게놈

Nature Genetics 55권, 54~65페이지(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

복잡한 질병에 대한 유전적 연관성 신호를 중재하는 유전자와 과정을 식별하는 것은 중요한 과제입니다. 제2형 당뇨병(T2D)에 대한 많은 유전적 신호가 췌장 섬세포 기능 장애를 통해 영향을 미치기 때문에 우리는 인간 췌장 베타 세포주에서 게놈 차원의 풀링된 CRISPR 기능 상실 스크린을 수행했습니다. 우리는 베타 세포 기능의 질병 관련 판독으로 인슐린 함량의 조절을 평가하고 이 표현형에 영향을 미치는 580개의 유전자를 확인했습니다. 유전적 및 게놈 데이터와의 통합은 자가포식 수용체 CALCOCO2를 포함한 20개의 후보 T2D 효과기 전사체에 대한 실험적 지원을 제공했습니다. CALCOCO2의 손실은 왜곡된 미토콘드리아, 프로인슐린 함유 미성숙 과립의 감소, 후기 단계 자가포식 억제 시 자가포식소체의 축적과 관련이 있었습니다. CALCOCO2 유전자좌에 있는 T2D 관련 변이체의 운반자는 인슐린 분비의 변화를 추가로 나타냈습니다. 우리의 연구는 세포 스크린이 기계적 이해를 지원하고 게놈 전체 연관 연구 유전자좌에서 인과 관계 효과에 대한 증거를 제공하기 위해 기존의 다중 오믹 노력을 어떻게 강화할 수 있는지 강조합니다.

게놈 차원의 연관성 연구(GWAS)는 제2형 당뇨병(T2D) 및 관련 특성에 대한 수천 개의 강력한 연관성을 제공했지만 대부분은 규제 기능이 있는 비코딩 영역에 매핑됩니다1. 불완전한 정밀 매핑은 대부분의 GWAS 유전자좌가 단일 원인 변이가 아니라 오히려 신뢰할 수 있는 세트의 여러 변이로 매핑됨을 의미하며, 각 변이는 잠재적으로 다른 세포 상황에서 유전자 발현에 영향을 미칠 수 있습니다. 정밀 매핑 이후의 일반적인 단계에는 cis 발현 정량적 특성 유전자좌(eQTL) 공동 위치화, 단일 세포 염색질 공동 접근성 및 DNA 근접성 분석과 같은 방법을 사용하여 추정되는 원인 변이체와 조절 요소를 이들이 조절하는 유전자에 연결하는 작업이 포함됩니다2,3 ,4,5. 이러한 접근법의 한계는 세포 유형 및 상황 의존성(부적절한 세포 유형 또는 상태에서 수행된 분석은 질병 발병과 관련되지 않은 변이체-유전자 연결을 밝힐 수 있음)과 분자 다발성(관심 있는 변이체가 여러 유전자의 전사를 조절할 수 있음)입니다. cis, 원인 기록의 신원을 모호하게 함). 이러한 접근법은 후보 효과기에 대한 가설을 생성할 수 있지만 일반적으로 확실한 증거를 제공하기에는 부족합니다.

섭동 연구는 인과관계에 대한 보다 설득력 있는 증거를 제공할 수 있지만 이는 실제 모델과 질병 관련 표현형을 사용하는 경우에만 가능합니다6. 가장 강력한 증거는 인간의 유전자 및 단백질 기능 교란 결과에 대한 판독을 제공하는 질병 관련 코딩 변이에서 발생하지만 대부분의 이러한 변이의 빈도가 낮기 때문에 이러한 접근 방식이 제한됩니다2. 인간 세포 모델과 CRISPR 기반 기술은 유전자 교란의 표현형 결과에 대한 게놈 전체 프로필을 생성하고 질병 생물학을 이해하기 위한 매력적인 대안을 제공합니다6. 이러한 열망의 핵심은 세포 유형의 질병 관련성에 대한 확신입니다. 제2형 당뇨병의 경우, 생리학적 및 후생유전학적 증거 모두 질병 위험을 매개하는 데 있어 췌도의 중심 역할, 결과적으로 인슐린 생산 베타 세포의 역할을 강조합니다3,4,5,6,7. 설치류와 인간 섬 또는 베타 세포 사이의 실질적인 차이는 인간 조직과 세포주의 사용을 주장합니다8,9,10,11,12,13. 우리와 다른 사람들은 T2D GWAS 유전자좌4,7,14,15에서 후보 효과기 전사체를 식별하기 위해 유전적 및 게놈 데이터의 게놈 전체 통합을 가능하게 하는 이 핵심 인간 조직에서 대규모 전사체 및 후생유전체 자원을 생성했습니다. 이제 우리는 잘 특성화된 인간 췌장 베타 세포주 EndoC-βH1의 게놈 전체 CRISPR 기능 상실(LoF) 화면으로 이러한 리소스를 보완하여 인슐린 함량을 조절하는 유전자를 식별합니다16,17,18. 불멸의 EndoC-βH1 세포주는 세포주의 태아 및 형질전환 기원을 강조하는 독특한 특성을 갖고 있음에도 불구하고 1차 인간 베타 세포와 유사한 다중 오믹 시그니처를 표시합니다18,19. 인슐린 함량은 1차 섬에 비해 낮지만 EndoC-βH1 세포는 유사한 전기생리학적 및 분비 특성을 나타내어 시험관 내에서 베타 세포 기능을 연구하는 데 생리학적으로 관련된 모델이 됩니다.