뇌영역 의존성 알츠하이머병 위험유전자의 선택적 스플라이싱(Alternative splicing)과 알츠하이머병 신경병리소견의 연관성 연구

Abstract

알츠하이머병은 매우 복잡한 뇌 질환으로, 아밀로이드-베타 플라크 및 타우 신경섬유덩어리 축적과 같은 신경병리학적 소견이 나타난다. 뇌는 선택적 스플라이싱 조절의 영향을 많이 받는 조직이며, 선택적 스플라이싱의 비정상적 조절이 질병의 유발 및 진행속도에 영향을 미치기도 한다. 뇌 부위에 따라 다른 패턴으로 일어나는 선택적 스플라이싱에 의해, 알츠하이머병의 중증도와 질병의 진행 속도가 다르게 나타날 수 있는데, 그 메커니즘은 아직 명확하게 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 알츠하이머병 환자의 여러 뇌 부위에서 일어나는 선택적 스플라이싱 중 엑손스키핑(exon skipping)을 집중으로 분석하여, 알츠하이머병의 병리학적 소견과 어떤 연관성이 있는지 연구하였다. 본 연구는 Mount Sinai Brain Bank(MSBB) 프로젝트에서 알츠하이머병 환자의 두 가지 뇌 부위(전두엽 및 측두엽)의 RNA 염기서열 데이터를 얻어 분석에 사용하였다. 리드는 STAR aligner를 사용하여 hg19 참조 유전체에 매핑하였고, rMAT을 사용하여 엑손스키핑(exon skipping) 비율을 PSI (percent spliced in) 값으로 계산하였다. 다중 GWAS에 의해 알려져 있는 알츠하이머병 위험유전자를 중심으로 분석을 진행하였고, 다중선형회귀분석을 수행하여 각 뇌 부위별로 엑손의 PSI값과 알츠하이머병의 신경병리학적 특징인 Braak 분류체계와 플라그밀도평균(Plaque density mean) 간의 연관성을 평가하였다. 또한, 전장유전체분석 (whole-genome sequencing, WGS) 데이터와 RNA-seq 데이터를 통합하여, 엑손스키핑이 발생하는 엑손의 유전조절자(유전변이, 단일염기다형성; SNP)를 찾았다. 본 연구에서는 알츠하이머병 환자의 전두엽과 측두엽에서 각각 Braak 분류체계와 연관된 26개와 41개의 엑손스키핑 이벤트, 그리고 플라그밀도평균과 연관된 10개, 50개의 엑손스키핑 이벤트를 확인하였고, 해당 유전자의 기능에 따라 엑손의 PSI 값과 알츠하이머병의 병리학적소견의 연관성이 양의 상관관계인지 음의 상관관계인지 여부는 다르게 나타났다. 특히, 10개의 이벤트는 전두엽에서만 엑손스키핑이 나타났고(예: CLU와 NTRK2 등), 65개의 이벤트는 측두엽에서만 엑손스키핑이 나타났다(예: HIF1A와 TRPC4AP 등). 또한 알츠하이머병과 연관성이 있는 축삭생성(axonogenesis) 기능을 하는 APP 유전자를 비롯하여, 전두엽과 측두엽에서 공통적으로 유의미한 26개의 엑손스키핑 이벤트가 일어났다. 또한, 총 44개의 엑손스키핑 이벤트와 통계적으로 유의미한 418개의 유전변이(유전조절자)를 찾았다. 마지막으로, 본 연구는 알츠하이머병 발병에 중요한 역할을 하는 APP 유전자의 체계적인 분석을 통해, APP 유전자의 엑손스키핑 조절이 알츠하이머병을 일으키고 질병의 중증도를 증가시킴을 확인하였다. 본 연구는 알츠하이머병 위험유전자가 뇌 부위별로 다른 선택적 스플라이싱 양상을 보이며, 이는 알츠하이머병 발병과 진행에 영향을 미칠 수 있다는 점을 제시한다. 이를 토대로 알츠하이머병의 치료 대상과 뇌 부위별 생물학적 마커에 대한 가능성을 제시한다.