Alzheimer's disease, a neurodegenerative disease with a complex genetic architecture, is estimated to have a 60-70% heritability. Over the past decades, various germline variations associated with Alzheimer's risk have been revealed through genome-wide association studies, whole-exome and whole-genome sequencing analyses, and subsequent rare variants association studies. The various neuropathological features of Alzheimer's disease are known to appear first in the hippocampus. In particular, the mechanism by which the accumulation of neurofibrillary tangles originates in the hippocampus and transforms adjacent normal proteins into abnormal forms has been suggested. In addition, extensive evidence has been reported that cessation of adult neurogenesis occurring in the hippocampal dentate gyrus is associated with memory loss, the primary symptom of Alzheimer's disease. In this study, we performed experiments to accurately detect brain-specific somatic variations occurring in the dentate gyrus and proposed an optimal experimental design as follows. We devised the sample acquisition method via laser capture microdissection considering the embryology and anatomy of the dentate gyrus, and we optimized the whole-genome amplification method that enables amplification of extremely low amounts of DNA from the captured samples. In addition, we developed a method to measure somatic variation from whole-genome sequencing data and performed the identification of clonal somatic mutations through a probabilistic framework. This study laid the foundation for a follow-up study to efficiently prove the hypotheses of neurofibrillary tangle accumulation and adult neurogenesis impairment in the hippocampus in an integrated pipeline.
알츠하이머 병은 복합적인 유전적 조성을 보이는 신경퇴행성 질환이며, 약 60-70%의 유전력을 가지는 것으로 추정되고 있다. 지난 수십년간 전유전체 연관분석, 전장엑솜 및 전장유전체 서열분석, 후속 희귀 변이 연관성 검정을 통해, 다양한 알츠하이머 위험 연관 생식세포 유전변이들이 밝혀져 있다. 알츠하이머 병의 다양한 신경병리적 특징은 해마체에서 가장 먼저 시작되는 것으로 알려져 있으며, 특히 신경섬유 다발 축적이 해마에서 기시하여 인접한 정상 단백질을 비정상적인 형태로 변형시키는 기전이 제시 되어있다. 또한 해마 치아이랑 부위에서 발생하는 성체뇌신경생성의 중단이 알츠하이머 병의 주된 증상인 기억 형성 저하와 연관되어 있다는 근거가 다수 보고되고 있다. 본 연구에서는 해마 치아이랑에서 발생하는 뇌 특이적 체세포 유전변이의 정확한 탐지를 위한 다양한 실험을 수행하였고, 최적의 실험 설계를 제안하였다. 해마 치아이랑의 발생학 및 해부학을 고려하여 레이저포획 미세절제를 통한 검체 획득법, 극미량의 DNA를 증폭할 수 있는 전장유전체증폭 방식을 최적화하였다. 또한 전장유전체 서열분석을 통해 생성된 유전체 데이터의 체세포 유전변이 측정법을 고안하고, 확률적 프레임워크를 통한 클론성 체세포 유전변이의 동정을 수행했다. 본 연구를 통해 해마에서 기시하는 신경섬유 다발 축적 가설 및 성체뇌신경생성 중단 가설을 통합된 파이프라인에서 효율적으로 증명할 수 있는 후속 연구의 토대가 마련되었다.
