한국인 아버지-아들 쌍에서 17개 Y-STR 유전좌의 돌연변이 분석

Abstract

[한글]

Y 염색체에 위치한 STRs(Y-STRs)은 친족 관계에 있는 남성 간 혈연관계를 확인하는데 유용하지만, 가계도 및 친자검사에서 유전적 프로파일을 정확하게 해석하기 위해서는, 생물학적으로 아버지와 아들임이 확인된 부자(父子)로 이루어진 여러 쌍을 직접적으로 분석함으로써 유전자 간 혹은 특정 유전자에 존재하는 돌연변이의 믿을 만한 추정치를 구하는 것이 매우 중요하다. 한국에서는 그간 Y-STR을 대상으로 하는 여러 가지 다중중합효소연쇄반응(multiplex PCR)에 관한 연구가 행해져왔으나, Y-STR 유전좌에서의 돌연변이에 관한 연구는 지금껏 보고된 바가 없다. 이에 본 연구에서는 한국인에서 Y-STRs 유전좌 및 각 유전좌 내 대립유전자에 특이한 돌연변이율을 구하고, 통계적인 방법으로 다른 민족들과의 차이점을 비교하고자, 17개의 Y-STRs 유전좌(DYS19, DYS385a/b, DYS389-I, DYS389-II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS438, DYS439, DYS437, DYS448, DYS456, DYS458, DYS635 (Y GATA C4), Y GATA H4)에 대한 분석을 시행하였다.아버지와 아들 관계임이 확인 된 355 가족 중 아버지를 대상으로 두 개의 mutiplex PCR (multiplex I, multiplex II) 체계를 통하여 17개의 Y-STRs 유전좌를 분석하였다. Minimal haplotype인 9개(DYS19, DYS385a/b, DYS389-I, DYS389-II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393)의 유전좌로 구성되어진 multiplex I으로 분석한 결과 275개의 haplotype이 관찰되었고, haplotype diversity는 0.9972였으며, 각 유전좌의 평균 gene diversity는 0.6634이었다. 나머지 8개(DYS438, DYS439, DYS437, DYS448, DYS456, DYS458, DYS635 (Y GATA C4), Y GATA H4)의 유전좌로 구성된 multiplex II도 275개의 haplotype이 관찰되었고, haplotype diversity는 0.9971이었으며, 평균 gene diversity는 0.6314로 multiplex I과 유사한 값을 나타내었다. 반면, 전체 17개 Y-STRs 유전좌(multiplex I+II)의 haplotype은 338개로 각각의 multiplex에 비해 그 수가 현저히 증가한 것을 볼 수 있었고, haplotype diversity 역시 0.9996으로 증가한 것을 볼 수 있었다.17개 Y-STRs 유전좌에서의 돌연변이는, 앞서 설명한 355명의 아버지와 그 아들의 쌍에 이란성 쌍둥이 아들 3명과 아들이 두 명 있는 7가족의 아들 7명을 포함하는 전체 365 부자 쌍으로부터 분석하였다. 6205번의 유전자 전달과정에서 21개의 돌연변이가 12개 STR 유전좌(DYS19, DYS385a/b, DYS389-I, DYS389-II, DYS390, DYS393, DYS439, DYS437, DYS456, DYS458, DYS635 (Y GATA C4), Y GATA H4)에서 발견되었으며 이것은 0.34%/감수분열(95% C.I. 0.21～0.52%)의 돌연변이율을 나타내었다. 한국인에서의 돌연변이율은 일본, 독일, 노르웨이 및 브라질에서 제시한 돌연변이율과 통계적으로 유의한 차이(P>0.05)를 보이지 않았다. 또한, multiplex I에 포함된 minimal haplotype에 해당하는 유전좌에 비해, multiplex II의 새로운 유전좌들, 특히 DYS458과 DYS635 (Y GATA C4)에서는 각각 3개의 돌연변이가 관찰됨으로써 상대적으로 돌연변이 발생빈도가 높은 것으로 나타났다. 발견된 돌연변이는 모두 반복단위가 하나씩 증가하거나 감소하는 경향을 나타내었으며, 이것은 slipped-strand mispairing 기작에 의한 결과라고 추정된다.본 연구를 통하여 제시된 17개의 Y-STR에 대한 한국인에서의 haplotype과 돌연변이율은 향후 Y-STR을 포함한 유전적 프로파일을 대상으로 하는 법의학적 분석 및 집단유전학적 연구를 수행하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.

[영문]Short tandem repeats markers on the Y chromosome (Y-STRs) have proved to be a valuable tool in male sibship analysis. Precise estimates of mutation rates at Y-STRs loci provide an important basis for the correct interpretation of paternity tests using Y-STRs. Although several data on multiplex PCR analyses for Y-STRs have been reported in Korean population, Y-STR mutation study has never been performed. In this study, we analyzed 17 Y-STRs loci (DYS19, DYS385a/b, DYS389-I, DYS389-II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393, DYS438, DYS439, DYS437, DYS448, DYS456, DYS458, DYS635 (Y GATA C4), Y GATA H4) in 355 Korean father/son pairs of confirmed paternity with two multiplex PCR systems (multiplex I and multiplex II). A total of 275 different haplotypes were identified with a haplotype diversity value of 0.9972 in the multiplex I system which includes minimal haplotype of 9 Y-STR loci (DYS19, DYS385a/b, DYS389-I, DYS389-II, DYS390, DYS391, DYS392, DYS393). Same number of different haplotypes was identified with a haplotype diversity value of 0.9971 in the multiplex II system which includes 8 Y-STR loci (DYS438, DYS439, DYS437, DYS448, DYS456, DYS458, DYS635(Y GATA C4), Y GATA H4). On the other hand, multiplex I+II PCR system using 17 Y-STR loci listed 338 haplotypes with a haplotype diversity value of 0.9972.To analyze mutation at 17 Y-STR loci, we analyzed a total of 365 father/son pairs. We identified 21 cases of mutation among 6205 allelic transfer at 12 Y-STR loci (DYS19, DYS385a/b, DYS389-I, DYS389-II, DYS390, DYS393, DYS439, DYS437, DYS456, DYS458, DYS635(Y GATA C4), Y GATA H4), which correspond to 0.34%/meiosis (95% C.I. 0.21～0.52%) mutation rate. The mutation rate did not show any statistically significant difference (P>0.05) compared with published data from Japan, Germany and Norway. In addition, newly developed loci, especially DYS458 and DYS635 (Y GATA C4), demonstrated a relatively higher mutation rate than minimal haplotype loci. The mutations occurred in either one step gain or one step loss pattern, and this result was inferred by slipped-strand mispairing mechanism.These results on the haplotype and mutation patterns at 17 Y-STR loci in Koreans are expected to provide a valuable information for both forensic paternity tests and the study of population genetics using Y-STR genetic profiling.