SNP 배열

SNP array
참고 항목: DNA 마이크로 어레이 및 SNP 유전자형 검사

분자생물학에서 SNP배열은 DNA 미세배열의 일종으로, 모집단 내의 다형성을 검출하는 데 사용된다. 단일 뉴클레오티드 다형성(SNP)은 DNA의 단일 부위에서 일어나는 변화로 게놈에서 가장 빈번한 변이 유형이다. 약 3억 3천 5백만 개의 SNP가 인간 게놈에서 확인되었으며,[1] 이 중 1500만 개는 전 세계 다른 모집단에 걸쳐 1% 이상의 주파수로 존재한다.[2]

원칙

SNP 어레이의 기본 원리는 DNA 마이크로 어레이와 동일하다. 이것들은 DNA 혼합, 형광 현미경, 그리고 단단한 표면 DNA 포획의 융합이다. SNP 어레이의 세 가지 필수 구성 요소는 다음과 같다.[3]

  1. 고정된 알레르 특정 올리고뉴클레오티드(ASO) 프로브가 들어 있는 배열.
  2. 형광 염료로 라벨을 표시한 대상의 조각난 핵산 시퀀스.
  3. 하이브리드화 신호를 기록하고 해석하는 검출 시스템.

AOSO 탐침은 종종 개인 대표 패널의 시퀀스에 기초하여 선택된다: 특정 주파수에서 패널에 차이가 있는 것으로 확인된 위치가 탐침의 기초로 사용된다. SNP 칩은 일반적으로 분석하는 SNP 위치 수로 설명된다. 각 SNP 위치에 두 개의 프로브를 사용하여 두 개의 알레르기를 검출해야 한다. 한 개의 프로브만 사용한 경우, 실험 실패는 비프로브 알레르기의 동질성과 구별할 수 없다.[4]

적용들

T47D 유방암 세포 라인에 대한 DNA 복사 번호 프로파일(Affymetrix SNP Array)
T47D 유방암 세포 라인에 대한 LOH 프로필(Affymetrix SNP 어레이)

SNP 배열은 전체 게놈들 사이의 약간의 변화를 연구하는 데 유용한 도구다. SNP 어레이의 가장 중요한 임상 애플리케이션은 질병 민감도를[5] 결정하고 개인용으로 특별히 설계된 약물 치료의 효능을 측정하는 것이다.[6] 연구에서 SNP 배열은 게놈 전체 연관 연구에 가장 많이 사용된다.[7] 각 개인은 많은 SNP를 가지고 있다. SNP 기반의 유전자 연계 분석을 통해 질병의 위치를 파악하고, 개인의 질병 감수성 유전자를 결정할 수 있다. SNP 맵과 고밀도 SNP 어레이의 결합을 통해 SNP를 복잡한 형질을 가진 유전질환의 표지로 활용할 수 있다. 예를 들어, 유전체 전체 연관성 연구는 류마티스 관절염,[8] 전립선암과 같은 질병과 관련된 SNP를 식별했다.[9] SNP 배열을 사용하면 배열에 있는 각 SNP의 복사 번호를 결정하는 소프트웨어를 사용하여 가상 카리오형을 생성한 다음 염색체 순서로 SNP를 정렬할 수 있다.[10]

SNP는 또한 암의 유전적 이상을 연구하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어 SNP 어레이를 사용하여 이질화 손실(LOH)을 연구할 수 있다. LOH는 한 유전자의 알레르기가 유해한 방식으로 변이되고 정상적으로 작용하는 알레르기가 상실될 때 발생한다. LOH는 일반적으로 종양 발생에서 발생한다. 예를 들어, 종양 억제기 유전자는 암이 발병하는 것을 막는데 도움을 준다. 만약 어떤 사람이 종양 억제기 유전자의 돌연변이 및 기능장애를 일으키는 복제본을 한 개 가지고 있고 그 유전자의 두 번째 기능적 복제본이 손상된다면, 그들은 암에 걸릴 가능성이 더 높아질 수 있다.[11]

비교 게놈 혼합과 같은 다른 칩 기반 방법은 LOH로 이어지는 유전학적 손익이나 삭제를 탐지할 수 있지만, 복사 중립 LOH(단일 유전체 절연 또는 유전자 변환이라고도 함)를 탐지할 수 있다는 추가적인 장점이 있다. 카피중립 LOH는 알레르기의 불균형의 한 형태다. 복사중립 LOH에서는 부모로부터 온 하나의 알레르기나 전체 염색체가 없어진다. 이 문제는 다른 부모들의 불평을 중복되게 한다. 복사 중립 LOH는 병적인 것일 수 있다. 예를 들어 어머니의 알레르기가 야생형이고 완전히 기능하며, 아버지의 알레르기가 변이된다고 하자. 산모의 알레르기가 없어지고 아이가 아빠의 돌연변이 알레르기를 두 부씩 복사하면 질병이 발생할 수 있다.

고밀도 SNP 배열을 통해 과학자들이 알레르기의 불균형 패턴을 식별할 수 있다. 이러한 연구들은 잠재적인 예측과 진단 용도를 가지고 있다. LOH는 많은 인간 암에서 매우 흔하기 때문에 SNP 어레이는 암 진단에서 큰 잠재력을 가지고 있다. 예를 들어, 최근의 SNP 어레이 연구에서는 위암, 간암과 같은 고형 종양도 혈액형 악성종양, ALL, MDS, CML 등과 같은 비고형 악성종양과 마찬가지로 LOH를 보인다는 것이 밝혀졌다. 이러한 연구는 이러한 질병들이 어떻게 발전하는지에 대한 통찰력과 그들을 위한 치료법을 만드는 방법에 대한 정보를 제공할 수 있다.[12]

SNP 어레이의 출현으로 많은 동식물의 종에서 번식하는 것이 혁명화되었다. SNP 배열 데이터를 바탕으로 개인 간 관계를 통합해 유전적 공적을 예측하는 방식이다.[13] 이 과정은 유전체 선택이라고 알려져 있다. 농작물별 배열은 농업에서 사용된다.[14][15]

참조

  1. ^ "dbSNP Summary". www.ncbi.nlm.nih.gov. Retrieved 4 October 2017.
  2. ^ The 1000 Genomes Project Consortium (2010). "A map of human genome variation from population-scale sequencing". Nature. 467 (7319): 1061–1073. Bibcode:2010Natur.467.1061T. doi:10.1038/nature09534. ISSN 0028-0836. PMC 3042601. PMID 20981092.
  3. ^ LaFramboise, T. (1 July 2009). "Single nucleotide polymorphism arrays: a decade of biological, computational and technological advances". Nucleic Acids Research. 37 (13): 4181–4193. doi:10.1093/nar/gkp552. PMC 2715261. PMID 19570852.
  4. ^ Rapley, Ralph; Harbron, Stuart (2004). Molecular analysis and genome discovery. Chichester [u.a.]: Wiley. ISBN 978-0-471-49919-0.
  5. ^ Schaaf, Christian P.; Wiszniewska, Joanna; Beaudet, Arthur L. (22 September 2011). "Copy Number and SNP Arrays in Clinical Diagnostics". Annual Review of Genomics and Human Genetics. 12 (1): 25–51. doi:10.1146/annurev-genom-092010-110715. PMID 21801020.
  6. ^ Alwi, Zilfalil Bin (2005). "The Use of SNPs in Pharmacogenomics Studies". The Malaysian Journal of Medical Sciences. 12 (2): 4–12. ISSN 1394-195X. PMC 3349395. PMID 22605952.
  7. ^ The International HapMap Consortium (2003). "The International HapMap Project" (PDF). Nature. 426 (6968): 789–796. Bibcode:2003Natur.426..789G. doi:10.1038/nature02168. hdl:2027.42/62838. ISSN 0028-0836. PMID 14685227. S2CID 4387110.
  8. ^ Walsh, Alice M.; Whitaker, John W.; Huang, C. Chris; Cherkas, Yauheniya; Lamberth, Sarah L.; Brodmerkel, Carrie; Curran, Mark E.; Dobrin, Radu (30 April 2016). "Integrative genomic deconvolution of rheumatoid arthritis GWAS loci into gene and cell type associations". Genome Biology. 17 (1): 79. doi:10.1186/s13059-016-0948-6. PMC 4853861. PMID 27140173.
  9. ^ Amin Al Olama, A.; et al. (November 2010). "The genetics of type 2 diabetes: what have we learned from GWAS?". Annals of the New York Academy of Sciences. 1212 (1): 59–77. Bibcode:2010NYASA1212...59B. doi:10.1111/j.1749-6632.2010.05838.x. PMC 3057517. PMID 21091714.
  10. ^ Sato-Otsubo, Aiko; Sanada, Masashi; Ogawa, Seishi (February 2012). "Single-Nucleotide Polymorphism Array Karyotyping in Clinical Practice: Where, When, and How?". Seminars in Oncology. 39 (1): 13–25. doi:10.1053/j.seminoncol.2011.11.010. PMID 22289488.
  11. ^ Zheng, Hai-Tao (2005). "Loss of heterozygosity analyzed by single nucleotide polymorphism array in cancer". World Journal of Gastroenterology. 11 (43): 6740–4. doi:10.3748/wjg.v11.i43.6740. PMC 4725022. PMID 16425377.
  12. ^ Mao, Xueying; Young, Bryan D; Lu, Yong-Jie (2007). "The Application of Single Nucleotide Polymorphism Microarrays in Cancer Research". Current Genomics. 8 (4): 219–228. doi:10.2174/138920207781386924. ISSN 1389-2029. PMC 2430687. PMID 18645599.
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  14. ^ Hulse-Kemp, Amanda M; Lemm, Jana; Plieske, Joerg; Ashrafi, Hamid; Buyyarapu, Ramesh; Fang, David D; Frelichowski, James; Giband, Marc; Hague, Steve; Hinze, Lori L; Kochan, Kelli J; Riggs, Penny K; Scheffler, Jodi A; Udall, Joshua A; Ulloa, Mauricio; Wang, Shirley S; Zhu, Qian-Hao; Bag, Sumit K; Bhardwaj, Archana; Burke, John J; Byers, Robert L; Claverie, Michel; Gore, Michael A; Harker, David B; Islam, Mohammad Sariful; Jenkins, Johnie N; Jones, Don C; Lacape, Jean-Marc; Llewellyn, Danny J; Percy, Richard G; Pepper, Alan E; Poland, Jesse A; Mohan Rai, Krishan; Sawant, Samir V; Singh, Sunil Kumar; Spriggs, Andrew; Taylor, Jen M; Wang, Fei; Yourstone, Scott M; Zheng, Xiuting; Lawley, Cindy T; Ganal, Martin W; Van Deynze, Allen; Wilson, Iain W; Stelly, David M (2015-06-01). "Development of a 63K SNP Array for Cotton and High-Density Mapping of Intraspecific and Interspecific Populations of Gossypium spp". G3: Genes, Genomes, Genetics. Genetics Society of America (OUP). 5 (6): 1187–1209. doi:10.1534/g3.115.018416. ISSN 2160-1836. PMC 4478548. S2CID 11590488.
  15. ^ Rasheed, Awais; Hao, Yuanfeng; Xia, Xianchun; Khan, Awais; Xu, Yunbi; Varshney, Rajeev K.; He, Zhonghu (2017). "Crop Breeding Chips and Genotyping Platforms: Progress, Challenges, and Perspectives". Molecular Plant. Chin Acad Sci+Chin Soc Plant Bio+Shanghai Inst Bio Sci (Elsevier). 10 (8): 1047–1064. doi:10.1016/j.molp.2017.06.008. ISSN 1674-2052. PMID 28669791. S2CID 33780984.

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