초록 ▼

연구의 목적 및 내용
■ 현재 유전질환은 약 6,000종 이상 존재하는 것으로 알려져 있으나, 아직 원인 유전자가 밝혀져 있지 않는 유전질환이 여전히 많이 남아있다. 희귀유전질환의 유전자 돌연변이 또는 변이를 발굴하는 방법으로 최근 가장 주목 받고 있는 것은 차세대염기서열 분석장치(next-generation sequencer, NGS)를 이용한 전장유전체/전엑솜염기서열분석(whole genome/exome sequencing)이다. NGS 기술의 정확성 제고 및 저비용 고효율, 생명정보학 (bioinformatics) 발전에

연구의 목적 및 내용
■ 현재 유전질환은 약 6,000종 이상 존재하는 것으로 알려져 있으나, 아직 원인 유전자가 밝혀져 있지 않는 유전질환이 여전히 많이 남아있다. 희귀유전질환의 유전자 돌연변이 또는 변이를 발굴하는 방법으로 최근 가장 주목 받고 있는 것은 차세대염기서열 분석장치(next-generation sequencer, NGS)를 이용한 전장유전체/전엑솜염기서열분석(whole genome/exome sequencing)이다. NGS 기술의 정확성 제고 및 저비용 고효율, 생명정보학 (bioinformatics) 발전에 따른 분석 기술의 발전 등으로 인해 전장유전체/전엑솜염기서열분석은 원인을 찾기 어려운 다양한 유전질환의 원인 유전자 발굴에 크게 기여하고 있지만, 발굴된 유전자변이가 많을 경우 어떤 변이를 선택해야 하는지에 대한 정확한 여과와 선별과정과, 선정된 후보 변이가 진정한 질환의 원인임을 증명하는 방법이 쉽지 않다.
■ 본 연구는‘선천성 백내장(congenital cataract)을 포함한 다발성 뇌/골격계의 부기형(minor anomaly)’을 공유하는 환자가족의 원인유전자를 밝히고, 더 나아가 원인 후보 유전자자의 기능 연구를 통한 분자유전학적 병인기전을 확인하고자 하였다.
■ 본 연구는 임상적으로 유전적 희귀질환으로 추측되나 현재까지 정확한 진단조차 받지 못하고 있는 환자 및 가족들을 추가대상으로 선정하여 유전 분석을 진행하였다.

연구결과
■ ‘선천성 백내장을 포함한 다발성 뇌/골격계의 부기형’을 가진 총 4명의 환자들을 포함하고 있는 단일 가계에서 NGS를 이용한 전엑솜염기서열분석을 통해 원인 후보유전자인 ‘BRD4’를 발굴하였다. 발굴된‘BRD4’후보 유전자는 현재까지 인간의 희귀유진질환과 연관에 대한 보고가 없는 새로운 유전자로, 질환과의 연관성을 밝히기 위한 in vitro 기능 연구를 수행하였다. 문헌분석을 통해 백내장발생 (cataractogenesis)가 오토파지(autophagy)와의 관련성은 알려진 사실임을 확인 후, 본 연구에서는‘BRD4’가 오토파지에 미치는 영향에 대해 확인하였다. 본 연구에서‘BRD4’의 유전자 발현이 억제 되었을 때 p62와 LC3BII의 발현 양에 변화를 주는 것으로 나타났다. ‘BRD4’의 기능상실 (loss-of-function)은 렌즈 (lens)세포의 정상적인 오토파지에 영향을 미쳐서 본 연구 환자가족의 대표적인 증상인 선천성 백내장 표현형 발생에 영향을 줄 가능성을 확인하였다.
■ 추가된 총 8개의 선천성 다발성 기형을 동반하는 유전적 극희귀질환 의심 환자들 가계에서 원인 유전자 발굴을 위한 유전적 분석에서 가족이 5가족이 새로운 변이 및 유전자가 확인되었다.

연구결과의 활용계획
■ 발견된‘BRD4 유전자’는 기존에 보고가 없었던 새로운 유전질환의 발견 (novel discovery in Mendelian disease)이다. In vitro 기능연구를 통해 ‘BRD4’발현변화가 오토파지기능에 영향을 미쳐 질병 발생 기전에 관여한다는 가설을 제시하여 국제학회지에 발표하였다. 이는 선천성 백내장의 병인기전을 밝히는 중요한 기초자료가 될 것으로 기대된다. 그 외에 추가적으로 본 연구를 통하여 밝혀진 추가 희귀질환 가족에서의 새로운 원인 유전자들을 분자유전학적 기초 연구의 중요한 자산으로 국제 학술지에 개방하여 발표함으로 해당 유전자들의 후속 기능 연구들에 활용 될 수 있도록 하였다.
■ 연구는 그동안 의료에서 소외되어 온 유전적 극희귀질환 환자들의 정확한 진단을 함으로써, 환자의 상태 및 정확한 예후 예측 등을 사전에 제공하고 가족 내의 유전상담을 통하여 사회적 비용 절감 및 건강 증진에 기여할 것이다.
■ 극희귀질환의 임상정보 축적 및 분자유전학적 기전 연구가 합쳐져 가장 이상적인 임상과 기초과학의 연계연구 모델로 임상-기초 협동 연구 활성화의 본보기가 될 것이다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose& contents
■ There are currently over 6,000 types of identified genetic disorders; however, many of the causal genes remain to be revealed. Whole genome/exome sequencing (WGS/WES) using next-generation sequencing (NGS) has received the most attention as a method for discovering noble mutat

Purpose& contents
■ There are currently over 6,000 types of identified genetic disorders; however, many of the causal genes remain to be revealed. Whole genome/exome sequencing (WGS/WES) using next-generation sequencing (NGS) has received the most attention as a method for discovering noble mutations or new genes causing rare genetic disorders and has greatly contributed to the discovery of causal genes involved in genetic disorders that previously used to pose difficulties for verification.
■ The present study aimed to detect disease causing gene of a family with an autosomal dominant inheritance pattern and common complex phenotypes, including bilateral congenital cataracts, short stature, macrocephaly, and minor skeletal anomalies. we went on to verify the molecular-genetic pathogenesis of the candidate causal gene through in vitro, in vivo, and in silico functional studies.
■ We additionally analysed the genetic studies of 8 other families who were suspected of a clinically extremely rare genetic disorder but lacked an accurate diagnosis.

Result
■ In a family including 4 patients suffering from multiple minor congenital anomalies involving the brain/skeletal system and with congenital cataract, we identified a novel ‘BRD4’missense mutation as a candidate causal variant by WES. Because ‘BRD4’is novel, and no data are available on its relationship to rare genetic disorders in humans, the present study focused on an in vitro functional investigation to verify any correlations between the gene, gene defects, and the disorder. We performed cell-based experiments by ablation of endogenous BRD4 expression in human lens epithelial cells. The protein expression levels of connexin 43, p62, LC3BII, and p53 differed significantly between control cells and cells in which endogenous BRD4 expression was inhibited. We inferred that a BRD4 missense mutation was the likely disease-causing mutation in this family. Our findings may improve the molecular diagnosis of congenital cataracts and support the use of WES to clarify the genetic basis of complex diseases.
■ Five families out of 8 other families who were additionally analyzed were identified disease causing genes.

Expected Contribution
■ The ‘BRD4’is a novel gene which has not been reported previously in human rare disease. The results of the in vitro functional approach, which supported the hypothesis that changes in BRD4 expression influence its role in autophagy, thereby contributing to physiological pathogenesis, was published in an international journal. It is expected that the results of this research will provide important basic data for uncovering the pathogenetic mechanisms of congenital cataract.
■ Other disease-causing genes found in the present study were also published in an international journal and made available to the public as valuable data essential for fundamental molecular genetic research so that the genes can be investigated in follow-up functional studies.
■ Our study enabled accurate diagnosis for patients suffering from extremely rare genetic disorders that have not received much attention in the field of medicine and allowed family genetic counselling, which will contribute to the reduction of social cost and in the improvement of public health.
■ Our study is an ideal collaborative research model between clinical and basic molecular genetic research.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 6
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 7
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 8
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 9
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 9
• 8. 참고문헌 ... 9
• 9. 연구성과 ... 9
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 11
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 11
• 12. 기타사항 ... 11
• 별첨1. 대 표 연 구 성 과 ... 12
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 25
• 끝페이지 ... 36