미토콘드리아 시퀀싱
미토콘드리아 시퀀싱 소개
미토콘드리아 질환은 삶의 모든 단계에서 발생할 수 있는 이질적 질병입니다. 미토콘드리아 질환과 관련된 돌연변이 연구는 개인 간의 표현형 다양성과 유전적 이질성으로 인해 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.
차세대 시퀀싱(NGS) 기술을 사용한 미토콘드리아 시퀀싱은 이러한 과제를 해결하여 미토콘드리아병 관련 변이에 대한 포괄적인 검출 및 분석을 가능하게 합니다. NGS는 또한 개인 식별, 법의학, 암 연구와 같은 다른 애플리케이션에서 미토콘드리아 DNA 분석을 지원합니다.
NGS 기반 미토콘드리아 시퀀싱의 이점
NGS를 사용한 미토콘드리아 시퀀싱은 다음을 지원합니다.
- 흔하거나 흔하지 않은 미토콘드리아 점 돌연변이 및 결실의 검출1,2,3,4
- 미토콘드리아 DNA(mtDNA) 및 핵 DNA(nDNA) 모두를 신속하게 분석2,4
- 이형질성1(주어진 샘플에서 미토콘드리아 DNA 시퀀스 변이가 둘 이상)에 대한 정확하고 민감한 측정
- D-루프 초가변 영역(유전적 변형의 핫스팟인 비암호화 mtDNA 영역5) 및/또는 전체 미토콘드리아 유전체에 대한 분석
미토콘드리아 시퀀싱 연구를 위한 일반적인 NGS 방법
미토콘드리아병 관련 돌연변이를 분석하기 위한 일반적인 NGS 방법에는 전장 엑솜 시퀀싱(whole-exome sequencing, WES)과 표적 유전자 시퀀싱이 포함됩니다.
전장 엑솜 시퀀싱은 원하는 경우 비번역 영역(UTR) 및 마이크로 RNA를 포함하도록 확장할 수 있는 기능을 사용하여 유전체의 단백질 코딩 영역을 분석합니다.
표적 유전자 시퀀싱은 질병 연관성이 알려졌거나 의심되는 특정 유전자 또는 유전자 관심 영역에 초점을 맞춥니다.
아래 표에서 두 가지 방법을 비교해 보세요.
미토콘드리아 시퀀싱 방법 비교
| 방법 | 전장 엑솜 시퀀싱 |
표적 시퀀싱 |
| 설명 | 미토콘드리아 유전체의 코딩 영역을 완전히 이해할 수 있습니다. 연구자들이 원인성 변이체가 자주 발견되는 미토콘드리아 영역을 자세히 관찰할 수 있습니다. |
특정 미토콘드리아 유전자나 영역에 초점을 맞춥니다. 미토콘드리아병 관련 변이에 대한 사전 지식을 바탕으로 선택한 시퀀싱 패널을 활용합니다. |
| 장점 |
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| 고려 사항 |
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| 추가 정보 | 엑솜 시퀀싱에 대해 더 알아보기 | 표적 시퀀싱에 대해 더 알아보기 |
주요 미토콘드리아 시퀀싱 솔루션
Illumina DNA Prep with Exome 2.5 Enrichment
미토콘드리아 DNA 변이의 시퀀싱을 가능하게 하는 스파이크인 패널을 사용하여 미토콘드리아 유전체 커버리지를 추가할 수 있는 옵션이 포함된 비용 효율적이고 신뢰할 수 있는 인간 전장 엑솜 시퀀싱 솔루션.
NovaSeq 6000 시스템
이 기기는 거의 모든 방법, 유전체 및 규모에 대한 처리량, 유연성 및 단순성을 결합하여 시퀀싱 기능을 확장합니다.
mtDNA, piRNA 및 TCR 레퍼토리 다양성 분석
Mount Sinai의 연구자들은 Illumina 시퀀싱을 사용하여 미토콘드리아 DNA, 피위 결합(piwi-interacting) RNA 및 T세포 수용체 레퍼토리 다양성을 연구하기 위한 새로운 방법을 개발합니다. 이들의 목표는 암, 불임, 자가면역질환 메커니즘을 밝히는 것입니다.
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법의학 및 개인 식별 연구를 위한 mtDNA 분석
mtDNA는 세포당 수백에서 수천 개의 복사본으로 존재하기 때문에 핵 DNA가 없는 환경에서도 생존할 수 있습니다. 이 때문에 mtDNA 분석을 개인 식별을 위한 강력한 도구로 사용할 수 있습니다. 그러나 이형질성(mtDNA 시퀀스가 조직 유형에 따라 다를 수 있거나 단일 세포 또는 조직 유형 내에서도 다를 수 있다는 원리)으로 인해 법의학적 식별에 필요한 샘플의 연관성을 확인하는 것이 어려울 수 있습니다.
Illumina NGS를 사용하면 미토콘드리아 DNA의 이형질성을 정확하게 검출하고 고해상도의 혼합 샘플을 얻을 수 있습니다.
심층적인 mtDNA 시퀀싱을 통한 유골 분석
법의학 연구자들은 Illumina NGS를 사용하여 mtDNA 초가변 영역을 시퀀싱하여 유골을 식별합니다.
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추가 리소스
참고 문헌
- Tang S, Wang J, Zhang VW, et al. Transition to next generation analysis of the whole mitochondrial genome: a summary of molecular defects. Hum Mut. 2013;34:882-893.
- Wong LC. Next generation molecular diagnosis of mitochondrial disorders. Mitochondrion. 2013;13:379-387.
- Chinnery PF, Elliott HR, Hudson G, Samuels DC, Relton CL. Epigenetics, epidemiology and mitochondrial DNA diseases. Int J Epidemiol. 2012;41:177-187.
- Calvo SE, Compton AG, Hershman SG, et al. Molecular diagnosis of infantile mitochondrial disease with targeted next-generation sequencing. Sci Transl Med. 2012;4:118ra10.
- Sharma H, Singh A, Sharma C, Kumar Jain S, Singh N. Mutations in the mitochondrial DNA D-loop region are frequent in cervical cancer. Cancer Cell Int. 2005;5:34.