차세대 염기서열 분석법을 이용한 혼합시료의 Y-STR 유전자형 분석

Abstract

법의유전학 분야에서 혼합시료에 대한 유전자분석은 꾸준히 연구되어 왔으나 여전히 도전이 많은 영역이다. 현재 혼합 시료의 유전자 분석은 짧은 연쇄반복(Short tandem repeat, STR)의 중합효소연쇄반응 후 모세관 전기영동(Capillary electrophoresis, CE) 분석을 통해 관찰된 peak의 수, peak의 상대적 높이에 대한 정보를 바탕으로 하고 있으나 CE 기법의 특성에 따른 한계가 있다. 대용량 염기서열을 제공하는 차세대염기서열 분석법(Next Generation Sequencing; NGS)의 등장으로 법의유전학 영역에서 CE 한계점을 어느 정도 보완하며 혼합 시료 분석에서 활용 될 것으로 기대되고 있다. 그러나 현재까지 혼합 시료 분석에 NGS 기법을 이용하는 것이 실제로 유용한지에 대한 연구도 보고 된 바가 없으며 NGS 기법을 이용하기 위한 체계 및 기준이 필요하다. 이러한 목적을 위해서 본 연구에서는 PowerPlex® Y23의 Y 염색체 짧은 연쇄반복(Y chromosomal short tandem repeat, Y-STR) 표지자 및 1개 Y 염색체 단일 염기 다형성(Y chromosome single nucleotide polymorphism, Y-SNP) 을 대상으로 하는 NGS 분석용 다중 중합효소연쇄반응 체계를 바탕으로 한국인 남성 혼합시료를 이용하여 NGS 기법의 유용성을 평가해 보았다. 두 명의 한국인 남성 혼합 시료를 15가지의 비율로 11개 세트를 제조하였으며 20명의 한국인 남성 단일 시료를 포함하여 NGS를 수행하였다. 한국인 남성 단일 시료로 획득한 NGS 자료 분석을 통해 stutter 비율 및 노이즈 비율을 조사하였다. 조사된 노이즈 및 stutter 비율은 부산물 리드를 제거하기 위한 분석적 한계치 비율 및 해석적 한계치 비율로 도입하였으며, 이를 이용하여 혼합 시료의 대립유전자형을 결정하였다. 따라서 본 연구에서는 NGS 기반 Y-STR 체계에서 혼합 시료 분석에 필요한 한계치 비율이 제시되었다. 또한 혼합 시료 내 미량 시료 분석에 있어 각 Y-STR의 민감도가 다름을 확인 하였고 대부분의 Y-STR은 1:14의 혼합 비율까지 두 시료의 대립유전자형 결정이 가능하였다. 그러나 NGS 리드 수를 이용한 혼합 비율 추정에는 한계가 있었고, PCR이 수반 된 STR의 NGS 분석에서도 STR의 stutter 생성과 미량 시료 증폭에서의 확률적 효과에 따른 영향을 고려하여 NGS 자료를 해석해야 함을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 NGS를 이용한 혼합 시료 분석에 대한 기초 자료 및 지침을 제시하여 NGS 분석을 혼합 시료 분석 적용에 대한 가능성을 보여주었다고 생각한다. 나아가 법의학 실무에서 접할 수 있는 혼합 시료 분석에 유용하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.