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제목 [뉴스포럼 5호] Notable Research
작성자 관리자 작성일 2019-03-05 13:30:42 조회수 167
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Recurrent de novo에 대한 확률 계산
Multiple Transmissions of De Novo Mutations in Families
최종문 (녹십자의료재단 진단검사의학과)

희귀 질환의 유전자 분석에서 De novo mutation은 특별한 존재입니다. De novo는 부모에서 없는 변이가 그다음 세대에서 새롭게 나타나는 현상입니다. De novo mutation이 발생한 경우 우성 유전 질환에서 부모는 이상이 없어도 그 자식에서 유전적 이상이 나타날 수 있습니다. 그 발생 빈도는 주로 부친의 연령과 관련이 있습니다. 기존 보고에 따르면, 부친의 연령이 29.7세라고 가정할 때 한 세대가 지날 때마다 한 개의 Nucleotide 당 약 1.20 X 10-8의 확률로 발생합니다.[1] 인간 유전자는 약 30억 개의 염기 쌍으로 구성되므로, 한 세대마다 평균 38개 정도의 De novo 변이가 새로 발생하게 됩니다. 만약 그 변이가 중요한 유전자의 Critical한 위치에서 발생한다면, 유전 질환이 발생합니다. 다행히 인간 유전자 중 실제 단백질을 코딩하는 부분은 약 2%에 지나지 않습니다. 산술적으로는 Coding region에는 De novo는 보통 없거나 일반적으로는 한 두 개 일 것입니다. 또한 Coding region에 생긴 모든 변이가 생존에 영향을 주는 것은 아니고, 그중 일부만 문제를 일으킵니다. 오히려 그중 일부는 생존에 유리한 방향으로 작용하여 진화의 원동력으로 작용해 왔습니다. 검사 영역에서는 Coding region에 De novo variant를 발견하면, 그리고 그 임상 양상이 해당 유전자 이상의 알려진 Phenotype과 잘 일치한다면 이는 확률 상으로 우연의 일치로 발생하기엔 그 가능성이 희박하다고 여기므로, Pathogenic일 가능성이 높다고 여깁니다. 2015 ACMG/AMP Classification2에서도 De novo는 Strong evidence로 분류하고 있습니다. 
De novo 여부는 Proband에서 발견된 변이가 부모에서 존재하는지 여부를 확인해서 파악 가능합니다. 일반적으로 Sanger sequencing으로 확인해서 Proband가 가진 변이가 부모에서 발견되지 않으면 De novo로 유전되었을 가능성이 높다고 판단하게 됩니다. De novo mutation은 DNA가 복제 에러가 우연히 발생하는 것이므로 발생 원리 상 동일한 위치에 동일한 변이가 다시 나타나는 것은 거의 있을 수 없는 일입니다. 벼락 맞을 확률이 28만 분의 1이라고 하니 형에게서 생긴 De novo가 동생에게서 동일하게 생길 확률은 벼락 맞을 확률보다는 명백히 낮을 것 같습니다. 하지만 실제로는 De novo라고 생각했던 변이가 Recurrent하게 발견되는 것이 보다 자주 발견됩니다. 
   

[Fig. 1] Difference of Mosaicism and De Novo Mutation 

이는 Mosaicism과 관련이 있습니다. [Fig. 1] 모자이시즘(Mosaicism)은 한 개체 내에서 두 가지 이상의 유전형이 공존하는 것으로, 그중 Gonadal mosaicism은 변이가 있는 세포가 생식 세포를 포함한 경우를 말합니다. 만약 Gonadal mosaicism이 주로 생식선 세포에 이환되어 있는 경우 정상 Phenotype을 가지나 이상 형질이 다음 세대에 전달될 수 있습니다. Mosaicism이 비율이 낮을수록 혈액 DNA 염기 서열 분석 검사에서 변이 신호가 매우 약하게 검출되지 않거나 경우에 따라서는 검출이 불가능하기도 합니다. [Fig. 2]
 

[Fig 2] Mosaic JAG1 Mutation in Maternal Blood[2]

Nature genetics에 2018년에 등재된 Multiple transmission of de novo mutation in families3) 논문을 보면 반복적으로 De novo처럼 보이는 현상이 발생하는 것을 ssDNMs (Sheared by siblings de novo mutations)이라고 명명하고 일반적인 De novo와 분리해서 말하고 있습니다. ssDNMs는 발생 2~3주째 발생하는 Primordial germ cell specification 과정과 그 이후의 생식선 발달 과정에서 생긴 변이로 인해 여러 개의 정자나 난자가 동일한 변이를 가지는 것에 대해 지칭합니다. 
이러한 변이는 생식선 세포뿐 아니라 Somatic cell에도 같이 존재하는 경우가 있습니다. 이 경우 Sanger sequencing 검사에서 낮은 Peak로 발견되기도 합니다. 하지만 그렇게 되기 위해서는 좋은 검사 퀄리티가 뒷받침되는 상황에서 배아 발생 과정 상 조혈계 세포 일부도 Mosaicism이 있어야 합니다. NGS 검사실 환경에서 Sanger sequencing으로 Proband의 부모를 확인할 때에는 Customized primer를 실험실에서 직접 Primer 3를 비롯한 각종 프라이머 설계 툴로 직접 설계해서 실험하는 것이 일반적이라, Mosaicism 여부를 Sanger로 확인할 땐 노이즈인지 시그널인지 구분이 어려운 경우가 많습니다.
기존 논문에 보고된 바에 따르면 부모에서 검출되지 않는 변이의 적게는 0.048%, 많게는 9.4%에서 ssDNMs라고 되어 있습니다. 유전 상담에서 De novo가 의심되는데 다음 아이도 동일한 이상이 있을 확률이 0에서 10%라고 보호자에게 설명한다면 설명하는 입장에서나 듣는 입장에서 서로 괴로울 것입니다. 이번에 소개 드릴 논문은 ssDNMs에 대한 보다 정확한 통계 데이터를 제공하며 환자에 따라 보다 정확하게 ssDNMs의 비율을 추정하는 실용적인 방법을 제공했다는 것입니다. 35X로 Whole genome sequencing을 한 1,548 Icelandic trio4)를 바탕으로 시행되었고, Trio의 변이의 유무 확인뿐 아니라 Haplotype까지 확인하여 De novo가 부/모 중 누구로부터 유래됐는지도 조사했습니다. 검사 결과 일반적인 De novo mutation은 주로 부친으로부터 유래되었으며(79.4%), 부모의 연령이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였습니다. 그러나 ssDNMs의 경우 남녀 비율에 별다른 차이가 크지 않으며, 나이에 따라서는 전체 De novo 대비 ssDNMs의 비율은 오히려 감소하는 것으로 나왔습니다. ssDNMs는 태아 발생에서 발생하나 De novo는 나이가 먹어 감에 따라 생식 세포 하나하나에 유전적 이상이 발생하여 생기는 것이기 때문으로 생각됩니다. 보다 정확한 ssDNMs의 확률에 대해 추정하기 위해 변이의 유형과 Sequencing 결과에서 Reference와 Alternative read의 수, 동일 Mutation이 있는 형제의 여부 등까지 통합한 계산 모델을 만들었습니다.[3] (https://de-novo-risk.decode.is/) ssDNMs는 낮게는 0.011%에서 많게는 28.5%까지 계산됩니다.



[Fig. 3] Web Interface of Recurrence De Novo Calculator.

만약 Trio로 검사한 NGS 데이터에서 Target region에 충분한 Depth가 나왔거나, 부모 Sanger sequencing 검사에서 노이즈와 구분이 잘 가지 않는 낮은 Peak가 확인되는 경우 이 계산기를 통해 대략적인 확률을 추정해 보면 유전 상담에서 많은 도움이 되지 않을까 생각합니다.



[참고문헌]
[1] Rate of de novo mutations and the importance of father's age to disease risk. Nature. Aug 23; 488(7412): 471–475. (2012)
[2] Standards and guidelines for the interpretation of sequence variants: a joint consensus recommendation of the American College of Medical Genetics and Genomics and the Association for Molecular Pathology. Genet Med. May;17(5):405-24. (2015)
[3] Multiple transmissions of de novo mutations in families. Nat Genet. Dec;50(12):1674-1680. (2018)
[4] Parental influence on human germline de novo mutations in 1,548 trios from Iceland. Nature. Sep 28;549(7673):519-522. (2017)


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