단일 기관에서 경험한 한국인 유전성 대사질환 환자의 돌연변이 분석

우혜인 성균관대학교 의과대학원 2012 국내석사

배경: 유전성 대사질환에서 확진 방법으로서의 분자유전학적 검사의 유용성은 해당 유전자에서 질병의 원인 돌연변이의 분포에 대한 지식에 따라 좌우된다. 각 변이가 질병의 원인 돌연변이인지 다형성인지를 구별하는 것이 중요하며, 이러한 돌연변이의 분포는 인종에 따라서 매우 다양한 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구는 단일 기관의 경험을 바탕으로 한국인 환자를 대상으로 한 유전성 대사질환의 원인 돌연변이의 분포를 분석하고 새로이 발견된 변이를 보고하고자 하였다. 방법: 삼성서울병원에서 2002년 1월부터 2011년 9월까지 유전성 대사질환이 의심되어 이의 진단을 위해 분자유전학적 검사가 의뢰된 비혈연관계의 한국인 환자들을 대상으로 후향적으로 데이터가 수집되었고, 총 356명의 환자에서 분자유전학적 검사결과 및 임상적 생화학적 검사결과 자료가 수집되었다. 탄수화물 대사 장애에서는 11개의 유전자가 포함되었고, 지방산 대사 장애에서는 4개의 질환에서 5개의 유전자, 아미노산 대사 장애에서는 18개의 질환에서 20개의 유전자가 포함되었다. 리소좀 및 페록시좀 축적병에서는 25개 질환에 대해 15개의 유전자가 포함되었고, 핵산 대사 장애와 포피린 및 헴 대사 장애에서는 각각 1개의 유전자, 중금속 대사 장애에서 3개의 유전자, 호르몬 관련 대사장애에서 2개의 유전자가 포함되어, 총 58개의 유전성 대사질환의 원인 유전자가 포함되었다. 각 유전자에서 발견된 변이의 돌연변이 여부를 판단하였고, 이의 분포를 확인하였다. 결과: 191명의 환자에서 164개의 돌연변이를 284개의 대립유전자에서 발견하였다. 본 연구에서 관찰된 돌연변이의 분포를 다른 인종 및 기존 한국인에서의 보고와 비교하였을 때, 다른 인종과는 구별되는 양상을 보이는 경우가 흔하게 관찰되었다. PAH 유전자의 경우 인트론 4번 및 엑손 6, 7, 11번에서 돌연변이가 흔하게 관찰되었고, ASS1 유전자의 경우 Gly324Ser, 1128-6_1188dup67 돌연변이가 흔하게 관찰되었다. 반면, IDS 유전자의 경우 한 인종에서도 돌연변이가 매우 다양하게 존재하였다. 추가적으로 33개의 유전자에서 65개의 새로운 변이를 73개의 대립유전자에서 발견하였다. 새로운 변이가 발견된 각 개인에서 돌연변이의 존재를 확인하고, in silico analysis 및 기존 대규모 연구에서의 보고여부를 확인하여 돌연변이의 가능성을 분석하였고, 적어도 44개의 새로운 변이가 돌연변이일 가능성이 클 것으로 예측되었다. 결론: 한국인 유전성 대사질환 환자에서 돌연변이와 새로운 변이의 보고를 통하여 한국인 유전성 대사질환의 분자유전학적 특성에 대한 이해와 정보의 폭을 넓히는데 기여하였다. 본 연구의 연장으로 한국인 유전성 대사질환을 대상으로 한 돌연변이 데이터 베이스의 구축은 분자유전학적 연구 및 진단의 기초자료로 유용할 것이다.

주요우울장애 환자에서 전사체, 단백체 및 대사체 분석

우혜인 成均館大學校 2015 국내박사

배경: 주요우울장애(major depressive disorder)는 매우 흔한 신경정신질환으로 다양한 발병 기전이 제안되어 왔으나 명확한 주요우울장애의 병인은 밝혀지지 않았고, 환자의 상당수가 치료 실패로 인한 어려움을 겪지만 치료 반응을 예측할 수 있는 생체 표지자(biomarker)에 대한 임상 연구는 매우 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 전사체, 단백체 및 대사체를 포함한 다중오믹스(multi-omics) 분석을 통하여 주요우울장애의 병인을 이해하고, 항우울제에 대한 치료 반응을 예측할 수 있는 생체 표지자를 발굴하며, 항우울제 치료에 대한 체내 변화를 확인하고자 하였다. 방법: 항우울제 치료 전∙후 주요우울장애 환자 및 건강인 대조군으로부터 얻은 말초혈액 검체에서 분리한 RNA 및 혈장 시료를 이용하여 전사체, 단백체 및 대사체 분석을 시행하였다. 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(selective serotonin reuptake inhibitor, SSRI)나 non-SSRI 계열 항우울제의 하나인 mirtazapine으로 치료한 환자를 대상으로, 사용한 항우울제에 따라 SSRI 투약군 및 non-SSRI 투약군으로 분류하여 분석하였다. 환자군은 항우울제에 대한 치료 반응 여부에 따라 반응군 및 비반응군으로 나누었으며, 치료 반응은 항우울제 치료 시작 후 6주째의 HAM-D score가 치료 시작 전에 비해 50% 이상 감소하는 것으로 정의하였다. 마이크로어레이(microarray)를 이용하여 전체 유전자 발현 프로파일링(gene expression profiling)을 실시하였고, 문헌검색을 통해 선택된 134개의 단백 표지자 후보군에 대해서는 질량분석기반(mass spectrometry-based)의 단백체 분석을 시행하였으며, 또한 40종의 혈장 아미노산을 분석하였다. 다중오믹스 분석결과에 대해 주요우울장애 환자와 건강인의 비교, 반응군과 비반응군의 치료 전 검체 사이의 비교, 항우울제 치료 전과 치료 후의 비교를 실시하였고, 치료 전∙후의 비교는 항우울제 반응 여부에 따라 나누어 분석하여 반응군에서만 통계적으로 유의한 변화를 보이는 물질을 찾고자 하였다. 결과: 전사체 분석에서 총 26개의 유전자가 주요우울장애 환자와 건강인 사이에서 발현의 차이를 보였으며, 단백체 분석에서는 주요우울장애 환자에서 transthyretin의 낮은 농도가 관찰되었다. 대사체 분석에서는 총 11개의 아미노산이 주요우울장애 환자와 건강인 사이에서 차이를 보였다. 항우울제에 대한 치료 반응 예측에 이용할 수 있는 생체 표지자를 발견하기 위해 반응군과 비반응군의 치료 전 검체를 비교하였을 때, 전사체 및 단백체 분석에서는 통계적으로 유의한 차이를 보이는 물질이 발견되지 않았으나, 아미노산 분석에서 alpha-aminobutyric acid (ABA)가 비반응군에 비하여 반응군에서 더 높은 농도를 보였다. 항우울제에 의한 생체 변화를 확인하고 치료 반응과 연관이 있는 체내 물질을 확인하기 위해 SSRI 치료 전∙후 검체를 비교하였을 때, 전사체 분석에서 16개의 유전자가 항우울제 치료에 따른 변화를 보였으며, 159개의 유전자가 반응군에서만 치료 후 통계적으로 유의한 변화를 보였다. 단백체 분석에서는 유의한 변화를 보이는 물질이 관찰되지 않았으나, 대사체 분석에서 glutamic acid 및 glutamine/glutamic acid 비율이 반응군에서만 치료 후에 통계적으로 유의한 변화를 보였다. 또한, non-SSRI 치료 전∙후 검체를 비교하였을 때, 전사체 분석에서는 유의한 유전자 발현의 변화가 관찰되지 않았으나, 단백체 분석에서는 thyroxine-binding globulin(TBG), coagulation factor XI(FXI) 및 transthyretin이 치료 후 증가하였고, 이 중 TBG와 FXI은 치료 후에 반응군에서만 증가를 보였다. 결론: 본 연구에서는 다중오믹스 접근기법을 통해 주요우울장애 환자의 말초혈액에서 전사체, 단백체 및 대사체 단계의 이상 및 변화를 확인하였다. 특히 전사체, 단백체 및 대사체 연구들 사이에서 반복적으로 의미있는 표지자가 관찰된 미토콘드리아 및 에너지 대사, 갑상선 기능, 신경전달물질의 이상이 주요우울장애의 병인 및 항우울제 치료에 따른 회복과 강하게 연관되어 있을 것으로 생각된다.

용융 금속 플럭스 방법을 이용한 테트렐라이드를 포함하는 새로운 희토류 금속 화합물에 대한 연구

우혜인 충북대학교 2015 국내석사

Two title compounds, Eu3.04(4)Ca5.96In8Ge7.77(2)Sn0.23 and Eu1.01(1)Ca1.99In1.42(14)Ge2.88(2)Sn0.70(15), have been synthesized using molten In metal-flux method. These compounds are the first Sn substituted quinary derivatives of the M9In8Ge8 and the M3In2Ge3 series (M = Eu/Ca- or Sr/Ca- mixed sites), respectively. The crystal structures were characterized by both powder and single-crystal X-ray diffractions. Eu3.04(4)Ca5.96In8Ge7.77(2)Sn0.23 crystallizes in the orthorhombic space group Pmmn (Z = 2, Pearson symbol oP50) with lattice parameters of a = 36.9629 (16), b = 4.5176 (2), and c = 7.5155 (3) Å and Eu1.01(1)Ca1.99In1.42(14)Ge2.88(2)Sn0.70(15) adopts the orthorhombic space group Pnma (Z = 4, Pearson symbol oP32) with lattice parameters of a = 7.4974 (8), b = 4.4847 (4), and c = 23.819 (3) Å. The overall crystal structures of two title phases consist of anionic frameworks including the chains of edge-sharing tetrahedra, which is formed by In, Ge and partially substituted Ge for Sn, Ge2 dimers and In(or In/Sn)-Ge bent units. In particular, in Eu3.04(4)Ca5.96In8Ge7.77(2)Sn0.23, the corner-sharing trigonal prisms are connected with the chains of edge-sharing In-centered tetrahedra via Ge2 dimers and In-Ge bent units. On the other hand, in Eu1.01(1)Ca1.99In1.42(14)Ge2.88(2)Sn0.70(15), the In/Sn-Ge bent units connect with only Ge2 dimers. Tight-binding linear muffin-tin orbital (TB-LMTO) calculations are performed to investigate density of states (DOS) and crystal orbital Hamilton population (COHP) analyses. Magnetic susceptibility measurement indicates the ferromagnetic (FM) ordering of Eu atoms below 5 K with a reduced effective magnetic moment of 7.32 μB for the Eu atom of Eu1.01(1)Ca1.99In1.42(14)Ge2.88(2)Sn0.70(15). Three new quaternary polar intermetallic compounds of Eu2.94(2)Ca6.06In8Ge8, Eu3.13(2)Ca5.87In8Ge8, and Sr3.23(3)Ca5.77In8Ge8 have been synthesized by a metal-flux method using molten indium metal as a reactive flux, and the novel isotypic crystal structures have been characterized by both powder and single-crystal X-ray diffractions. All compounds crystallize in the orthorhombic space group Pmmn (Z = 2, Pearson symbol oP50) with 14 crystallographically unique atomic positions in the asymmetric unit. The lattice parameters are refined as follows: a = 36.928(2) Å, b = 4.511(1) Å, and c = 7.506(1) Å for Eu2.94(2)Ca6.06In8Ge8, a = 37.171(19) Å, b = 4.531(2) Å, and c = 7.560(4) Å for Eu3.13(2)Ca5.87In8Ge8 and a = 37.350(2) Å, b = 4.550(3) Å, and c = 7.593(4) Å for Sr3.23(3)Ca5.77In8Ge8. In particular, single crystals of two Eu-containing compounds are obtained as bundles of bar/needle-shaped crystals, and the thicknesses of those crystals can be controlled in the range between ca. 300 μm and ca. < 10 μm by adjusting several reaction conditions, including the reaction cooling rate and the centrifugation temperature. The overall crystal structure is illustrated as an assembly of (1) the three-dimensional anionic framework, which is formed by the chains of edge-sharing InGe4 tetrahedra and the annulene-like “12-membered anionic rings” connected via Ge2 dimers, and (2) the cationic mixed sites embedded in the space between the anionic frameworks. Theoretical investigations based on tight-binding linear muffin-tin orbital (TB-LMTO) calculations provide a comprehesive understanding of the overall electronic structure and chemical bonding observed among anionic components and between anions and cations. Electron localization function (ELF) and electron density map present chemical bond strengths and polarization within the anionic framework. Magnetic susceptibility measurement proves an antiferromagnetic (AFM) ordering of Eu atoms below 4 K with a reduced effective magnetic moment of 7.12 μB for the Eu atom. Three novel quaternary polar intermetallic compounds and two quinary derivatives of the M9In8Ge8 and M3In2Ge3 series were synthesized using the molten indium metal-flux method, and their crystal structures were characterized by both powder and single crystal X-ray diffraction analyses. Chapter 1 is about three novel polar intermetallic compounds Eu2.94(2)Ca6.06In8Ge8, Eu3.13(2)Ca5.87In8Ge8, and Sr3.23(3)Ca5.87In8Ge8. All compounds crystallized in the orthorhombic novel crystal structure (space group Pmmn, Z = 2) with 14 crystallographically unique atomic positions in the asymmetric unit. Chapter 2 is about two quinary derivatives including Sn substitution in both of the M9In8Ge8 and M3In2Ge3 series. They are the first variants which contain Sn in the M9In8Ge8 and M3In2Ge3 series (M = Eu/Ca- or Sr/Ca- mixed sites). Both Eu3.04(4)Ca5.96In8Ge7.77(2)Sn0.23 and Eu1.01(1)Ca1.99In1.42(14)Ge2.88(1)Sn0.70(15) crystallized in the orthorhombic structure (space group Pmmn, Z = 2 and space group Pnma, Z = 4, respectively). Theoretical investigations using tight-binding linear muffin-tin orbital (TB-LMTO) calculations, and magnetic susceptibility measurements were performed for all compounds. The results of these investigations provide comprehensive understandings about the electronic structures, chemical bondings, and magnetic property. In addition, the size control of single-crystal for the ternary M9In8Ge8 series was carried out by adjusting several reaction conditions.