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알츠하이머병에서의 단일 세포 시퀀싱을 활용한 연구 동향

◈ 목차

1. 서론

2. 본론

2.1. 단일 세포 시퀀싱 기술이 발견한 AD 관련 세포: 질병 관련 미세아교세포(diseaseassociated microglia, DAM)

2.2. AD 에서의 멀티오믹스(multi-omics) 분석

2.3. AD 에서의 공간 전사체학(spatial transcriptomics) 분석

3. 결론

4. 참고문헌

◈본문

요약문

알츠하이머병(Alzheimer’s disease, AD)은 뇌의 신경세포가 손상되어 기억력 감퇴, 언어 장애, 판단력 저하, 행동 이상 등의 증상을 일으키는 퇴행성 뇌질환이다. 그동안 AD의 원인과 치료제 타깃을 찾기 위해 차세대 염기서열 분석(next generation sequencing, NGS) 기술이 사용되어 왔으며, 이를 통해 질병의 근본적인 유전적 메커니즘을 이해하는데 상당한 진전이 있었다. 더불어 단일 세포 시퀀싱(single-cell sequencing) 기술의 발전은 AD에 관련된 뇌세포 유형을 식별하고 오믹스 수준에서 이들의 상호작용에 대한 분석을 가능하게 하면서 AD 환자의 뇌에서 일어나는 복잡한 유전자 간 및 세포 간 네트워크에 대한 고해상도 뷰를 제공할 수 있게 되었다. 본 리포트에서는 AD 연구에서 단일 세포 시퀀싱 기술을 접목한 연구 동향을 살펴보고, 앞으로의 AD 연구와 치료제 개발에 있어서 고려되어야 할 부분에 대해 논의해 보고자 한다.

1. 서론

보건복지부 치매 현황 통계자료에 따르면 2022년 기준 국내 65세 이상 노인 인구 897만 명 중 7.9%가 AD 진단을 받은 것으로 나타났다 [1]. 우리 주변에서 AD 환자를 많이 접할 수 있게 되었고, 국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 치매 환자 수가 증가하는 추세이며, AD 환자 또한 증가하고 있다. AD 환자 수가 증가하는 만큼 치료법, 조기 진단에 대한 수요도 커졌지만, 아직 AD의 원인에 대한 많은 의문이 해결되지 않았으며, 현재 개발 중인 치료제들은 인지 기능 저하 속도를 늦추는 효과를 보이지만 회복시킬 수 있는지에 대해서는 대답하기 어려워 보인다.

다행히도 ‘우리가 아직 찾지 못한 AD의 원인이 있지 않을까’라는 질문에 대해 NGS 기술은 하나씩 답을 제공해 주고 있다. RNA-seq, whole genome sequencing을 통해 AD 환자에게서만 관찰되는 전사체(transcriptome)의 변화, 유전체(genome) 상에서의 변이(예: single nucleotide polymorphism, number variation)를 확인할 수 있게 되었고 환자들 사이에서 나타나는 이런 관찰들이 질병 발생과 진행을 설명할 수 있는 자료를 제공해 주었다. 2009년 최초의 단일 세포 RNA 시퀀싱(single-cell RNA sequencing, scRNA-seq) 연구가 발표된 이후부터 지금까지 단일 세포 수준에서 다양한 오믹스를 관찰할 수 있는 시퀀싱 기술이 개발되었으며, 지금은 한 세포에서 두 개의 오믹스가 통합된 분석 결과까지 얻을 수 있게 되었다. 특히 뇌의 경우, 단일 세포 시퀀싱 샘플을 준비하는 과정에서 발생하는 어려움(세포 분리 과정, 동결로 인한 로스, 배치 별 차이)이 있었으나 단일 핵 RNA 시퀀싱(single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq) 기술과 여러 분석 프로그램이 개발되면서 이런 부분을 보완해 주고 있다.

뇌에서 단일 세포 시퀀싱이 가능하게 되면서 벌크(bulk) 세포로 분석했을 때 볼 수 없었던 뇌세포 유형에 따른 오믹스 변화를 알 수 있게 되었고, 이는 AD에서의 풀리지 않던 질병 메커니즘을 연구하는데 많은 통찰력을 제공해 주었다. 이 보고서에서는 최근에 발표된 논문들을 기반으로 단 일 세포 시퀀싱 기술이 AD의 어떤 부분들을 밝혀냈는지 살펴보고자 한다.

2. 본론

2.1. 단일 세포 시퀀싱 기술이 발견한 AD 관련 세포: 질병 관련 미세아교세포(diseaseassociated microglia, DAM) 미세아교세포는 뇌 전체의 약 10%를 차지하면서 신경세포(neuron)의 기능을 도와주는 신경아교세포(glia)의 일종이다. 미세아교세포는 뇌의 대표적인 면역세포로 면역 작용, 시냅스 가지치기, 신경세포 보호, 염증 조절 역할을 한다 [2, 3].

...................(계속)

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