이 연구에서는 Alzheimer’s Disease (AD)를 연구하기 위해 Tau 병리 모델인 rTg4510 mouse*에 Long Read RNA Sequencing과 Short Read RNA Sequencing을 동시에 수행했습니다.
* Tau 병리 모델 rTg4510 mouse
Tau 병리 모델인 rTg4510 mouse는 Tau 단백질의 비정상적 축적이 신경퇴행성 질환을 어떻게 유발하는지를 연구하는 데 널리 사용됩니다. Tau 단백질은 원래 신경세포 내 미세소관의 안정성을 유지하는 중요한 역할을 하지만, Alzheimer’s Disease(AD)에서는 비정상적으로 변형되어 서로 엉키게 되고, 신경섬유 엉킴(neurofibrillary tangles)을 형성합니다. 이로 인해 신경세포가 손상되고 사멸하며, 기억력 감퇴와 인지 기능 저하를 초래하는 것으로 알려져 있습니다.
연구 결과, rTg4510 mouse에서 수백 개의 새로운 Isoform이 발견되었고, Tau 병리의 발달과 관련된 차등 발현 전사체들이 확인되었습니다. 그 중 Gfap 유전자*가 Tau 병리 진행과 관련된 중요한 Isoform 발현 유전자로 나타났습니다.
* Gfap은 뇌 병리 및 신경 퇴행성 질환에 대한 반응으로 astrocytes(성상교세포)에서 높게 발현되고 반응성 astrocytes(성상교세포)에서 상향 조절된다고 알려져 있습니다.
그림2.. Gfap 유전자에 대한 Normalized Counts 값
Long Read RNA Sequencing (= Iso-Seq) 좌측, Short Read RNA Sequencing (Long Read RNA Sequencing 으로 만든 Reference에 Short Read를 맵핑하는 hybrid 방식) 우측
Long Read RNA Sequencing과 Short Read RNA Sequencing 모두 유전자 수준에서 그림2.와 같이 Gfap 유전자에 대한 발현값이 시간(노화)에 따라 증가하는 것을 확인하였습니다.
그림3. Tau 병리의 진행과 관련된 Gfap의 최상위 차등 발현 Isoform 모식도 좌측, SQANTI (Structural and Quality Annotation of Novel Transcript Isoforms) 분류 체계에 따른 Isoform의 구조적 특징 분류 우측
그림4. Tau 병리의 진행과 관련된 최상위 차등 발현 Gfap 전사체의 발현
Long Read RNA Sequencing (= Iso-Seq) 좌측, Short Read RNA Sequencing (Long Read RNA Sequencing 으로 만든 Reference에 Short Read를 맵핑하는 hybrid 방식) 우측
가장 풍부하게 발현되는 Gfap의 Isoform 모식도는 그림3.과 같습니다. 그림4.의 좌측에서 Gfap Isoform 중 LR.Gfap.16이 시간에 흐름에 따라 증가하는 것을 Long Read RNA Sequencing을 통해 확인했습니다. 반면, 그림4.의 우측 Short Read RNA Sequencing 방식 에서는 LR.Gfap.16외의 LR.Gfap.23, LR.Gfap.27, LR.Gfap.33 이 증가한다고 확인했습니다.
그림5. LR.Gfap.16과 완벽한 상동성(Perfect-homology)을 보이는 LR.Gfap.33, LR.Gfap.27, LR.Gfap.23
두 방식에서 Isoform 수준의 발현 차이가 큰 것을 확인하였는데요. 이는 Short Read RNA Sequencing Isoform 연구의 한계점이라고 볼 수 있습니다. 그림 4.의 우측에서 증가한 LR.Gfap.23, LR.Gfap.27, LR.Gfap.33은 그림 5.에서 보이는 것처럼 LR.Gfap.16과 완벽한 상동성(Perfect-homology)을 가지기 때문에, LR.Gfap.16 대신 증가한 것으로 잘못 해석될 가능성이 있습니다. 이에 비해 Long Read RNA Sequencing은 그림 4.의 좌측 결과와 같이 LR.Gfap.16 만이 시간에 흐름에 따라 증가하는 것을 정확히 포착했습니다. 이 결과는 Long Read RNA Sequencing을 활용한 Isoform 연구가 Alzheimer’s Disease(AD)의 병리학적 메커니즘에 어떻게 기여하는지를 정확히 이해하는 데 중요한 연구 의의를 가집니다.
이번 2024년 8월에 발표된 Nature 연구를 통해 Long Read RNA Sequencing의 중요성과 그에 따른 연구 수요 및 트렌드를 다시 한 번 확인할 수 있었습니다.
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