국가연구개발성과

연구보고서
오가노이드를 활용한 단일 세포 수준의 eQTL 데이터베이스 구축 및 질병 연관 유전체 변이 규명 (Establishment of single cell level eQTL database using organoid model and identification of genome variations associated with human diseases)

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등록번호 TRKO202500007935 발행년월 2023-03
발행기관명 서울대학교 발행국가/사용언어 대한민국 /국문
발주기관 한국연구재단 과제관리(전문)기관 한국연구재단
키워드 성체줄기세포;오가노이드;단일세포 전사체;단일세포 eQTL;데이터베이스;
adult stemcell;organoid;single cell transcriptome;single cell eQTL;database;
초록
□ 연구개요
위, 폐 등의 정상 조직에 대한 사람 유래 오가노이드 은행을 제작하고, 오가노이드에 대한 단일 세포 전사체 분석을 시행하여 세포 단위의 eQTL 데이터베이스를 제작함. 보유중인 전장 유전체 정보와 GWAS 정보를 통합하여 다양한 형질 및 질환과 연관된 원인 변이를 발굴하고, 오가노이드에서 유전자 조작을 통해 원인 변이를 검증함.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 위, 폐 등의 정상 조직에서 사람 유래 오가노이드 은행 제작
- 모두 동일한 조건의 통제된 환경에서 키운 사람 유래 유전체 다양성 오가노이드 은행 (genomic diversity organoid bank)을 각 조직당 75례 구축: 폐83례, 위 87례 구축
2. 오가노이드 전사체 및 SNP 어레이를 통한 eQTL 데이터베이스 구축
- 조직 고유의 체세포성 돌연변이의 존재를 감안하여, 각 조직에 대한 SNP 어레이 분석을 진행: 폐 84건, 위 81건 SNP 어레이 데이터 생산
- 벌크 전사체 및 단일세포 전사체를 통한 단일 세포 단위의 eQTL 데이터베이스 구축: 단일세포 전사체 데이터 폐 89건, 위 148건 생산, 폐와 위에 대한 단일 세포 단위의 eQTL 데이터베이스 (OSCA.snu.ac.kr) 구축
3. 이미 구축된 폐 오가노이드를 활용하여 SARS-CoV-2 바이러스의 감염 기전을 폐 오가노이드 및 단일 세포 전사체를 통해 연구
- 10례 이상의 폐 오가노이드에 SARS-CoV-2 바이러스 감염 후 단일세포 전사체 분석 수행: 6 종류의 바이러스 감염에 대한 131건의 오가노이드 데이터생산
4. 고밀도 imputation 패널, eQTL, GWAS 정보의 융합을 통한 원인 변이 발견 및 검증
- 5천여명의 전장 유전체를 통해 제작한 동아시아인 특이적 패널과 eQTL, GWAS 데이터를 통합하여 원인 변이 발견: 14,393명에 대한 임퓨테이션 패널 제작, 한국인 72,298 명의 GWAS 분석 및 정밀 맵핑
- 변이를 보유하는 오가노이드에 CRISPR 기술을 통한 유전자 조작을 통해 원인 변이를 검증: EMSA, reporter assay, CRISPR 등 다양한 검증 방법을 확립

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 최초의 사람 실질 장기에 대한 단일 세포 수준의 전사체 데이터베이스 제작
- 최초의 동양인 중심의 전사체 데이터베이스 제작
- 이 연구를 통해서 질환과의 연관성이 검증된 유전체 변이를 발굴함으로써, 질환의 예측, 예방, 진단 및 치료에 활용가능함
- 유전체학, 집단유전학, 분자생물학 등 다양한 연구 분야를 골고루 접목한 연구를 통해, 취약한 국내 전문가 풀을 보완할 수 있는 인재를 육성할 수 있음
- 이 연구를 통해서, 국내에서 자체적으로 생산한 대량의 유전자 정보를 확보하고, 국내 전문가가 부족한 상황에서 genomics 관련 분야의 정보와 기술을 확보할 수 있음
- 이 연구의 결과물은 향후, 제약, pharmacogenomics, genetic consulting, proteogenomics 의료 등등의 잠재적인 BT 시장을 확보할 수 있는 중요한 인프라가 될 수 있음

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

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