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문제 정의
- RegulomeDB (http://www.regulomedb.org/index) database를 이용하여 CD44의 유의한 17개 SNP들이 어떻게 유전자 또는 단백질 발현에 영향을 미칠 것인지 확인해 보았다 (Table 2). 그 결과 rs3749113, rs3794110, rs10488809, rs76393888, rs76829147, rs75137824의 6개의 SNP에서 의미 있는 score가 나타남을 알 수 있었다.
- 따라서 본 연구는 한국인 유전체 역학 조사 사업의 일환으로 구성되어 있는 코호트 자료를 활용하여, 결핵이 발병했던 환자군과 건강 대조군을 분류하고, 두 그룹 간 CD44 유전자의 유전적 다형성(genetic polymorphisms)이 결핵 발병에 영향을 주었는지 확인하고자 유전적변이에 대한 관련성 연구(association study)를 시행하였다.
- 이전 연구에서는 결핵 발병이 결핵균의 특성과 숙주의 면역상태에 영향을 받는다고 이야기하였다[11, 25]. 본 연구에서는 결핵 발병에 영향을 미치는 면역기전과 관련한 숙주의 유전적 다형성이 결핵 발병에 관한 감수성에 영향을 미칠 수 있음을 제시하고 있다. 이러한 결과를 통해 결핵에 유전적 감수성이 있는 환자에 대한 연구와 관리 및 치료가 가능할 것이라고 생각한다.
제안 방법
- Locuszoom 프로그램을 사용하여 17개의 SNP을 대상으로 recombination rate (cM/Mb)과 r2을 나타내는 regional plot을 확인하였다(Figure 1). CD44 유전자의 plot은 hg 19 version ASN (Asian population)을 기준으로 하였다.
- 환자군과 건강 대조군에 대한 유전적 변이의 상관성 분석은 로지스틱 회귀 분석을 사용하였고, 이 분석은 additive genetic model을 기반으로 분석하였다. 그리고 이러한 회귀 분석의 시행에 있어서 나이, 지역, 성별을 공변수로 처리하여 분석하였다. 분석한 결과값에 대한 유의 수준은 0.
- 본 연구에서 유전자 영역의 분석은 KARE 유전형 자료를 기반으로 CD44 유전자 영역에서 MACH 1.0.16(4)를 사용하여 imputation SNP를 추가적으로 추출하였고, 이 자료를 바탕으 로 분석을 진행하였다. 유전자 영역은 전사체 양 말단에서 5 kb씩 확장하여 분석을 진행하였다.
- 16(4)를 사용하여 imputation SNP를 추가적으로 추출하였고, 이 자료를 바탕으 로 분석을 진행하였다. 유전자 영역은 전사체 양 말단에서 5 kb씩 확장하여 분석을 진행하였다. 이 SNP의 염색체 상의 위치는 UCSC Genome Browser on Human Feb.
대상 데이터
- 이번 연구에서 이용한 한국인 연구대상자는 한국인 유전체 역학 조사 사업(Korean Genome and Epidemiology Study; KoGES)의 일환인 Korean Association Resource (KARE) 자료를 기반으로 하였다[11]. 이 자료는 질병관리본부 인체자원 은행에서 분양을 받아 사용하였다(KBN-2017-038). 연구에서 사용한 연구대상자의 선별은 이전 연구와 동일하게 설정하였다 [12].
- 즉, KARE의 전체 대상자 10,038명 중 QC(Quality Control)과정을 통해 분석 기준에 적합하지 않은 1,198명을 제외하여 총 8,840명을 연구대상자로 선정하였다. 이 중 환자군은 결핵 진단을 받은 적이 있는 443명을 선별하였고, 건강 대조군은 결핵을 포함한 다른 여러 질환이 없는 건강한 사람 3,228명을 선별하였다. 환자군과 건강 대조군 간의 평균 나이는 각각 51.
- 이번 연구에서 이용한 한국인 연구대상자는 한국인 유전체 역학 조사 사업(Korean Genome and Epidemiology Study; KoGES)의 일환인 Korean Association Resource (KARE) 자료를 기반으로 하였다[11]. 이 자료는 질병관리본부 인체자원 은행에서 분양을 받아 사용하였다(KBN-2017-038).
- 연구에서 사용한 연구대상자의 선별은 이전 연구와 동일하게 설정하였다 [12]. 즉, KARE의 전체 대상자 10,038명 중 QC(Quality Control)과정을 통해 분석 기준에 적합하지 않은 1,198명을 제외하여 총 8,840명을 연구대상자로 선정하였다. 이 중 환자군은 결핵 진단을 받은 적이 있는 443명을 선별하였고, 건강 대조군은 결핵을 포함한 다른 여러 질환이 없는 건강한 사람 3,228명을 선별하였다.
데이터처리
- CD44 유전자에서 선별한 237개의 SNP를 대상으로 로지스틱 회귀분석을 시행하였다. 그 결과 237개의 SNP 중 17개의 SNP에서 통계적으로 유의한 상관관계(P＜0.
- 이 결과는 CD44 유전자의 유전적 변이가 결핵 발병에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 또한 로지스틱 회귀분석의 통계적 유의수준을 전체 237개의 SNP 수로 나눈 값인 Bonferroni 유의수준(P＜0.00294, 0.05/237 SNPs)을 확인하였다. 그 결과, 17개의 통계적으로 유의한 SNP 중 3개의 SNP에 해당하는 P-value가 Bonferroni 유의수준을 통과하였다.
- 05 미만을 기준으로 설정하였다. 이 결과들 중 Bonferroni P-value의 결과를 알아보기 위하여 adjust 분석을 시행하였다. 높은 유의수준을 가진 SNP를 대상으로 recombination rate (cM/Mb)과 상관성을 확인하기 위하여 Locuszoom version 1.
- 이번 연구는 CD44 유전자 SNP들과 결핵 환자군과 건강 대조군의 로지스틱 회귀분석을 통해 통계적 유의성을 분석하고, 이러한 유전적 변이와 결핵의 발생 간의 상관관계를 알아보았다. 그 결과 CD44 유전자 영역 중 17개 SNP에서 결핵 발병과 높은 통계적 유의성이 있음을 확인하였다.
- Chicago, IL, USA)을 사용하였다. 환자군과 건강 대조군에 대한 유전적 변이의 상관성 분석은 로지스틱 회귀 분석을 사용하였고, 이 분석은 additive genetic model을 기반으로 분석하였다. 그리고 이러한 회귀 분석의 시행에 있어서 나이, 지역, 성별을 공변수로 처리하여 분석하였다.
이론/모형
- 2009 (GRCh37/ hg19)를 기준으로 결정하였다. CD44 유전자 영역에서 imputation은 HapMap database에서 중국인(Han Chinese Beijing)과 일본인(Japanese in Tokyo)의 것을 참고하여 진행하였다 [13]. 또한, imputed SNP들 중에서 minor allele frequency (MAF)가 1% 미만이거나 상관계수(r2)가 0.
- 이 결과들 중 Bonferroni P-value의 결과를 알아보기 위하여 adjust 분석을 시행하였다. 높은 유의수준을 가진 SNP를 대상으로 recombination rate (cM/Mb)과 상관성을 확인하기 위하여 Locuszoom version 1.1 (http://csg.sph.umich.edu/locuszoom)을 사용하였다. 또한, CD44 유전자가 단백질 발현에 어떠한 영향을 줄 것인지 알아보기 위하여 RegulomeDB (http://www.
- edu/locuszoom)을 사용하였다. 또한, CD44 유전자가 단백질 발현에 어떠한 영향을 줄 것인지 알아보기 위하여 RegulomeDB (http://www.regulomedb.org/index) database를 사용하였다.
성능/효과
- 17개의 유의한 SNP들 중 16개의 SNP는 교차비(OR)가 1보다 높아 결핵에 대한 감수성을 증가시키는 방향으로의 영향을 주는 것을 확인하였다. 나머지 1개의 SNP (rs6484768)은 교차 비(OR)가 0.
- 그림에서 나타나는 파란 선은 CD44 영역에 대한 recombination rate을 나타낸다. CD44 유전자 영역 중 약 35.21 Mb에서 약 25%의 recombination rate을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. rs75137824와 그 주위의 다른 유의성 있는 SNP들과의 r2값이 높게 나타낸 것을 통해 이러한 SNP들 간의 연관성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 21 Mb에서 약 25%의 recombination rate을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. rs75137824와 그 주위의 다른 유의성 있는 SNP들과의 r2값이 높게 나타낸 것을 통해 이러한 SNP들 간의 연관성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 두 번째로, AP-1은 세포 내 신호 전달단백질의 발현을 조절함으로써 새로운 유전자 산물의 발현을 정확히 조절한다[16]. 결과적으로 JUND 단백질이 결합하는 영역에 rs10488809와 같은 유전적 다형성이 생긴다면 JUND 단백질과의 결합 효율이 낮아져서 CD44 유전자 발현에 영향을 미칠 가능성을 내포하고 있다.
- 따라서 CD44 유전자에 유전적 다형성이 생긴다면, 활성화된 T 세포가 폐로 이동하는 기전에 영향을 미칠 것이고, 결과적으로 결핵균에 대응하는 숙주의 세포성 면역 반응이 억제될 것이다. 결과적으로, CD44 유전자의 유전적 다형성은 결핵균에 대항하는 숙주의 유전적 감수성에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다.
- CD44 유전자에서 선별한 237개의 SNP를 대상으로 로지스틱 회귀분석을 시행하였다. 그 결과 237개의 SNP 중 17개의 SNP에서 통계적으로 유의한 상관관계(P＜0.05)를 확인할 수 있었다(Table 1). 가장 높은 유의수준을 보이는 SNP는 rs75137824 (P=0.
- 이번 연구는 CD44 유전자 SNP들과 결핵 환자군과 건강 대조군의 로지스틱 회귀분석을 통해 통계적 유의성을 분석하고, 이러한 유전적 변이와 결핵의 발생 간의 상관관계를 알아보았다. 그 결과 CD44 유전자 영역 중 17개 SNP에서 결핵 발병과 높은 통계적 유의성이 있음을 확인하였다. 이 SNP 중 16개의 SNP는 건강 대조군에 비해 결핵 환자군에서 MAF가 높아 교차비 (OR)가 1 이상이고, 하나의 SNP은 결핵 환자군의 MAF가 낮아 교차비(OR)가 1 이하로 확인되었다.
- org/index) database를 이용하여 CD44의 유의한 17개 SNP들이 어떻게 유전자 또는 단백질 발현에 영향을 미칠 것인지 확인해 보았다 (Table 2). 그 결과 rs3749113, rs3794110, rs10488809, rs76393888, rs76829147, rs75137824의 6개의 SNP에서 의미 있는 score가 나타남을 알 수 있었다. 이 중 가장 높은 2a score의 결과를 나타낸 SNP는 rs10488809였다.
- 05/237 SNPs)을 확인하였다. 그 결과, 17개의 통계적으로 유의한 SNP 중 3개의 SNP에 해당하는 P-value가 Bonferroni 유의수준을 통과하였다.
- 17개의 유의한 SNP들 중 16개의 SNP는 교차비(OR)가 1보다 높아 결핵에 대한 감수성을 증가시키는 방향으로의 영향을 주는 것을 확인하였다. 나머지 1개의 SNP (rs6484768)은 교차 비(OR)가 0.78로 결핵에 대한 감수성을 감소시키는 방향으로 영향을 주는 것을 확인하였다.
- 첫째로, AP-1은 matrix metalloproteases (MMPS) 및 접착단백질과 같은 세포 침입에 직접적으로 필요한 유전자의 발현을 조절한다. 두 번째로, AP-1은 세포 내 신호 전달단백질의 발현을 조절함으로써 새로운 유전자 산물의 발현을 정확히 조절한다[16]. 결과적으로 JUND 단백질이 결합하는 영역에 rs10488809와 같은 유전적 다형성이 생긴다면 JUND 단백질과의 결합 효율이 낮아져서 CD44 유전자 발현에 영향을 미칠 가능성을 내포하고 있다.
- 이러한 기존연구 뿐만 아니라 최근의 연구에서는 다재 내성 결핵환자와 건강 대조군 사이에 CD44와 연관되어 있는 miR- 4433b-5p의 발현의 차이가 발생한다는 보고도 있다[24]. 따라서 CD44 유전자에 유전적 다형성이 생긴다면, 활성화된 T 세포가 폐로 이동하는 기전에 영향을 미칠 것이고, 결과적으로 결핵균에 대응하는 숙주의 세포성 면역 반응이 억제될 것이다. 결과적으로, CD44 유전자의 유전적 다형성은 결핵균에 대항하는 숙주의 유전적 감수성에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다.
- 또한 CD44 유전자 영역에 해당하는 전체 237개의 SNP에서 regional plot을 확인해 보았을 때 Bonferroni 유의수준을 통과한 3개의 SNP간 r2이 높고(3개의 SNP 중 rs75137824가 기준) 같은 recombination 영역안에 속한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 CD44 유전자 영역에 유전적 변이가 결핵 상태와 유의한 상관관계가 있다는 것을 확인할 수 있다.
- 2a score가 나타내는 것은 해당 SNP가 전사 인자 결합반응에 영향을 줄 수 있을 뿐만 아니라, DNase peak 차이가 있다는 것을 의미한다. 또한, 이 곳은 FOS와 JUND 전사인자가 결합하는 영역일 뿐 아니라, GATA-2,3의 motif로 작용하는 위치로서 유전자 발현에 영향을 미칠 수 있다는 것을 확인하였다.
- 그 결과 CD44 유전자 영역 중 17개 SNP에서 결핵 발병과 높은 통계적 유의성이 있음을 확인하였다. 이 SNP 중 16개의 SNP는 건강 대조군에 비해 결핵 환자군에서 MAF가 높아 교차비 (OR)가 1 이상이고, 하나의 SNP은 결핵 환자군의 MAF가 낮아 교차비(OR)가 1 이하로 확인되었다. 이 결과는 CD44 유전자의 유전적 변이가 결핵 발병에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.
- 56을 나타냈다. 이 SNP의 minor allele frequency (MAF)는 건강 대조군에서는 1.4%의 빈도를 보여주고 있으나, 결핵 환자군에서는 약 2배 높은 것(3.3%)을 확인할 수 있었다(Table 1).
- 이 SNP 중 16개의 SNP는 건강 대조군에 비해 결핵 환자군에서 MAF가 높아 교차비 (OR)가 1 이상이고, 하나의 SNP은 결핵 환자군의 MAF가 낮아 교차비(OR)가 1 이하로 확인되었다. 이 결과는 CD44 유전자의 유전적 변이가 결핵 발병에 영향을 미칠 수 있음을 의미한다. 또한 로지스틱 회귀분석의 통계적 유의수준을 전체 237개의 SNP 수로 나눈 값인 Bonferroni 유의수준(P＜0.
- 이 높고(3개의 SNP 중 rs75137824가 기준) 같은 recombination 영역안에 속한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들을 통해 CD44 유전자 영역에 유전적 변이가 결핵 상태와 유의한 상관관계가 있다는 것을 확인할 수 있다.
- AP-1은 2가지 수준으로 세포 침입을 조절한다. 첫째로, AP-1은 matrix metalloproteases (MMPS) 및 접착단백질과 같은 세포 침입에 직접적으로 필요한 유전자의 발현을 조절한다. 두 번째로, AP-1은 세포 내 신호 전달단백질의 발현을 조절함으로써 새로운 유전자 산물의 발현을 정확히 조절한다[16].
- 통계적 유의성이 높은 17개의 SNP에 대한 regulome DB 결과를 확인한 결과 6개의 SNP에서 의미 있는 score를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 가장 높은 score (2a)를 갖는 rs10488809는 GATA-2,3의 motif로 작용하는 위치이다.
후속연구
- 본 연구에서는 결핵 발병에 영향을 미치는 면역기전과 관련한 숙주의 유전적 다형성이 결핵 발병에 관한 감수성에 영향을 미칠 수 있음을 제시하고 있다. 이러한 결과를 통해 결핵에 유전적 감수성이 있는 환자에 대한 연구와 관리 및 치료가 가능할 것이라고 생각한다.
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