현형 상관관계를 파악하는 것은 질환의 병인을 이해하기 위해서 중요하지만, 아직까지 이에 관한 연구는 부족한 실정이다. 이에 따라 본 연구는 전장엑솜분석 및 다양한 생물정보학분석을 이용하여 한국인에게서 양측성으로 하악 제2소구치가 결손된 특정한 표현형을 가지는 non-syndromic hypodontia와 연관된 유전적 변이형을 발견하는 것을 목적으로 하였다. 서로 연관이 없는 독립된 20명의 참가자들로부터 전장엑솜분석을 시행하였으며, 기존에 연구를 통해 알려진 112개의 tooth agenesis 관련 유전자들로부터 변이들의 필터링과 선별과정을 통하여 잠재적인 후보 변이들을 선별하였다. 최종적으로 12개의 후보 유전자들로부터 13개의 후보 변이들을 발견하였으며 이 중에서는 LAMA3 유전자의 stop-gain 변이(c.4750C>T)도 포함되었다. 선별된 유전자들의 기능농축분석을 통하여 하악 제2소구치 hypodontia 후보 유전자들의 단백질-단백질 상호작용 네트워크에서 치아 발생과 관련된 여러 기능 및 전달경로들이 강조된 것을 확인하였다. 또한 hypodontia 참가자군은 100명의 건강한 대조군 집단들과 비교하였을 때 기능농축분석에서 확인된 주요 기능들과 연관된 CDH1, ITGB4, LAMA3, LAMB3의 4개의 유전자에서 모두 약 2배 더 많은 변이를 가졌다. 마지막으로 기능농축분석을 통해 강조된 기능 및 경로들이 어떻게 하악 제2소구치의 선천적 결손과 연관될 수 있는지에 대해서도 논의하였다. 본 연구의 hypodontia 참가자들에게서 기존에 oligodontia 환자들에게서 보고된 변이들을 발견하였으며, 이번 결과로 tooth agenesis의 발생 정도가 여러 유전자들과의 협력효과를 통해 더 커질 수 있다는 가능성을 높였다. 이번 연구는 tooth agenesis의 병인을 밝히기 위한 좋은 예비 연구 및 후속 연구를 위한 배경이 될 수 있을 것으로 생각된다. Determining genotype–phenotype correlations in patients with hypodontia is important for understanding disease pathogenesis, although only a few studies have elucidated it. This study aimed to identify genetic variants linked to non-syndromic bilateral mandibular second premolar hypodontia in a Korean population for the first time by specifying the phenotype of hypodontia. Twenty unrelated individuals with non-syndromic bilateral mandibular second premolar hypodontia were enrolled for whole-exome sequencing. Using a tooth agenesis gene set panel consisting of 112 genes based on literature, potential candidate variants were screened through variant filtering and prioritization. This study identified 13 candidate variants in 12 genes, including a stop-gain variant (c.4750C>T) in LAMA3. Through the functional enrichment analysis of the prioritized genes, several terms related to tooth development were enriched in a protein–protein interaction network of candidate genes for mandibular premolar hypodontia. The hypodontia group also had approximately 2-fold as many mutated variants in all four genes related to these key terms, which are CDH1, ITGB4, LAMA3, LAMB3, as those in the 100 healthy control group individuals. The relationship between enriched terms and pathways and mandibular premolar hypodontia was also investigated. In addition, this study identified some known oligodontia variants in patients with hypodontia, strengthening the possibility of synergistic effects in other genes. This genetic investigation may be a worthwhile preliminary attempt to reveal the pathogenesis of tooth agenesis and sets a background for future studies.

우리나라優良 삼나무集團에 對한 遺傳學的硏究

전영우 고려대학교 1980 국내석사

세로토닌 운반체, 세로토닌 수용체 2A, 세로토닌 수용체 1B 유전자와 주의력결핍-과잉행동장애 간의 연합연구 : 환자대조군 및 가족기반 디자인 연구

손정우 서울대학교 대학원 2007 국내박사

Hormone and ornithine-decarboxylase pathway genetic polymorphisms and phytoestrogen for gastric cancer risk : a nested case-control study

조영은 서울대학교 대학원 2011 국내박사

裁培種水稻遠綠雜交的標識基因 異常分離之遺傳硏究

나 의 식 國立中興大學農藝學硏究所 1993 국내박사