KR102634424B1 - Novel KCNQ4 protein variant and use thereof - Google Patents

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Abstract

신규한 KCNQ4 단백질 변이체, 이를 이용한 칼륨 채널병증 진단용 조성물, 키트 및 이를 이용한 정보 제공방법에 관한 것이다.
일 양상에 따른 칼륨 채널병증을 진단하기 위한 조성물, 키트, 및 이를 이용한 칼륨 채널병증을 진단하기 위한 정보제공 방법에 따르면, 칼륨 채널병증의 발병 여부 및 예후를 객관적이고, 신속하고, 높은 정확도 및 특이도로 검출하는데 이용할 수 있다.
It relates to a novel KCNQ4 protein variant, a composition and kit for diagnosing potassium channelopathy using the same, and a method of providing information using the same.
According to a composition for diagnosing potassium channelopathy, a kit, and a method for providing information for diagnosing potassium channelopathy using the same, the occurrence and prognosis of potassium channelopathy can be determined objectively, quickly, with high accuracy and specificity. It can be used for road detection.

Description

신규한 KCNQ4 단백질 변이체 및 이의 용도 {Novel KCNQ4 protein variant and use thereof}Novel KCNQ4 protein variant and use thereof {Novel KCNQ4 protein variant and use thereof}

신규한 KCNQ4 단백질 변이체, 이를 이용한 칼륨 채널병증 진단용 조성물, 키트 및 이를 이용한 정보 제공방법에 관한 것이다.It relates to a novel KCNQ4 protein variant, a composition and kit for diagnosing potassium channelopathy using the same, and a method of providing information using the same.

청각장애는 인간의 감각기관 장애 중 가장 흔하며, 약 1000명중 1명에서(0.1%) 탄생 시(congenital) 심한 고도난청 이상의 청각장애를 보이고 어른이 되기 전 소아기에 1000명에 1명 꼴로 추가 청각장애자(acquired)가 발생한다. 나이가 들면서 이독성 약물, 사고, 노인성 난청 등 다양한 원인으로 난청이 될 확률은 더욱 많아지며, 인구대비로 볼 때 65 dBHL 이상의 고도난청자가 30~50세의 연령층에서는 0.3%, 60~70세의 연령층에서는 2.3%까지 증가하게 된다. 최근 효과적인 예방주사의 등장으로 influenza, measles, mumps 등의 감염질환이 감소하였고 적극적인 계몽과 치료로 인하여 이독성 약물이나 사고로 인한 내이손상도 줄어들게 되어, 상대적으로 유전성 난청의 발병율이 증가되었다. Hearing impairment is the most common sensory organ disorder in humans. Approximately 1 in 1,000 people (0.1%) show hearing impairment greater than severe hearing loss at birth (congenital), and an additional 1 in 1,000 people become hearing impaired during childhood before becoming an adult. (acquired) occurs. As you age, the probability of hearing loss due to various causes such as ototoxic drugs, accidents, and pre-senile hearing loss increases. Compared to the population, people with severe hearing loss of 65 dBHL or more account for 0.3% of those aged 30 to 50, and 0.3% of those aged 60 to 70. In the age group, it increases to 2.3%. Recently, with the advent of effective vaccinations, infectious diseases such as influenza, measles, and mumps have decreased, and due to active enlightenment and treatment, inner ear damage due to ototoxic drugs or accidents has also decreased, resulting in a relatively increased incidence of hereditary hearing loss.

내이는 매우 복잡한 구조로 이루어져 있고 다양한 세포가 유기적인 기능을 수행하도록 되어 있으므로 난청을 일으키는 원인 유전질환도 매우 다양할 것이라 예상된다. 최근 분자생물학적 연구의 발달은 유전성 난청의 원인 유전자를 밝혀내는 큰 학문적 진전을 가져왔고 난청이 오는 기전을 이해할 수 있게 됨으로써 나아가 그 치료법을 모색할 수 있는 임상응용의 단계에 이르렀다.Since the inner ear has a very complex structure and various cells are designed to perform organic functions, it is expected that the genetic diseases that cause hearing loss will be very diverse. Recent developments in molecular biology research have brought about great academic progress in uncovering the genes that cause hereditary hearing loss, and have led to an understanding of the mechanism by which hearing loss occurs, further reaching the stage of clinical application to find a cure.

유전성 난청의 약 1/3은 증후군을 동반(syndromic)하고 나머지 2/3는 비증후군성(nonsyndromic)이다. 증후군성 난청은 특징적인 임상증상으로 쉽게 분류되므로 같은 원인을 가진 환자들을 많이 모아서 그 원인 유전자를 추적할 수 있다. 하지만 다른 증상이 없이 난청만을 보이는 비증후군성 난청(nonsyndromic hearing loss)의 경우 원인 유전자를 찾기 위하여는 난청 환자가 많이 발생한 큰 가계(pedigree)를 분석하는 수 밖에 없다.Approximately one-third of hereditary hearing loss is syndromic, and the remaining two-thirds are nonsyndromic. Since syndromic hearing loss is easily classified by characteristic clinical symptoms, it is possible to collect many patients with the same cause and trace the causative gene. However, in the case of nonsyndromic hearing loss, which only shows hearing loss without other symptoms, the only way to find the causative gene is to analyze a large pedigree with many hearing loss patients.

한편, 소리를 듣는 과정에서 중요한 역할을 하는 전압 개폐 칼륨 채널(voltage-gated K+ channel)인 KCNQ4는 주로 내이(inner ear) 달팽이관의 유모세포(hair cell)에서 발현하며, 달팽이관 내 K+ 이온의 항상성 유지에 핵심적인 역할을 한다. KCNQ4 유전자에 돌연변이가 발생할 경우 비증후군성 진행형 난청(non-syndromic progressive deafness)인 상염색체 우성 비증후군성 난청 2(deafness nonsyndromic autosomal dominant 2, DFNA2)이 발병하는데, 이러한 난청은 진행성이며, 중등도의 난청소견을 보인다. 난청의 예방 및 치료를 위해 시도된 많은 연구들에도 불구하고, 난청의 명확한 분자기전 및 예방과 치료 방안이 아직까지 제시되지 못하고 있다.Meanwhile, KCNQ4, a voltage-gated K + channel that plays an important role in the process of hearing sounds, is mainly expressed in the hair cells of the cochlea of the inner ear and acts as a regulator of K + ions in the cochlea. It plays a key role in maintaining homeostasis. When a mutation occurs in the KCNQ4 gene, non-syndromic progressive hearing loss (deafness nonsyndromic autosomal dominant 2, DFNA2) occurs. This hearing loss is progressive and causes moderate hearing loss. show opinions. Despite many studies attempted to prevent and treat hearing loss, a clear molecular mechanism and prevention and treatment plan for hearing loss have not yet been proposed.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 비증후군성 난청을 보다 효과적으로 진단하고 치료방법을 제시하기 위해 노력한 결과, 신규한 KCNQ4 변이를 발견하고, 이를 통해 비증후군성 난청을 효과적으로 진단할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Under this background, the present inventors made efforts to more effectively diagnose non-syndromic hearing loss and suggest treatment methods. As a result, they discovered a novel KCNQ4 mutation and confirmed that non-syndromic hearing loss can be effectively diagnosed through this, leading to the present invention. was completed.

일 양상은 신규한 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하기 위한 제제를 포함하는, 칼륨 채널병증(potassium channelopathy) 진단용 조성물을 제공한다.One aspect provides a composition for diagnosing potassium channelopathy, comprising an agent for detecting a novel KCNQ4 protein variant, a fragment thereof, or a polynucleotide encoding the protein variant.

다른 양상은 상기 진단용 조성물을 포함하는 건선 환자에서 심혈관 동반질환을 진단하기 위한 키트를 제공한다.Another aspect provides a kit for diagnosing cardiovascular comorbidities in psoriasis patients comprising the diagnostic composition.

또 다른 양상은 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하거나 발현수준을 측정하는 단계를 포함하는, 칼륨 채널병증의 진단 또는 치료를 위한 정보 제공 방법을 제공한다.Another aspect provides a method of providing information for diagnosis or treatment of potassium channelopathy, comprising detecting or measuring the expression level of a KCNQ4 protein variant, fragment thereof, or polynucleotide encoding the protein variant.

또 다른 양상은 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체를 발현하는 형질전환체를 포함하는, 칼륨 채널 활성 억제제 스크리닝용 조성물을 제공한다.Another aspect provides a composition for screening potassium channel activity inhibitors, comprising transformants expressing KCNQ4 wild-type protein and KCNQ4 protein variants.

또 다른 양상은 상기 형질전환체를 이용한 칼륨 채널 활성 억제제 스크리닝 방법을 제공한다.Another aspect provides a method for screening potassium channel activity inhibitors using the transformant.

일 양상은 KCNQ4(Voltage-Gated Potassium Channel Subunit Kv7.4) 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하기 위한 제제를 포함하는, 칼륨 채널병증(potassium channelopathy) 진단용 조성물로서, 상기 KCNQ4 단백질 변이체는 a) 271번째 및 272번째 아미노산인 알라닌 및 아스파라긴산이 결실된 변이체, b) 331번째 아미노산인 아르기닌이 글루타민으로 치환된 변이체 및 c) 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것인, 조성물을 제공하는 것이다.One aspect is a composition for diagnosing potassium channelopathy, comprising an agent for detecting a KCNQ4 (Voltage-Gated Potassium Channel Subunit Kv7.4) protein variant, a fragment thereof, or a polynucleotide encoding the protein variant, KCNQ4 protein variants consist of a) a variant in which alanine and aspartic acid, the 271st and 272nd amino acids, are deleted, b) a variant in which the 331st amino acid, arginine, is substituted with glutamine, and c) a variant in which the 319th amino acid, glycine, is substituted with aspartic acid. To provide a composition, which is one or more selected from the group.

본 명세서에서 용어 "KCNQ4(Voltage-Gated Potassium Channel Subunit Kv7.4)"은 내이의 유모세포 기저부에 존재하는 칼륨 채널을 구성하는 단백질로서, 칼륨의 재순환을 통해 유모세포 내 전기 생리학적 안정성을 유지시킴으로서 소리 전달에 있어 매우 중요한 기능을 하는 것으로 알려져 있다.As used herein, the term "KCNQ4 (Voltage-Gated Potassium Channel Subunit Kv7.4)" is a protein that constitutes a potassium channel present at the base of the hair cells of the inner ear, and maintains electrophysiological stability within the hair cells through the recycling of potassium. It is known to play a very important function in sound transmission.

상기 KCNQ4 유전자에 돌연변이가 발생하는 경우, 칼륨 채널의 기능 소실로 인하여 유모세포로부터 칼슘 이온이 배출이 되지 않아 지속적으로 유모세포 내 탈분극 상태가 유지되고, 이에 따른 세포의 피로와 칼륨 독성에 의해 서서히 난청이 발생하는 것으로 알려져 있다.When a mutation occurs in the KCNQ4 gene, calcium ions are not discharged from the hair cells due to loss of function of the potassium channel, and a state of depolarization within the hair cells is continuously maintained, resulting in gradual hearing loss due to cellular fatigue and potassium toxicity. This is known to occur.

본 발명의 신규한 KCNQ4 변이체인 G319D 변이체의 경우, 기존에 알려진 다른 돌연변이와는 다르게 칼륨 채널이 과활성화되어 유모세포 내 칼슘 이온이 밖으로 과도하게 유출되는 채널 활성 증강 기전에 의한 비증후군성 난청이 발생할 수 있음을 확인하였다.In the case of the G319D variant, which is a novel KCNQ4 variant of the present invention, unlike other previously known mutations, non-syndromic hearing loss occurs due to a channel activity enhancement mechanism in which potassium channels are overactivated and calcium ions in hair cells leak excessively outward. It was confirmed that it was possible.

상기 KCNQ4 단백질은 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로 서열번호 1의 아미노산 서열로 구성된 것일 수 있다.The KCNQ4 protein may include the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and may specifically consist of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

상기 271번째 및 272번째 아미노산인 알라닌 및 아스파라긴산이 결실된 KCNQ4 단백질 변이체(A271_D272del)는 서열번호 3의 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있고, 상기 331번째 아미노산인 아르기닌이 글루타민으로 치환된 KCNQ4 단백질 변이체(R331Q)는 서열번호 4의 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있으며, 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 치환된 KCNQ4 단백질 변이체(G319D)는 서열번호 5의 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다.The KCNQ4 protein variant (A271_D272del) in which the 271st and 272nd amino acids alanine and aspartic acid are deleted may include the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3, and the KCNQ4 protein variant in which the 331st amino acid arginine is replaced with glutamine (R331Q ) may include the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, and the substituted KCNQ4 protein variant (G319D) in which the 319th amino acid, glycine, is replaced with aspartic acid may include the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5.

상기 KCNQ4 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드는 a) 811번째 내지 816번째 염기가 결실된 변이, b) 992번째 염기인 G가 A로 치환된 변이, 및 c) 956번째 염기인 G가 A로 치환된 변이로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 a) 811번째 내지 816번째 염기가 결실된 변이는 271번째 및 272번째 아미노산인 알라닌 및 아스파라긴산이 결실된 변이체를 암호화하고, b) 992번째 염기인 G가 A로 치환된 변이는 331번째 아미노산인 아르기닌이 글루타민으로 치환된 변이체를 암호화하며, c) 956번째 염기인 G가 A로 치환된 변이는 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체를 암호화하는 것일 수 있다.The polynucleotide encoding the KCNQ4 protein variant is a) a mutation in which the 811th to 816th bases are deleted, b) a mutation in which the 992nd base, G, is replaced with A, and c) the 956th base, G, is replaced with A. It may include one or more selected from the group consisting of mutations. Specifically, a) the mutation in which the 811th to 816th bases are deleted encodes a mutant in which the 271st and 272nd amino acids, alanine and aspartic acid, are deleted, and b) the mutation in which the 992nd base, G, is replaced with A is the 331st amino acid. It encodes a variant in which arginine is substituted with glutamine, and c) the variant in which G, the 956th base, is substituted with A, may encode a variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid.

상기 폴리뉴클레오타이드는 상기의 KCNQ4의 변이 부위를 포함하는 폴리뉴클레오타이드 단편을 포함하는 것일 수 있다.The polynucleotide may include a polynucleotide fragment containing the mutation site of KCNQ4.

상기 KCNQ4 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오타이드는 서열번호 2의 염기서열을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로 서열번호 2의 염기서열로 구성된 것일 수 있다.The polynucleotide encoding the KCNQ4 protein may include the base sequence of SEQ ID NO: 2, and may specifically consist of the base sequence of SEQ ID NO: 2.

본 명세서에서 용어 "칼륨 채널병증(potassium channelopathy)"은 다양한 세포와 세포소기관의 막에 위치하고 있는 칼륨 채널의 기능 이상으로 인해 발병하는 질병을 의미하는 것으로서, 구체적으로 KCNQ4 단백질 또는 상기 단백질로 구성된 칼륨 채널의 기능 이상을 원인으로 발병하는 것일 수 있으며, 상기 KCNQ4 단백질의 기능 이상은 KCNQ4 유전자의 돌연변이 또는 KCNQ4 단백질 변이체에 의해 발생하는 것일 수 있다.As used herein, the term "potassium channelopathy" refers to a disease caused by dysfunction of potassium channels located in the membranes of various cells and organelles, specifically KCNQ4 protein or potassium channels composed of the above proteins. It may be caused by a malfunction of the KCNQ4 protein, and the malfunction of the KCNQ4 protein may be caused by a mutation in the KCNQ4 gene or a KCNQ4 protein variant.

본 명세서에서 용어 '기능 이상'은 단백질이 가지는 생체 내에서의 정상적인 생물학적 활성이 감소되거나 소멸된 것 또는 과도하게 증가되는 것을 의미한다. 따라서, 기능 이상은 기능 상실(Loss-of-function) 또는 기능 획득(Gain-of-function)을 포함하는 의미이다. 상기의 기능 이상은 유전자 전사활성의 이상, 번역(translation)의 이상, RNA 프로세싱의 이상, 단백질의 안정성 및 3차원 구조의 이상, 이동 및 활성의 이상 또는 이들의 조합에 기인할 수 있다. As used herein, the term 'dysfunction' refers to a decrease, disappearance, or excessive increase in the normal biological activity of a protein in vivo. Therefore, dysfunction includes loss-of-function or gain-of-function. The above functional abnormalities may be due to abnormalities in gene transcription activity, abnormalities in translation, abnormalities in RNA processing, abnormalities in protein stability and three-dimensional structure, abnormalities in movement and activity, or a combination thereof.

전압 개폐 칼륨 채널(voltage gated potassium channel)인 KCNQ4 단백질에 기능 이상이 발생할 경우 활동전압에 따른 칼륨 이온의 통과가 정상적이지 못하며, 자극에 의해 유입된 칼륨 이온이 세포 밖으로 유출되지 못하거나, 과도하게 유출됨으로서 칼륨 이온의 항성성이 붕괴된다. 따라서, 본 발명의 조성물로 진단할 수 있는 칼륨 채널병증은 KCNQ4 단백질의 기능 이상으로 인해 칼륨 이온의 항상성이 유지되지 못하는 모든 질환을 포함하며, 예를 들어 신경근긴장증(neuromyotonia), 간헐성 운동실조(Episodic Ataxia), 저칼륨혈증 주기성마비(hypokalaemic periodic paralysis), 간질(epilepsy) 및 비증후군성 난청(non-syndromic deafness)을 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로, 비증후군성 난청일 수 있다.If there is a malfunction in the KCNQ4 protein, a voltage gated potassium channel, the passage of potassium ions according to the action voltage is not normal, and the potassium ions introduced by stimulation cannot flow out of the cell or flow out excessively. As a result, the star quality of the potassium ion collapses. Therefore, potassium channelopathies that can be diagnosed with the composition of the present invention include all diseases in which potassium ion homeostasis is not maintained due to dysfunction of the KCNQ4 protein, such as neuromyotonia and episodic ataxia. Ataxia), hypokalaemic periodic paralysis, epilepsy, and non-syndromic deafness. Specifically, it may be non-syndromic hearing loss.

본 명세서에서 용어 "비증후군성 난청(non-syndromic deafness)"은 다른 증상이 없이 내이 기능 이상에 의한 난청만을 보이는 질병으로서,'비증후군성 감각신경성 난청'와 동일한 의미로 사용된다. 비증후군성 난청은 유전성 난청의 약 2/3을 차지하고 있으며, 보통 단일 유전자 이상에 의한 것이며 여러 유전형태를 보인다. 유전자의 좌위에 따라 상염색체우성형(deafness nonsyndromic autosomal dominant, DFNA), 상염색체열성형(DFNB), 성염색체유전형(DFN)으로 명명된다.In this specification, the term "non-syndromic deafness" refers to a disease that shows only hearing loss due to inner ear dysfunction without other symptoms, and is used in the same sense as "non-syndromic sensorineural hearing loss." Non-syndromic hearing loss accounts for about two-thirds of hereditary hearing loss, is usually caused by a single gene abnormality, and shows several inherited forms. Depending on the locus of the gene, it is named as autosomal dominant (deafness nonsyndromic autosomal dominant (DFNA), autosomal recessive (DFNB), and sex chromosome genetic (DFN).

상기 조성물은 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 이를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드의 발현 수준을 측정할 수 있는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 조성물은 KCNQ4 단백질 변이체 또는 이를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드의 발현 수준을 대조군(KCNQ4 단백질 야생형, 하우스키핑 단백질 등)의 발현 수준과 비교하여, 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 이형접합(heterozygous) 변이체 또는 돌연변이인지, 동종접합(homozygous) 변이체 또는 돌연변이인지 판별할 수 있는 것일 수 있다. 상기 이형접합 변이는 한쌍의 상동 염색체의 한쪽에만 변이가 있는 경우를 의미하며, 동종접합 변이는 양쪽 모두 변이가 있는 경우를 의미한다.The composition may be capable of measuring the expression level of a KCNQ4 protein variant, a fragment thereof, or a polynucleotide encoding it. Specifically, the composition compares the expression level of the KCNQ4 protein variant or the polynucleotide encoding it with the expression level of the control group (KCNQ4 protein wild type, housekeeping protein, etc.), and determines whether the KCNQ4 protein variant is a heterozygous variant or mutation. It may be possible to determine whether it is a cognitive, homozygous variant, or mutation. The heterozygous mutation refers to a case where there is a mutation only on one side of a pair of homologous chromosomes, and the homozygous mutation refers to a case where there is a mutation on both sides.

따라서, 상기 조성물은 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 이형접합 돌연변이인지 확인할 수 있는 바, 상기 조성물을 이용하여 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 KCNQ4 단백질 이형접합 변이체를 검출함으로서, 칼륨 채널의 과활성화에 의해 발병하는 칼륨 채널병증 또는 비증후군성 난청을 진단할 수 있다.Therefore, the composition can confirm whether the KCNQ4 protein variant is a heterozygous mutation. By using the composition, the KCNQ4 protein heterozygous variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid is detected, resulting in hyperactivation of the potassium channel. Onset potassium channelopathy or non-syndromic hearing loss can be diagnosed.

본 명세서에서 용어, "검출 또는 발현 수준의 측정"은 특정 단백질(펩타이드) 또는 이의 단편, 또는 상기 단백질을 암호화하는 유전자의 발현 여부 또는 발현 정도를 측정하는 것을 의미한다. 상기 단백질 또는 이의 단편의 발현 수준은 상기 단백질 또는 이의 단편의 상대적 양 또는 절대적인 양일 수 있다.As used herein, the term “detection or expression level measurement” refers to measuring the expression or expression level of a specific protein (peptide) or fragment thereof, or a gene encoding the protein. The expression level of the protein or fragment thereof may be a relative amount or an absolute amount of the protein or fragment thereof.

상기 단백질 또는 이의 단편의 발현 수준을 측정하는 것은 상기 단백질 또는 이의 단편의 양을 측정하는 것일 수 있다. 상기 유전자의 발현 수준은 상기 단백질들을 암호화하는 mRNA의 발현 수준일 수 있다. mRNA의 발현 수준은 mRNA의 상대적 양 또는 절대적인 양일 수 있다. 상기 유전자의 발현 수준을 측정하는 것은 mRNA의 양을 측정하는 것일 수 있다.Measuring the expression level of the protein or fragment thereof may mean measuring the amount of the protein or fragment thereof. The expression level of the gene may be the expression level of mRNA encoding the proteins. The expression level of mRNA may be a relative amount or an absolute amount of mRNA. Measuring the expression level of the gene may mean measuring the amount of mRNA.

상기 단백질의 검출 또는 발현 수준을 측정하는 방법은 웨스턴 블랏팅 (Western blotting), ELISA (enzyme linked immunosorbent assay), 방사선면역분석 (RIA: radioimmunoassay), 방사 면역 확산법 (radical immunodiffusion), 오우크테로니면역 확산법 (Ouchterlony immunodiffusion), 로케트 면역전기영동 (rocket immunoeletrophoresis), 면역조직화학염색법 (immunohistochemical staining), 면역침전분석법 (immunoprecipitation assay), 보체 고정 분석법 (complenent Fixation Assay), 면역형광법 (immunofluorescence), 면역크로마토그래피법 (immunochromatography), FACS 분석법 (fluorescenceactivated cell sorter analysis) 또는 단백질 칩 방법 (protein chip technology)인 것일 수 있다.Methods for detecting or measuring the expression level of the protein include Western blotting, ELISA (enzyme linked immunosorbent assay), radioimmunoassay (RIA), radical immunodiffusion, and octeroni immunoassay. Ouchterlony immunodiffusion, rocket immunoeletrophoresis, immunohistochemical staining, immunoprecipitation assay, complement fixation assay, immunofluorescence, immunochromatography It may be immunochromatography, fluorescence activated cell sorter analysis (FACS), or protein chip technology.

상기 mRNA 또는 유전자의 검출 또는 발현 수준을 측정하는 방법은 역전사효소 중합반응 (RT-PCR), 경쟁적 역전사효소 중합효소반응 (competitive RT-PCR), 실시간 역전사 효소 중합효소반응 (real time quantitative RT-PCR), 정량적 중합효소반응 (quantitative RT-PCR), RNase 보호 분석법 (RNase protection method), 노던 블랏팅 (Nothern blotting) 또는 DNA 칩 방법 (DNA chip technology)인 것일 수 있다.Methods for detecting or measuring the expression level of the mRNA or gene include reverse transcriptase polymerization reaction (RT-PCR), competitive reverse transcriptase polymerase reaction (competitive RT-PCR), and real time quantitative RT-PCR. ), quantitative RT-PCR, RNase protection method, Northern blotting, or DNA chip technology.

본 명세서에서 용어, "검출 또는 발현 수준을 측정하는 제제"는 특정 단백질 또는 이를 암호화하는 유전자의 검출 또는 발현 수준을 확인하기 위하여 사용될 수 있는 분자를 의미하며, 구체적으로 상기 단백질 또는 상기 유전자를 검출 및/또는 증폭할 수 있는 제제를 포함하는 것일 수 있다.As used herein, the term "agent for detecting or measuring the expression level" refers to a molecule that can be used to detect or confirm the expression level of a specific protein or the gene encoding it, and specifically detects and detects the protein or the gene. /Or it may contain an agent capable of amplification.

본 명세서에서 용어, "특정 유전자 또는 단백질을 검출할 수 있는 제제”는 상기 특정 유전자 또는 단백질에 특이적으로 결합하여 인식할 수 있도록 하거나, 검출하여 증폭시킬 수 있는 제제를 의미하고, “특정 유전자 또는 단백질을 증폭할 수 있는 제제”는 상기 특정 유전자 또는 단백질의 복제를 반복하여 그 수를 증가시킬 수 있는 제제를 의미하며, 예를 들어 상기 유전자를 포함하는 폴리뉴클레오티드를 특이적으로 증폭할 수 있는 프라이머 또는 특이적으로 결합할 수 있는 프로브를 의미하는 것일 수 있다.As used herein, the term “agent capable of detecting a specific gene or protein” refers to an agent that can specifically bind to and recognize the specific gene or protein, or detect and amplify the specific gene or protein. “Agent capable of amplifying a protein” refers to an agent that can increase the number of a specific gene or protein by repeating its replication, for example, a primer that can specifically amplify a polynucleotide containing the gene Alternatively, it may mean a probe that can bind specifically.

상기 제제는 상기 단백질 변이체 또는 이의 단편에 특이적으로 결합하는 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 또는 앱타머(aptamer)일 수 있다. 용어 "항체(antibody)"는 용어 "면역글로불린(immunoglobulin)"과 상호교환적으로 사용될 수 있다. 상기 항체는 폴리 클론 항체 또는 모노클론 항체일 수 있다. 상기 항체는 전장 항체일 수 있다. 상기 항원 결합 단편은 항원 결합 부위를 포함하는 폴리펩티드를 말한다. 상기 항원 결합 단편은 단일-도메인 항체(single-domain antibody), Fab, F(ab'), F(ab')2 또는 Fv일 수 있다. 상기 항체 또는 항원 결합 단편은 고체 지지체에 부착된 것일 수 있다. 상기 고체 지지체는 예를 들어, 금속 칩, 플레이트, 또는 웰(well)의 표면이다. 상기 앱타머는 상기 단백질 또는 이의 단편에 특이적으로 결합하는 단일 가닥의 핵산(DNA, RNA 또는 변형핵산)이나 펩티드일 수 있다.The agent may be an antibody, an antigen-binding fragment thereof, or an aptamer that specifically binds to the protein variant or fragment thereof. The term “antibody” may be used interchangeably with the term “immunoglobulin”. The antibody may be a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. The antibody may be a full-length antibody. The antigen-binding fragment refers to a polypeptide containing an antigen-binding site. The antigen binding fragment may be a single-domain antibody, Fab, F(ab'), F(ab') 2 or Fv. The antibody or antigen-binding fragment may be attached to a solid support. The solid support is, for example, the surface of a metal chip, plate, or well. The aptamer may be a single-stranded nucleic acid (DNA, RNA, or modified nucleic acid) or peptide that specifically binds to the protein or fragment thereof.

상기 제제는 상기 단백질 변이체 또는 이의 단편을 암호화하는 폴리뉴클레오티드와 동일하거나 또는 이에 상보적인 폴리뉴클레오티드를 포함하는 핵산일 수 있다. 상기 핵산은 프라이머, 프로브, 또는 안티센스 올리고뉴클레오티드일 수 있다. 상기 프라이머, 프로브, 또는 안티센스 올리고뉴클레오티드는 그의 말단 또는 내부에 형광 물질, 화학발광물질(chemiluminescent) 또는 방사성 동위원소 등으로 표지된 것일 수 있다.The agent may be a nucleic acid containing a polynucleotide identical to or complementary to a polynucleotide encoding the protein variant or fragment thereof. The nucleic acid may be a primer, probe, or antisense oligonucleotide. The primer, probe, or antisense oligonucleotide may be labeled at its end or inside with a fluorescent substance, chemiluminescent substance, or radioactive isotope.

본 명세서에서 용어, "프라이머(primer)"는 자유 3-말단 수산화기 (free 3' hydroxyl group)를 가지는 핵산 서열로 특정 염기 서열에 대해 상보적인 주형 (template)과 염기쌍을 형성할 수 있고 주형 가닥 복사를 위한 시작 지점으로서 작용하는 핵산 서열을 말한다. 프라이머는 적절한 완충용액 및 온도에서 중합반응을 위한 시약(즉, DNA 폴리머라제 또는 역전사효소) 및 상이한 4가지의 뉴클레오시드 트리포스페이트의 존재하에서 DNA 합성을 개시할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 바이오마커를 암호화하는 유전자의 mRNA에 대한 특이적인 프라이머로서 7개 내지 50개의 뉴클레오티드 서열을 가진 센스 및 안티센스 프라이머를 이용하여 PCR 증폭을 실시하여 원하는 생성물의 생성량의 측정을 통해 건선이 발병된 개체의 심혈관 동반질환 발병 가능성을 예측할 수 있다. PCR 조건, 센스 및 안티센스 프라이머의 길이는 당업계에 공지된 기술에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상기 프라이머는 10 내지 100, 15 내지 100, 10 내지 80, 10 내지 50, 10 내지 30, 10 내지 20, 15 내지 80, 15 내지 50, 15 내지 30, 15 내지 20, 20 내지 100, 20 내지 80, 20 내지 50, 또는 20 내지 30 nt를 갖는 것일 수 있다. As used herein, the term "primer" refers to a nucleic acid sequence having a free 3' hydroxyl group, which can form base pairs with a template that is complementary to a specific base sequence and copies the template strand. refers to a nucleic acid sequence that serves as a starting point for. Primers can initiate DNA synthesis in the presence of four different nucleoside triphosphates and a reagent for polymerization (i.e., DNA polymerase or reverse transcriptase) in an appropriate buffer solution and temperature. For example, by performing PCR amplification using sense and antisense primers with 7 to 50 nucleotide sequences as specific primers for the mRNA of the gene encoding the biomarker of the present invention, the production amount of the desired product is measured to treat psoriasis. The likelihood of developing cardiovascular comorbidities in affected individuals can be predicted. PCR conditions and lengths of sense and antisense primers can be appropriately selected according to techniques known in the art. The primers are 10 to 100, 15 to 100, 10 to 80, 10 to 50, 10 to 30, 10 to 20, 15 to 80, 15 to 50, 15 to 30, 15 to 20, 20 to 100, 20 to 80. , may have 20 to 50, or 20 to 30 nt.

본 명세서에서 용어, "프로브(probe)"란 표적 핵산 예를 들면, mRNA와 특이적으로 결합을 이룰 수 있는 RNA 또는 DNA 등의 핵산 단편을 의미하며 특정 mRNA의 존재 유무, 함량 및 발현량을 확인할 수 있도록 라벨링(labeling)되어 있을 수 있다. 프로브는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide) 프로브, 단일가닥 DNA (single strand DNA) 프로브, 이중가닥 DNA(double strand DNA) 프로브, RNA 프로브 등의 형태로 제작될 수 있다. 예를 들면 본 발명의 바이오마커를 암호화하는 유전자의 mRNA와 상보적인 핵산 서열을 갖는 프로브를 이용하여 혼성화를 실시하여, 혼성화 정도를 통해 mRNA의 발현량을 측정함으로써 건선이 발병된 개체의 심혈관 동반질환 발병 가능성을 예측할 수 있다. 적절한 프로브의 선택 및 혼성화 조건은 당해 기술분야에 공지된 기술에 따라 적절히 선택할 수 있다. 상기 프로브는 10 내지 100, 15 내지 100, 10 내지 80, 10 내지 50, 10 내지 30, 10 내지 20, 15 내지 80, 15 내지 50, 15 내지 30, 15 내지 20, 20 내지 100, 20 내지 80, 20 내지 50, 또는 20 내지 30 nt를 갖는 것일 수 있다.As used herein, the term "probe" refers to a nucleic acid fragment such as RNA or DNA that can specifically bind to a target nucleic acid, for example, mRNA, and to determine the presence, content, and expression level of a specific mRNA. It may be labeled so that it can be used. Probes may be manufactured in the form of oligonucleotide probes, single strand DNA probes, double strand DNA probes, RNA probes, etc. For example, hybridization is performed using a probe having a nucleic acid sequence complementary to the mRNA of the gene encoding the biomarker of the present invention, and the expression level of mRNA is measured through the degree of hybridization, thereby detecting cardiovascular comorbidities in individuals with psoriasis. The likelihood of an outbreak can be predicted. Selection of appropriate probes and hybridization conditions can be appropriately selected according to techniques known in the art. The probes are 10 to 100, 15 to 100, 10 to 80, 10 to 50, 10 to 30, 10 to 20, 15 to 80, 15 to 50, 15 to 30, 15 to 20, 20 to 100, 20 to 80. , may have 20 to 50, or 20 to 30 nt.

또한, 프라이머 또는 프로브는 포스포아미다이트 (phosphoramidite) 고체 지지체 합성법이나 기타 널리 공지된 방법을 이용하여 화학적으로 합성될 수 있다. 또한 이러한 핵산 서열은 당해 기술분야에 공지된 다양한 방법을 통해 변형시킬 수 있다. 이러한 변형의 예는 메틸화, 캡화, 천연 뉴클레오티드 하나 이상의 동족체로의 치환, 또는 뉴클레오티드 간의 변형, 예를 들면 하전되지 않은 연결체(예: 메틸 포스포네이트, 포스포트리에스테르, 포스포로아미데이트, 카바메이트 등) 또는 하전된 연결체 (예: 포스포로티오에이트, 포스포로디티오에이트 등)로의 변형을 포함할 수 있다. 또한 프라이머 또는 프로브는 검출 가능한 신호를 직접적으로 또는 간접적으로 제공할 수 있는 표지를 이용하여 변형될 수 있다. 상기 표지의 예는 방사성 동위원소, 형광성 분자, 또는 바이오틴을 포함할 수 있다.Additionally, primers or probes can be chemically synthesized using phosphoramidite solid support synthesis or other well-known methods. Additionally, these nucleic acid sequences can be modified through various methods known in the art. Examples of such modifications include methylation, capping, substitution of a native nucleotide with one or more homologs, or modifications between nucleotides, such as uncharged linkages (e.g., methyl phosphonate, phosphotriester, phosphoroamidate, carbamate). etc.) or charged linkages (e.g., phosphorothioate, phosphorodithioate, etc.). Additionally, primers or probes may be modified using labels that can directly or indirectly provide a detectable signal. Examples of such labels may include radioactive isotopes, fluorescent molecules, or biotin.

본 명세서에서 용어, "진단"은, 특정 개체에 대하여 칼륨 채널병증이 이미 발병하였는지 여부를 판별하는 것을 의미한다.As used herein, the term “diagnosis” refers to determining whether potassium channelopathy has already developed in a specific individual.

본 명세서에서 용어, "예측"은, 특정 개체에 대하여 칼륨 채널병증이 발병할 가능성이 있는지, 발병할 가능성이 있다면 칼륨 채널병증이 발병할 가능성이 불특정 다수인에 비하여 상대적으로 높은지 여부를 판별하는 것을 의미한다.In this specification, the term "prediction" refers to determining whether a specific individual is likely to develop potassium channelopathy, and if so, whether the likelihood of developing potassium channelopathy is relatively high compared to an unspecified number of people. it means.

다른 양상은 상기 칼륨 채널병증 진단용 조성물을 포함하는, 칼륨 채널병증 진단용 키트를 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기 키트에도 공히 적용된다.Another aspect is to provide a kit for diagnosing potassium channelopathy, including the composition for diagnosing potassium channelopathy. The same parts as described above also apply to the kit.

상기 키트는 상기 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 이를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하거나 발현 수준을 측정함으로써, 칼륨 채널병증의 발병 가능성 및 예후 등을 진단 또는 예측할 수 있는 효과가 있다. The kit has the effect of diagnosing or predicting the possibility of onset and prognosis of potassium channelopathy by detecting or measuring the expression level of the KCNQ4 protein variant, its fragment, or polynucleotide encoding it.

상기 키트는 칼륨 채널병증의 발병을 예측하는데 필요한 시료를 더 포함할 수 있다. 상기 키트는 고체 지지체, 항체 또는 항원 결합 단편의 면역학적 검출을 위하여 기질, 적합한 완충용액, 발색 효소, 형광물질로 표지된 2 차 항체, 또는 발색 기질을 포함할 수 있다. 상기 키트는 핵산 검출을 위하여, 중합효소, 완충제, 핵산, 조효소, 형광물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 중합 효소는 예를 들어 Taq 중합효소이다.The kit may further include samples necessary to predict the onset of potassium channelopathy. The kit may include a solid support, a substrate for immunological detection of an antibody or antigen-binding fragment, a suitable buffer solution, a chromogenic enzyme, a secondary antibody labeled with a fluorescent substance, or a chromogenic substrate. The kit may include polymerase, buffer, nucleic acid, coenzyme, fluorescent substance, or a combination thereof for nucleic acid detection. The polymerase is, for example, Taq polymerase.

구체적으로 상기 키트는 PCR 키트, RT-PCR 키트, qRT-PCR 키트, DNA 칩 키트, 웨스턴 블랏 키트, 또는 ELISA 키트 일 수 있다.Specifically, the kit may be a PCR kit, RT-PCR kit, qRT-PCR kit, DNA chip kit, Western blot kit, or ELISA kit.

상기 PCR 키트는 PCR을 수행하기 위해 필요한 필수 요소를 포함하는 키트일 수 있다. PCR 키트는, 상기 유전자들 또는 메틸화 영역에 대한 특이적인 폴리뉴클레오티드, 프라이머 또는 프로브 외에도 테스트 튜브 또는 다른 적절한 컨테이너, 반응 완충액 (pH 및 마그네슘 농도는 다양), 데옥시뉴클레오타이드 (dNTPs), Taq-폴리머라아제 및 역전사효소와 같은 효소, DNase, RNAse 억제제, DEPC-수 (DEPC-water) 및 멸균수 등을 포함할 수 있다.The PCR kit may be a kit containing essential elements required to perform PCR. A PCR kit, in addition to polynucleotides, primers or probes specific for the genes or methylation regions, contains test tubes or other suitable containers, reaction buffer (pH and magnesium concentration vary), deoxynucleotides (dNTPs), Taq-polymers, etc. It may include enzymes such as enzymes and reverse transcriptase, DNase, RNAse inhibitors, DEPC-water, and sterilized water.

상기 RT-PCR 키트는 RT-PCR을 수행하기 위해 필요한 필수 요소를 포함하는 키트일 수 있으며, RT-PCR 키트는, 상기 유전자들 또는 메틸화 영역에 대한 특이적인 각각의 프라이머 외에도 테스트 튜브 또는 다른 적절한 컨테이너, 반응 완충액(pH 및 마그네슘 농도는 다양), 디옥시뉴클레오타이드(dNTPs), 디디옥시뉴클레오타이드(ddNTPs), Taq-폴리머라아제 및 역전사효소와 같은 효소, DNase, RNAse 억제제, DEPC-수(DEPC-water), 멸균수 등을 포함할 수 있다.The RT-PCR kit may be a kit containing the essential elements required to perform RT-PCR, and the RT-PCR kit may include a test tube or other appropriate container in addition to each primer specific for the genes or methylation regions. , reaction buffer (pH and magnesium concentration vary), deoxynucleotides (dNTPs), dideoxynucleotides (ddNTPs), enzymes such as Taq-polymerase and reverse transcriptase, DNase, RNAse inhibitors, DEPC-water. ), sterilized water, etc.

상기 DNA 칩 키트는 DNA 칩을 수행하기 위해 필요한 필수 요소를 포함하는 키트일 수 있으며, DNA 칩 키트는 상기 유전자들 또는 메틸화 영역에 대한 특이적인 폴리뉴클레오티드, 프라이머 또는 프로브가 부착되어 있는 기판을 포함하고 기판은 정량 대조구 유전자 또는 그의 단편에 해당하는 핵산을 포함할 수 있다.The DNA chip kit may be a kit containing the essential elements needed to perform the DNA chip, and the DNA chip kit includes a substrate to which a specific polynucleotide, primer, or probe for the genes or methylation regions is attached, The substrate may include a nucleic acid corresponding to a quantitative control gene or a fragment thereof.

또 다른 양상은 개체로부터 분리된 생물학적 시료로부터 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하거나 발현수준을 측정하는 단계를 포함하는, 칼륨 채널병증의 진단 또는 치료를 위한 정보 제공 방법으로서, 상기 KCNQ4 단백질 변이체는 a) 271번째 및 272번째 아미노산인 알라닌 및 아스파라긴산이 결실된 변이체, b) 331번째 아미노산인 아르기닌이 글루타민으로 치환된 변이체 및 c) 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것인, 방법을 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기 방법에도 공히 적용된다.Another aspect is providing information for diagnosis or treatment of potassium channelopathy, comprising detecting or measuring the expression level of a KCNQ4 protein variant, fragment thereof, or polynucleotide encoding the protein variant from a biological sample isolated from an individual. As a method, the KCNQ4 protein variants include a) a variant in which the 271st and 272nd amino acids alanine and aspartic acid are deleted, b) a variant in which the 331st amino acid arginine is substituted with glutamine, and c) the 319th amino acid glycine is substituted with aspartic acid. To provide a method, which is at least one selected from the group consisting of variants. The same parts as described above also apply to the above method.

본 명세서에서 용어, "개체"는 칼륨 채널병증이 발병되거나 발병될 가능성이 있는 모든 생물체를 의미하며, 구체적인 예로, 포유동물, 예를 들면, 인간, 소, 말, 돼지, 개, 양, 염소, 또는 고양이일 수 있다.As used herein, the term “individual” refers to any organism that develops or is likely to develop potassium channelopathy, and specific examples include mammals, such as humans, cattle, horses, pigs, dogs, sheep, goats, Or it could be a cat.

상기 생물학적 시료는 상기 개체로부터 수득된 시료를 말한다. 상기 생물학적 시료는 예를 들면 혈액, 혈장, 혈청, 골수액, 림프액, 타액, 누액, 점막액, 양수, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 생물학적 시료는 시료로부터 수득된 단백질 시료 또는 핵산 시료를 포함하며, 상기 핵산 시료는 DNA, mRNA, 또는 mRNA로부터 합성되는 cDNA 등을 포함하는 것일 수 있다.The biological sample refers to a sample obtained from the individual. The biological sample may be, for example, blood, plasma, serum, bone marrow fluid, lymph fluid, saliva, tear fluid, mucosal fluid, amniotic fluid, or a combination thereof. The biological sample includes a protein sample or a nucleic acid sample obtained from the sample, and the nucleic acid sample may include DNA, mRNA, or cDNA synthesized from mRNA.

상기 검출하거나 발현 수준을 측정하는 단계는 상기 생물학적 시료와, 상기 단백질 변이체 또는 이의 단편에 특이적으로 결합하는 항체 또는 이의 항원 결합 단편, 또는 앱타머를 인큐베이션시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 측정하는 단계는 전기영동, 면역블로팅, 효소 결합 면역흡착 분석법(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay: ELISA), 단백질 칩, 면역침강, 마이크로어레이, 전자현미경법(electron microscopy), 또는 이들의 조합으로 수행될 수 있다. 상기 전기영동은 SDS-PAGE, 등전점 전기영동, 2차원 전기영동, 또는 이들의 조합일 수 있다.The step of detecting or measuring the expression level may include incubating the biological sample with an antibody, antigen-binding fragment thereof, or aptamer that specifically binds to the protein variant or fragment thereof. The measuring step is performed by electrophoresis, immunoblotting, Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA), protein chip, immunoprecipitation, microarray, electron microscopy, or a combination thereof. It can be. The electrophoresis may be SDS-PAGE, isoelectric electrophoresis, two-dimensional electrophoresis, or a combination thereof.

상기 검출하거나 발현 수준을 측정하는 단계는 상기 생물학적 시료와, 상기 단백질 변이체 또는 이의 단편을 암호화하는 폴리뉴클레오티드와 동일하거나 또는 이에 상보적인 폴리뉴클레오티드와 인큐베이션시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 측정하는 단계는 노던 블로팅(Northern blotting) 또는 폴리머라제 증폭 반응(polymerase chain reaction: PCR)으로 수행될 수 있다. 상기 PCR은 실시간 PCR 또는 역전사 PCR일 수 있다.The step of detecting or measuring the expression level may include incubating the biological sample with a polynucleotide that is identical to or complementary to a polynucleotide encoding the protein variant or fragment thereof. The measuring step may be performed by Northern blotting or polymerase chain reaction (PCR). The PCR may be real-time PCR or reverse transcription PCR.

상기 방법은 상기 분리된 생물학적 시료로부터 상기의 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드가 검출될 경우, 상기 개체를 칼륨 채널병증이 발병한 것으로 판별하거나 발병 위험을 높은 수준으로 예측하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다.The method determines that the individual has potassium channelopathy or predicts the risk of developing it at a high level when the KCNQ4 protein variant, fragment thereof, or polynucleotide encoding the protein variant is detected in the isolated biological sample. It may include an additional step.

상기 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하거나 발현수준을 측정하는 단계는 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 이형접합 변이체/돌연변이인지 또는 동종접합 변이체/돌연변이인지 확인하는 것을 포함하는 것일 수 있다.The step of detecting or measuring the expression level of the KCNQ4 protein variant, fragment thereof, or polynucleotide encoding the protein variant includes confirming whether the KCNQ4 protein variant is a heterozygous variant/mutation or a homozygous variant/mutation. You can.

상기 방법은 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 271번째 및 272번째 아미노산인 알라닌 및 아스파라긴산이 결실된 변이체 또는 331번째 아미노산인 아르기닌이 글루타민으로 치환된 변이체인 경우, 상기 칼륨 채널병증은 칼륨 채널 기능의 불활성화 또는 저활성화에 의한 것으로 판별하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있으며, 상기 변이체는 이형접합 또는 동종접합일 수 있다.The method is used when the KCNQ4 protein variant is a variant in which alanine and aspartic acid, which are the 271st and 272nd amino acids, are deleted, or a variant in which arginine, the 331st amino acid, is substituted with glutamine, the potassium channelopathy is caused by inactivation or low potassium channel function. It may further include a step of determining that it is due to activation, and the variant may be heterozygous or homozygous.

상기 방법은 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체로서 이형접합(heterozygous) 변이체인 경우, 상기 칼륨 채널병증은 칼륨 채널 기능의 과활성화에 의한 것으로 판별하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다.The method further includes the step of determining that if the KCNQ4 protein variant is a heterozygous variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid, the potassium channelopathy is caused by hyperactivation of potassium channel function. It may be.

상기 방법은 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체로서 동종접합 변이체인 경우, 상기 칼륨 채널병증은 칼륨 채널 기능의 불활성화 또는 저활성화에 의한 것으로 판별하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다.The method further includes the step of determining that if the KCNQ4 protein variant is a homozygous variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid, the potassium channelopathy is caused by inactivation or hypoactivation of potassium channel function. It may be.

상기 방법은 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 331번째 아미노산인 아르기닌이 글루타민으로 치환된 변이체로서 이형접합 변이체인 경우, 상기 개체를 칼륨 채널 활성제를 이용한 치료 대상으로 판별하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다. The method may further include the step of determining the individual as a target for treatment using a potassium channel activator when the KCNQ4 protein variant is a heterozygous variant in which arginine, the 331st amino acid, is substituted with glutamine.

상기 칼륨 채널 활성제는 레티가빈(retigabine, Ret), 아연 피리티온(zinc pyrithione, ZnPy) 등을 포함하는 KCNQ 오프너 또는 PIP5K(Phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase)를 포함하는 PIP2(Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate) 활성화제일 수 있다.The potassium channel activator is a KCNQ opener including retigabine (Ret), zinc pyrithione (ZnPy), or PIP2 (Phosphatidylinositol 4,5-phosphate) including PIP5K (Phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase). bisphosphate) may be an activator.

상기 방법은 상기 KCNQ4 단백질 변이체가 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체로서 이형접합 변이체인 경우, 상기 개체를 칼륨 채널 활성 억제제를 이용한 치료 대상으로 판별하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다.The method may further include the step of determining the individual as a target for treatment using a potassium channel activity inhibitor when the KCNQ4 protein variant is a heterozygous variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid.

상기 칼륨 채널 활성 억제제는 리노피르딘(Linopirdine) 등을 포함하는 KCNQ 억제제 또는 PLL (polycation poly-L-lysine) 등을 포함하는 PIP2 킬레이트제를 포함하는 것일 수 있다.The potassium channel activity inhibitor may include a KCNQ inhibitor including linopirdine, or a PIP2 chelating agent including polycation poly-L-lysine (PLL).

본 발명에서는 신규한 KCNQ4 변이체인 a) 271번째 및 272번째 아미노산인 알라닌 및 아스파라긴산이 결실된 변이체(A271_D272del), b) 331번째 아미노산인 아르기닌이 글루타민으로 치환된 변이체(R331Q) 및 c) 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체(G319D)를 발견하였으며, 상기 변이체를 검출함으로서 KCNQ4 칼륨 채널의 기능 이상 및 이에 의한 비증후군성 난청을 진단할 수 있음을 확인하였다.In the present invention, the novel KCNQ4 variants are a) a variant in which alanine and aspartic acid, the 271st and 272nd amino acids, are deleted (A271_D272del), b) a variant in which the 331st amino acid, arginine, is replaced with glutamine (R331Q), and c) the 319th amino acid. A variant (G319D) in which glycine was replaced with aspartic acid was discovered, and it was confirmed that by detecting this variant, dysfunction of the KCNQ4 potassium channel and non-syndromic hearing loss caused by it could be diagnosed.

또한, R331Q 이형접합 변이의 경우 칼륨 채널 기능이 억제되고 칼륨 채널 활성화제를 처리한 경우 채널 기능이 회복되는 것을 확인하였으며, G319D 이형접합 변이의 경우 반대로 칼륨 채널 기능이 과활성화되고 칼륨 채널 활성 억제제를 처리한 경우 채널 기능이 정상화되는 것을 확인하였다. 따라서, 이를 이용하면 비증후군성 난청을 포함하는 칼륨 채널병증의 근본적인 발병원인을 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 효과적인 치료방식을 제안할 수 있다.In addition, in the case of the R331Q heterozygous mutation, it was confirmed that the potassium channel function was inhibited and that the channel function was recovered when treated with a potassium channel activator, while in the case of the G319D heterozygous mutation, on the contrary, the potassium channel function was overactivated and the potassium channel activity inhibitor was treated. When processed, it was confirmed that the channel function was normalized. Therefore, using this, not only can the fundamental cause of potassium channelopathy, including non-syndromic hearing loss, be identified, but also an effective treatment method can be proposed.

또 다른 양상은 KCNQ4 단백질 및 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 KCNQ4 단백질 변이체를 발현하는 형질전환체를 포함하는, 칼륨 채널 활성 억제제 스크리닝용 조성물을 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기 조성물에도 공히 적용된다.Another aspect is to provide a composition for screening potassium channel activity inhibitors, comprising a KCNQ4 protein and a transformant expressing a KCNQ4 protein variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid. The same parts as described above also apply to the composition.

본 명세서에서 용어, "형질전환"이란, 유전자조작 기법을 사용하여 외부로부터 도입된 핵산을 포함하는 플라스미드 또는 유전체에 의해 숙주세포(원핵 및 진핵생물, 동물세포 및 식물세포)의 유전형질이 변화되는 현상을 의미하며, 용어 "형질전환체"란 외부로부터 도입된 플라스미드 유전자 또는 유전체 DNA가 세포분열을 반복 하더라도 안정적으로 유전자를 보유하며, 안정적으로 유전자의 발현을 유지하는 세포를 의미한다. 상기 형질전환을 수행하기 위하여는, 핵산을 유기체, 세포, 조직, 기관 또는 핵산내로 도입하는 어떤 방법도 사용될 수 있고, 구체적으로 당해 분야에서 공지된 바와 같이 숙주 세포에 따라 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다.As used herein, the term "transformation" refers to a change in the genetic characteristics of host cells (prokaryotic and eukaryotic, animal and plant cells) by a plasmid or genome containing nucleic acids introduced from outside using genetic engineering techniques. refers to a phenomenon, and the term "transformant" refers to a cell that stably retains a gene and stably maintains gene expression even if a plasmid gene or genomic DNA introduced from outside undergoes repeated cell division. In order to perform the transformation, any method of introducing a nucleic acid into an organism, cell, tissue, organ or nucleic acid can be used, and is specifically performed by selecting an appropriate standard technique depending on the host cell as known in the art. can do.

본 명세서에서 용어, "숙주세포"란, 외부 핵산의 도입 대상이 되는 세포를 의미하며, 구체적으로 대장균(Escherichiacoli), 바실러스 서브틸리스(Bacillussubtilis), 스트렙토마이세스 속(Streptomycessp.), 슈도모나스 속(Pseudomonassp.), 프로테우스 미라빌리스(Proteusmirabilis) 또는 스타필로코쿠스 속(Staphylococcussp.)과 같은 원핵생물; 진균(예를 들어, 아스페르길러스 속(Aspergillussp.)), 효모(예를 들어, 피키아 파스토리스 (Pichiapastoris), 사카로마이세스 세르비시애 (Saccharomycescerevisiae), 쉬조사카로마이세스 속 (Schizosaccharomyces sp.), 뉴로스포라 크라사 (Neurosporacrassa) 등과 같은 하등 진핵생물; 곤충 세포, 식물 세포, CHO, HeLa, HEK293, 및 COS-1과 같은 포유 동물 등을 포함하는 고등 진핵생물 유래의 세포 등이 사용될 수 있다. 또한, 당 업계에서 일반적으로 사용되는, 배양된 세포 (in vitro), 이식된 세포 (graft cell) 및 일차 세포 배양 (인 비트로(in vitro) 및 엑스 비보(ex vivo)), 및 인 비보 (in vivo) 세포, 및 또한 인간을 포함하는 포유동물의 세포 (mammalian cell)일 수 있다. As used herein, the term "host cell" refers to a cell into which foreign nucleic acids are introduced, specifically Escherichia coli, Bacillus subtilis , Streptomycess genus, Pseudomonas genus ( Prokaryotes such as Pseudomonassp. ), Proteus mirabilis or Staphylococcussp .; Fungi (e.g., Aspergillus sp. ), Yeasts (e.g., Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae ), Schizosaccharomyce s sp. ), Neurospora crassa, etc., lower eukaryotes; cells from higher eukaryotes, including insect cells, plant cells, mammals such as CHO, HeLa, HEK293, and COS-1, etc. In addition, cultured cells (in vitro), graft cells (graft cells) and primary cell cultures (in vitro and ex vivo), commonly used in the art, and in vivo cells, and also mammalian cells, including humans.

상기 조성물은 상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체가 형질주입된 안정성 세포 모델(stable cell line)의 형태일 수 있다.The composition may be in the form of a stable cell line into which the KCNQ4 wild-type protein and the KCNQ4 protein variant are transfected.

상기 형질전환체는 상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 포함하는 발현 벡터가 포함된 것일 수 있다.The transformant may contain an expression vector containing a polynucleotide encoding the KCNQ4 wild-type protein and the KCNQ4 protein variant.

본 명세서에서의 용어 "발현벡터"란, 적당한 숙주세포에 도입되어 목적 단백질을 발현할 수 있는 재조합 벡터로서, 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 말한다. 상기 용어 "작동가능하게 연결된(operably linked)"이란, 일반적 기능을 수행하도록 핵산 발현 조절 서열과 목적하는 단백질을 코딩하는 핵산 서열이 기능적으로 연결되어 있는 것을 의미한다. 재조합 벡터와의 작동적 연결은 당해 기술분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용하여 용이하게 할 수 있다.As used herein, the term “expression vector” refers to a recombinant vector that can be introduced into a suitable host cell to express a protein of interest, and refers to a genetic construct containing essential regulatory elements operably linked to express the gene insert. The term “operably linked” means that a nucleic acid expression control sequence and a nucleic acid sequence encoding a protein of interest are functionally linked to perform a general function. Operational linkage with a recombinant vector can be prepared using genetic recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cutting and ligation can be easily performed using enzymes generally known in the art. there is.

본 발명의 적합한 발현벡터는 프로모터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널 및 인핸서 같은 발현 조절 엘리먼트 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 시그널 서열을 포함할 수 있다. 개시 코돈 및 종결 코돈은 일반적으로 면역원성 표적 단백질을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열의 일부로 간주되며, 유전자 작제물이 투여되었을 때 개체에서 반드시 작용을 나타내야 하며 코딩 서열과 인프레임(in frame)에 있어야 한다. 일반 프로모터는 구성적 또는 유도성일 수 있고, 원핵 세포의 경우에는 lac, tac, T3 및 T7 프로모터, 진핵세포의 경우에는 원숭이 바이러스 40(SV40), 마우스 유방 종양 바이러스(MMTV) 프로모터, 사람 면역 결핍 바이러스(HIV), 예를 들어 HIV의 긴 말단 반복부(LTR) 프로모터, 몰로니 바이러스, 시토메갈로바이러스(CMV), 엡스타인 바 바이러스(EBV), 로우스 사코마 바이러스(RSV) 프로모터뿐만 아니라, β-액틴 프로모터, 사람 헤로글로빈, 사람 근육 크레아틴, 사람 메탈로티오네인 유래의 프로모터 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다.A suitable expression vector of the present invention may include signal sequences for membrane targeting or secretion in addition to expression control elements such as a promoter, start codon, stop codon, polyadenylation signal, and enhancer. The initiation codon and stop codon are generally considered to be part of the nucleotide sequence encoding the immunogenic target protein and must be functional in the subject when the genetic construct is administered and must be in frame with the coding sequence. Common promoters can be constitutive or inducible and include the lac, tac, T3, and T7 promoters in prokaryotes, the simian virus 40 (SV40), mouse mammary tumor virus (MMTV) promoters, and human immunodeficiency virus in eukaryotes. (HIV), e.g. the long terminal repeat (LTR) promoter of HIV, Moloney virus, cytomegalovirus (CMV), Epstein Barr virus (EBV), and Rouss sarcoma virus (RSV) promoters, as well as the β- Actin promoters, human heroglobin, human muscle creatine, human metallothionein-derived promoters, etc., but are not limited thereto.

또한, 상기 발현벡터는 벡터를 함유하는 숙주 세포를 선택하기 위한 선택성 마커를 포함할 수 있다. 선택마커는 벡터로 형질전환된 세포를 선별하기 위한 것으로, 약물 내성, 영양 요구성, 세포 독성제에 대한 내성 또는 표면 단백질의 발현과 같은 선택가능 표현형을 부여하는 마커들이 사용될 수 있다. 선택제(selective agent)가 처리된 환경에서는 선별 마커를 발현하는 세포만 생존하므로 형질전환된 세포가 선별 가능하다. 또한, 벡터가 복제가능한 발현벡터인 경우, 복제가 개시되는 특정 핵산 서열인 복제원점(replication origin)을 포함할 수 있다.Additionally, the expression vector may include a selectable marker for selecting host cells containing the vector. A selection marker is used to select cells transformed with a vector, and markers that confer selectable phenotypes such as drug resistance, auxotrophy, resistance to cytotoxic agents, or expression of surface proteins may be used. In an environment treated with a selective agent, only cells expressing the selection marker survive, so transformed cells can be selected. Additionally, if the vector is a replicable expression vector, it may contain a replication origin, which is a specific nucleic acid sequence where replication is initiated.

외래 유전자를 삽입하기 위한 재조합 발현 벡터로는 플라스미드, 바이러스, 코즈미드 등 다양한 형태의 벡터를 사용할 수 있다. 재조합 벡터의 종류는 원핵세포 및 진핵세포의 각종 숙주세포에서 원하는 유전자를 발현하고 원하는 단백질을 생산하는 기능을 하는 한 특별히 제한되지 않지만, 구체적으로 강력한 활성을 나타내는 프로모터와 강한 발현력을 보유하면서 자연 상태와 유사한 형태의 외래 단백질을 대량으로 생산할 수 있는 벡터가 이용될 수 있다.Various types of vectors, such as plasmids, viruses, and cosmids, can be used as recombinant expression vectors for inserting foreign genes. The type of recombinant vector is not particularly limited as long as it functions to express the desired gene and produce the desired protein in various host cells of prokaryotic and eukaryotic cells, but specifically, it has a highly active promoter and strong expression ability while maintaining a natural state. Vectors that can produce large quantities of foreign proteins of a similar form can be used.

본 발명의 단백질을 발현시키기 위하여, 다양한 숙주와 벡터의 조합이 이용될 수 있다. 진핵숙주에 적합한 발현 벡터로는 이에 제한되지 않지만, SV40, 소 유두종바이러스, 아데노바이러스, 아데노-연관 바이러스(adenoassociated virus), 시토메갈로바이러스 및 레트로바이러스로부터 유래된 발현 조절 서열 등이 포함될 수 있다. 세균 숙주에 사용할 수 있는 발현 벡터로는 이에 제한되지 않지만, pET21a, pET, pRSET, pBluescript, pGEX2T, pUC 벡터, col E1, pCR1, pBR322, pMB9 또는 이들의 유도체 등을 포함하는 대장균(Escherichia coli)에서 얻어지는 세균성 플라스미드, RP4와 같이 보다 넓은 숙주 범위를 갖는 플라스미드, λgt10, λgt11 또는 NM989 등의 파지 람다(phage lambda) 유도체로 예시될 수 있는 파지 DNA, 및 M13과 필라멘트성 단일가닥의 DNA 파지와 같은 기타 다른 DNA 파지 등이 포함될 수 있다. 효모 세포에는 2℃플라스미드 또는 그의 유도체 등이 사용될 수 있으며, 곤충 세포에는 pVL941 등이 사용될 수 있다.To express the protein of the present invention, a combination of various hosts and vectors can be used. Expression vectors suitable for eukaryotic hosts may include, but are not limited to, expression control sequences derived from SV40, bovine papillomavirus, adenovirus, adeno-associated virus, cytomegalovirus, and retrovirus. Expression vectors that can be used in bacterial hosts include, but are not limited to, pET21a, pET, pRSET, pBluescript, pGEX2T, pUC vector, col E1, pCR1, pBR322, pMB9 or their derivatives in Escherichia coli. The resulting bacterial plasmids, plasmids with a wider host range such as RP4, phage DNA, which can be exemplified by phage lambda derivatives such as λgt10, λgt11 or NM989, and others such as M13 and filamentous single-stranded DNA phages. Other DNA phages, etc. may be included. A 2°C plasmid or a derivative thereof may be used for yeast cells, and pVL941 may be used for insect cells.

상기 형질전환체는 상기 KCNQ4 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체를 공동으로 발현하는 것으로서, 상기 KCNQ4 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체는 7:1 내지 1:2의 비율로 발현되는 것일 수 있으며, 구체적으로 7:1, 6:1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1 또는 1:2의 비율로 발현되는 것일 수 있고, 보다 구체적으로 1:1의 비율로 발현되는 것일 수 있다.The transformant co-expresses the KCNQ4 protein and the KCNQ4 protein variant, and the KCNQ4 protein and the KCNQ4 protein variant may be expressed at a ratio of 7:1 to 1:2, specifically 7:1, 6 It may be expressed at a ratio of :1, 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1 or 1:2, and more specifically, it may be expressed at a ratio of 1:1.

상기 형질전환체는 상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체를 포함하는 융합단백질을 발현하는 것일 수 있다. 상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체는 각각에 직접적으로 연결될 수도 있고, 링커를 통해 연결될 수도 있다.The transformant may express a fusion protein containing the KCNQ4 wild-type protein and the KCNQ4 protein variant. The KCNQ4 wild-type protein and KCNQ4 protein variant may be linked directly to each other or may be linked through a linker.

상기 링커는 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체 각각의 활성을 나타내게 하는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 구체적으로는 글라이신, 알라닌, 루이신, 이소루이신, 프롤린, 세린, 트레오닌, 아스파라긴, 아스파르트산, 시스테인, 글루타민, 글루탐산, 리신, 아르기닌산 등의 아미노산을 사용하여 연결시킬 수 있고, 보다 구체적으로는 발린, 루이신, 아스파르트산, 글라이신, 알라닌, 프롤린 등을 여러개 사용하여 연결시킬 수 있으며 상기 아미노산을 1개 내지 20개씩 연결하여 사용할 수 있다.The linker is not particularly limited as long as it exhibits the activities of the KCNQ4 wild-type protein and the KCNQ4 protein variant, but specifically, glycine, alanine, leucine, isoleucine, proline, serine, threonine, asparagine, aspartic acid, cysteine, It can be linked using amino acids such as glutamine, glutamic acid, lysine, and arginic acid. More specifically, it can be linked using multiple amino acids such as valine, leucine, aspartic acid, glycine, alanine, and proline, and one of the above amino acids. It can be used by connecting up to 20 units at a time.

상기 융합 단백질에서 상기 KCNQ4 단백질 변이체는 KCNQ4 야생형 단백질의 N-말단 또는 C-말단에 연결된 것일 수 있으며, 구체적으로 C-말단에 연결된 것일 수 있다.In the fusion protein, the KCNQ4 protein variant may be linked to the N-terminus or C-terminus of the KCNQ4 wild-type protein, and may be specifically linked to the C-terminus.

상기 융합 단백질은 상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체가 공동-발현되어, 구체적으로 1:1로 발현됨으로서 야생형 및 변이체가 2:2의 비율로 조립된 KCNQ4 채널을 구성할 수 있다. The fusion protein is co-expressed with the KCNQ4 wild-type protein and the KCNQ4 protein variant, specifically expressed 1:1, thereby forming a KCNQ4 channel in which the wild type and the variant are assembled at a ratio of 2:2.

상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 KCNQ4 단백질 변이체가 공동발현되어 조립된 KCNQ4 이종사량체 채널은 KCNQ4 야생형 단백질로 조립된 동종사량체 채널보다 칼륨 채널이 과활성화되며, 칼륨 채널 활성 억제제 또는 KCNQ4 억제제를 처리할 경우 칼륨 채널의 활성화가 억제되는 것을 확인하였다. 따라서, 상기의 KCNQ4 이종사량체 채널 및 이를 포함하는 형질전환체를 이용하면 칼륨 채널 활성 억제제를 효율적으로 스크리닝할 수 있다.The KCNQ4 heterotetrameric channel assembled by co-expressing the KCNQ4 wild-type protein and a KCNQ4 protein variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid, has a potassium channel overactivation compared to the homotetrameric channel assembled with the KCNQ4 wild-type protein, and the potassium channel It was confirmed that the activation of potassium channels was inhibited when treated with an activity inhibitor or KCNQ4 inhibitor. Therefore, potassium channel activity inhibitors can be efficiently screened using the KCNQ4 heterotetrameric channel and a transformant containing it.

또 다른 양상은 1) KCNQ4 야생형 단백질 및 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 KCNQ4 단백질 변이체를 발현하는 형질전환체에 칼륨 채널 활성 억제제 후보물질을 처리하는 단계; 및 2) 상기 후보물질이 처리된 형질전환체의 칼륨 채널 활성화 정도를 측정하는 단계를 포함하는, 칼륨 채널 활성 억제제 스크리닝 방법을 제공하는 것이다. 상기에서 설명한 내용과 동일한 부분은 상기 방법에도 공히 적용된다.Another aspect is 1) treating a transformant expressing the KCNQ4 wild-type protein and a KCNQ4 protein variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid, with a potassium channel activity inhibitor candidate; and 2) measuring the degree of potassium channel activation of the transformant treated with the candidate material. The same parts as described above also apply to the above method.

상기 방법은 상기 후보물질에 의해 칼륨 채널의 활성화가 억제되는 경우 상기 후보물질을 칼륨 채널 활성 억제제로 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것일 수 있다.The method may further include the step of determining that the candidate substance is a potassium channel activity inhibitor when activation of the potassium channel is inhibited by the candidate substance.

상기 방법에서 칼륨 채널 활성화 정도를 측정하는 단계는 세포 내 칼륨 이온의 잔류랑 또는 칼륨 이온의 이동 수준을 측정하거나, 칼륨 이온의 이동에 따른 전류 및/또는 전압의 변화 정도를 측정하는 등의 전기생리학적 분석을 통해 확인하는 것일 수 있으며, 구체적으로 패치 클램프(patch clamp)를 이용하는 것일 수 있다.In the above method, the step of measuring the degree of potassium channel activation is electrophysiology, such as measuring the level of residual potassium ions or movement of potassium ions in the cell, or measuring the degree of change in current and/or voltage due to movement of potassium ions. This may be confirmed through scientific analysis, and specifically, it may be using patch clamps.

일 양상에 따른 칼륨 채널병증을 진단하기 위한 조성물, 키트, 및 이를 이용한 칼륨 채널병증을 진단하기 위한 정보제공 방법에 따르면, 칼륨 채널병증의 발병 여부 및 예후를 객관적이고, 신속하고, 높은 정확도 및 특이도로 검출하는데 이용할 수 있다.According to a composition for diagnosing potassium channelopathy, a kit, and a method for providing information for diagnosing potassium channelopathy using the same, the occurrence and prognosis of potassium channelopathy can be determined objectively, quickly, with high accuracy and specificity. It can be used for road detection.

도 1은 신규한 KCNQ4 변이체를 포함하는 가계도의 청각적 표현형 및 시퀀싱 분석 결과를 나타낸 도면이다:
(A) 상이한 청각적 표현형을 갖는 4명의 계보발단자의 순음 청력검사 결과를 나타낸다: 고주파수 청력 손실(SB228 및 SB155), 중간 주파수 청력 손실(SB356) 및 저주파수 청력 손실(SB62).
(B) 가계도 별 생어 시퀀싱 크로마토 그램 분석 결과를 나타낸다:
(C) 다양한 KCNQ4 오솔로그 및 파라로그에서 신규한 변이체가 잘 보존되어 있음을 확인하였다.
도 2는 KCNQ4의 기능성 도메인 맵에 대한 개략도를 나타낸다. 구체적으로, 본 발명에서 확인한신규한 KCNQ4 변이체는 기공 루프 도메인에 위치한 p.A271_D272del, 막 횡단 S6 세그먼트의 C- 말단 부분에 위치한 p.G319D, 근위 세포질 C- 말단에 위치한 p.R331Q.이다.
도 3은 KCNQ4 변이체 채널의 손상된 채널 전도도 및 우성-음성 효과를 나타낸 도면이다:
(A) KCNQ4 WT, p.S269del, p.A271_D272del, p.G319D, p.R331Q 또는 GFP를 일시적으로 발현하는 HEK293T 세포로부터 기록된 전체 세포 K+ 전류를 나타낸다. 동종체 KCNQ4 변이 채널에서 KCNQ4-매개 K+ 전류인 리노피르딘 (30μM)-민감성 K+ 전류 ('subtracted')는 거의 감지되지 않았다.
(B) KCNQ4 WT 및 변이체의 콘카테머에서의 KCNQ4-매개 K+ 전류의 전류-전압(I-V) 관계를 나타낸 도면이다.
(C) KCNQ 오프너는 동종체 KCNQ4 변이 채널을 활성화시키지 않음을 확인하였다. 구체적으로, 레티가빈 (Ret, 10μM) 또는 Ret와 아연 피리티온 (Ret/ZnPy 10μM)의 조합은 변이 채널을 활성화시키지 못했다.
(D) 동종체 KCNQ4 변이 채널에 KCNQ 오프너를 처리한 후의 전류 밀도는 GFP의 밀도와 크게 다르지 않았다 (n = 7-9).
도 4는 KCNQ4 변이체 채널의 우성-음성적 효과를 나타낸다.
(A) 각각의 KCNQ4 변이체 (p.S269del, p.A271_D272del, p.G319D 또는 p.R331Q)는 KCNQ4 야생형(WT)와 표시된 몰비(야생형:변이체)공동발현되었고, + 40mV에서 KCNQ4-매개 K+ 전류가 측정되었다. K+ 전류 트레이스 아래의 점선은 -80mV의 유지 전위에서 전류 레벨이 0임을 나타낸다.
(B) +40mV (n=6-17)에서 야생형:변이체 cDNA 몰비에 따른 전류 밀도(pA/pF)를 나타낸 도면이며, cDNA의 총량은 빈 pRK5 벡터를 추가하여 모든 실험군에서 동일하게 하였다.
(C) KCNQ4 변이체 (var.) 채널의 공동 발현에 의한 WT 매개 전류 억제 정도를 나타낸 도면이다. +40 mV에서 전류 밀도의 평균 값을 정규화하고 전류 억제 비율을 WT / (WT + var.) cDNA 몰비에 대해 그래프화하였다. 정사각형 기호가 있는 점선은 우성-음성적 서브 유닛이 있는 사량체화 채널에 대해 예상되는 전류 억제 비율을 나타낸다.
도 5는 KCNQ4 변이체 텐덤 콘카테머 채널의 우성-음성적 효과를 나타낸다.
(A) KCNQ4 변이체 텐덤 콘카테머 채널의 구조에 대한 개략적인 모식도를 나타낸다.
(B) KCNQ4 WT 및 변이체의 콘카테머로 조립된 KCNQ4 채널로부터 기록된 전체 세포 K+ 전류를 나타낸다. GFP로 형질주입된 세포를 음성 대조군으로 사용하고, 비교를 위해 리노피르딘-민감성 전류를 뺐다.
(C) KCNQ4 WT 및 변이체의 콘카테머에서의 KCNQ4-매개 K+ 전류의 전류-전압(I-V) 관계를 나타낸 도면이다 (n = 4-21).
도 6은 KCNQ4 p.A271_D272del 또는 p.R331Q 변이체의 기능성을 확인한 도면이다.
(A) KCNQ4 WT, KCNQ4 p.A271_D272del 및 KCNQ4 p.R331Q로 형질주입된 HEK293T 세포의 면역 형광 관찰 결과를 나타낸 도면이다.
(B) KCNQ4 WT, KCNQ4 p.A271_D272del 및 KCNQ4 p.R331Q로 형질주입된 HEK293T 세포 표면의 바이오틸화 분석 결과를 나타낸 도면이다 (***, 통계적으로 유의미함).
도 7은 KCNQ4 변이 채널의 PIP5K에 의한 기능 회복 여부를 확인한 도면이다:
(A) 동종체 KCNQ4 변이 채널 (p.R331Q 및 p.G319D)과 텐덤 콘카테머로 조립된 이종체 KCNQ4 변이 채널(WT-p.R331Q 및 WT-p.G319D)에서 PIP5K 발현의 효과를 비교하였다. 전체 K+ 전류는 HEK 293T 세포에서 PIP5K 부재 (-PIP5K) 또는 PIP5K 발현 (+ PIP5K) 상태에서 측정되었다.
(B) WT-WT, WT-p.R331Q 및 WT-p.G319D로 조립된 탠덤 콘카테머 채널의 I-V 곡선을 나타낸다.
(C) WT-WT, WT-p.R331Q 및 WT-p.G319D로 조립된 탠덤 콘카테머 채널의 정상-상태 활성화 곡선을 나타낸다.
(D 및 E) WT, p.R331Q, p.G319D 동종체 채널 및 WT-WT, WT-p.R331Q 및 WT-p.G319D 탠덤 콘카테머 채널의 PIP5K 처리 유무에 따른 +40 Mv에서의 K+ 전류 밀도 및 반-활성화 전압(V0.5)을 나타낸다. 그래프의 수평 점선은 동종체 WT 채널 (WT)에서 얻은 값을 나타낸다(n = 10-12); ** P <0.01, *** P <0.005; NS, not significant.
도 8은 텐덤 콘카테머로 조립된 KCNQ4 변이체 채널의 KCNQ 오프너 처리에 따른 기능 회복 여부를 확인한 도면이다.
(A) HEK 293T 세포에서 PIP5K 부재 (-PIP5K) 또는 PIP5K 발현 (+PIP5K) 상태에서의 KCNQ 오프너 처리(ZnPy)에 따른 전체 K+ 전류를 측정하였다.
(B 및 C) WT, p.R331Q, p.G319D 동종체 채널 및 WT-WT, WT-p.R331Q 및 WT-p.G319D 탠덤 콘카테머 채널의 PIP5K 처리 유무 및 KCNQ 오프너(Ret 10 μM, ZnPy 10 μM 및 ML213 3 μM) 처리 유무에 따른 +40 Mv에서의 K+ 전류 밀도 및 반-활성화 전압(V0.5)을 나타낸다. 그래프의 수평 점선은 PIP5K 및 KCNQ 오프너가 처리되지 않은 동종체 WT 채널 (WT)에서 얻은 값을 나타낸다(n = 10-12).
도 9는 WT-p.G319D 텐덤 콘카테머로 조립된 KCNQ4 변이체 채널의 KCNQ 억제제 또는 PIP2 스크리닝에 따른 과활성화 억제 효과를 확인한 도면이다.
(A) WT-p.G319D 텐덤 콘카테머 채널의 리노피르딘 (3-10 μM) 처리에 따른 I-V 곡선(왼쪽) 및 활성화 곡선(오른쪽)을 나타낸다.
(B 및 C) WT-p.G319D 텐덤 콘카테머 채널의 PIP5K 처리 유무 및 폴리-L-라이신 (PLL, 10 또는 30 μg/ml) 처리에 따른 I-V 곡선(왼쪽) 및 활성화 곡선(오른쪽)을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 신규한 KCNQ4 변이체인 G319D의 비증후군성 난청 발병 기전을 나타낸 도면이다.
Figure 1 shows the results of acoustic phenotype and sequencing analysis of a pedigree containing a novel KCNQ4 variant:
(A) Shows pure-tone audiometry results from four genealogical progenitors with different auditory phenotypes: high-frequency hearing loss (SB228 and SB155), mid-frequency hearing loss (SB356), and low-frequency hearing loss (SB62).
(B) Shows the results of Sanger sequencing chromatogram analysis by family tree:
(C) It was confirmed that novel variants are well conserved in various KCNQ4 orthologs and paralogs.
Figure 2 shows a schematic diagram of the functional domain map of KCNQ4. Specifically, the novel KCNQ4 variants identified in the present invention are p.A271_D272del located in the pore loop domain, p.G319D located in the C-terminal part of the transmembrane S6 segment, and p.R331Q located in the proximal cytoplasmic C-terminus.
Figure 3 is a diagram showing impaired channel conductance and dominant-negative effect of KCNQ4 mutant channels:
(A) Shows whole-cell K + currents recorded from HEK293T cells transiently expressing KCNQ4 WT, p.S269del, p.A271_D272del, p.G319D, p.R331Q, or GFP. In isomeric KCNQ4 mutant channels, the KCNQ4-mediated K + current, linopyrdine (30 μM)-sensitive K + current (‘subtracted’), was barely detectable.
(B) A diagram showing the current-voltage (IV) relationship of KCNQ4-mediated K + current in the concatemer of KCNQ4 WT and mutants.
(C) It was confirmed that the KCNQ opener does not activate the homologous KCNQ4 variant channel. Specifically, retigabine (Ret, 10 μM) or the combination of Ret and zinc pyrithione (Ret/ZnPy 10 μM) failed to activate the variant channel.
(D) The current density after treating the isomeric KCNQ4 mutant channel with the KCNQ opener was not significantly different from that of GFP (n = 7-9).
Figure 4 shows the dominant-negative effect of KCNQ4 variant channels.
(A) Each KCNQ4 variant (p.S269del, p.A271_D272del, p.G319D, or p.R331Q) was coexpressed with KCNQ4 wild type (WT) at the indicated molar ratio (wild type:variant), and KCNQ4-mediated K + at 40 mV. The current was measured. The dashed line below the K + current trace indicates zero current level at a holding potential of -80 mV.
(B) This is a diagram showing the current density (pA/pF) according to the molar ratio of wild type: mutant cDNA at +40mV (n=6-17), and the total amount of cDNA was the same in all experimental groups by adding an empty pRK5 vector.
(C) This is a diagram showing the degree of WT-mediated current inhibition by co-expression of KCNQ4 mutant (var.) channel. The average value of the current density at +40 mV was normalized and the rate of current inhibition was plotted against the WT/(WT + var.) cDNA molar ratio. The dashed line with square symbols indicates the expected current inhibition ratio for tetramerized channels with dominant-negative subunits.
Figure 5 shows the dominant-negative effect of KCNQ4 variant tandem concatemer channels.
(A) A schematic diagram showing the structure of the KCNQ4 mutant tandem concatemer channel.
(B) Shows whole-cell K + currents recorded from KCNQ4 channels assembled with concatemers of KCNQ4 WT and mutants. Cells transfected with GFP were used as a negative control, and linopyrdin-sensitive currents were subtracted for comparison.
(C) This is a diagram showing the current-voltage (IV) relationship of KCNQ4-mediated K + current in the concatemer of KCNQ4 WT and mutants (n = 4-21).
Figure 6 is a diagram confirming the functionality of the KCNQ4 p.A271_D272del or p.R331Q variant.
(A) This is a diagram showing the immunofluorescence observation results of HEK293T cells transfected with KCNQ4 WT, KCNQ4 p.A271_D272del, and KCNQ4 p.R331Q.
(B) This diagram shows the results of biotylation analysis on the surface of HEK293T cells transfected with KCNQ4 WT, KCNQ4 p.A271_D272del, and KCNQ4 p.R331Q (***, statistically significant).
Figure 7 is a diagram confirming whether the function of the KCNQ4 mutant channel is restored by PIP5K:
(A) The effect of PIP5K expression was compared in homomeric KCNQ4 variant channels (p.R331Q and p.G319D) and heteromeric KCNQ4 variant channels (WT-p.R331Q and WT-p.G319D) assembled with tandem concatemers. . Total K + currents were measured in the absence of PIP5K (−PIP5K) or expression of PIP5K (+PIP5K) in HEK 293T cells.
(B) Shows the IV curves of tandem concatemer channels assembled with WT-WT, WT-p.R331Q, and WT-p.G319D.
(C) Steady-state activation curves of tandem concatemer channels assembled with WT-WT, WT-p.R331Q and WT-p.G319D are shown.
(D and E) K at +40 Mv in WT, p.R331Q, p.G319D concatemer channels and WT-WT, WT-p.R331Q, and WT-p.G319D tandem concatemer channels with and without PIP5K treatment. + indicates current density and half-activation voltage (V 0.5 ). The horizontal dashed line in the graph represents the values obtained in the isogenic WT channel (WT) (n = 10-12); ** P<0.01, ***P<0.005; NS, not significant.
Figure 8 is a diagram confirming whether the function of the KCNQ4 mutant channel assembled with tandem concatemers is restored following KCNQ opener treatment.
(A) Total K + current was measured in HEK 293T cells following KCNQ opener treatment (ZnPy) in the absence of PIP5K (-PIP5K) or expression of PIP5K (+PIP5K).
(B and C) WT, p.R331Q, p.G319D concatemer channels and WT-WT, WT-p.R331Q, and WT-p.G319D tandem concatemer channels with and without PIP5K treatment and KCNQ opener (Ret 10 μM; K + current density and half-activation voltage (V 0.5 ) at +40 Mv with and without treatment (ZnPy 10 μM and ML213 3 μM) are shown. The horizontal dashed line in the graph represents the values obtained in the isomeric WT channel (WT) without PIP5K and KCNQ opener treatment (n = 10-12).
Figure 9 is a diagram confirming the effect of suppressing hyperactivation of the KCNQ4 variant channel assembled with WT-p.G319D tandem concatemer according to KCNQ inhibitor or PIP2 screening.
(A) Shows the IV curve (left) and activation curve (right) of WT-p.G319D tandem concatemer channels following linopyrdine (3-10 μM) treatment.
(B and C) IV curve (left) and activation curve (right) of WT-p.G319D tandem concatemer channels with and without PIP5K treatment and poly-L-lysine (PLL, 10 or 30 μg/ml) treatment. indicates.
Figure 10 is a diagram showing the mechanism of non-syndromic hearing loss in G319D, a novel KCNQ4 variant of the present invention.

이하 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.This will be described in more detail through examples below. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1: 개체(실험군) 수집Example 1: Collection of individuals (experimental group)

본 명세서의 모든 실시예 및 실험예의 과정은 서울대학교 병원 (IRB-H-0905-041-281)과 분당 서울대학교 병원 (IRB-B-1007-105-402)의 기관 심의위원회의 승인을 받았으며, 대상 환자로부터 동의를 받았다. 하기 실시예에서는 4개의 가족군 (SB228, SB155, SB356 및 SB62)이 참여하였으며, 이와 관련된 개개인은 병력 인터뷰, 신체 검사, 영상 및 청력 평가를 포함한 포괄적인 표현형 평가를 받았다.The procedures of all examples and experimental examples in this specification were approved by the institutional review boards of Seoul National University Hospital (IRB-H-0905-041-281) and Seoul National University Bundang Hospital (IRB-B-1007-105-402). Consent was obtained from the target patients. In the examples below, four families (SB228, SB155, SB356, and SB62) were involved, and the individuals involved underwent comprehensive phenotypic evaluation including medical history interview, physical examination, imaging, and hearing evaluation.

실시예 2: 분자유전학 검사 및 진단Example 2: Molecular genetic testing and diagnosis

표적 패널 시퀀싱 (Otogenetics, Norcross, GA, USA)은 NimbleGen Sequence Catcher (Roche NimbleGen Inc., Madison, WI, USA)를 사용하여 수행하였으며, 처음에는 표현형 마커가 없는 개체에서 134개의 알려진 난청 유전자에 대해 테스트하였다. 개체가 청각 장애 패널에서 유력한 변이체를 가지고 있지 않은 경우, 진유전체(Exome) 시퀀싱을 수행한 다음 생물정보학(bioinformatics) 분석을 수행했다. 판독 결과를 UCSC hg19 참조 게놈과 비교하고, 비동의 단일염기다형성(non-synonymous single nucleotide polymorphism)을 40의 뎁스(depth)로 필터링했다. dbSNP138은 플래그된 SNP를 제외하고 필터링되었다. 포괄적인 필터링 과정을 사용하여, 희귀한 단일 염기 변이, 인델 indels) 또는 스플라이스-위치 변이를 선택했다. 인종적으로 일치하는 한국인 참조 유전체 데이터베이스 (Korean Reference Genome Database, KRGDB)와 ExAC (Exome Aggregation Consortium, http://exac.broadinstitute.org/) 및 gnomAD (genome aggregation database, (http://gnomad.broadinstitute.org/)를 포함한 글로벌 MAF (Minor Allele Frequency) 데이터베이스를 모두 사용하여 변이의 유병률을 확인했다. 그 후, 후보 난청 유전자의 변이를 확인하기 위해 생어(sanger) 시퀀싱 및 분리 분석을 수행하였다.Targeted panel sequencing (Otogenetics, Norcross, GA, USA) was performed using the NimbleGen Sequence Catcher (Roche NimbleGen Inc., Madison, WI, USA), initially testing for 134 known hearing loss genes in individuals lacking phenotypic markers. did. If an individual did not have a probable variant in the hearing impairment panel, exome sequencing was performed followed by bioinformatics analysis. Read results were compared to the UCSC hg19 reference genome, and non-synonymous single nucleotide polymorphisms were filtered to a depth of 40. dbSNP138 was filtered excluding flagged SNPs. Using a comprehensive filtering process, rare single nucleotide variants, indels) or splice-site variants were selected. Ethnically matched Korean Reference Genome Database (KRGDB) and ExAC (Exome Aggregation Consortium, http://exac.broadinstitute.org/ ) and gnomAD (genome aggregation database, ( http://gnomad.broadinstitute). The prevalence of mutations was confirmed using all global MAF (Minor Allele Frequency) databases, including org/ ), and then Sanger sequencing and segregation analysis were performed to identify mutations in candidate hearing loss genes.

검출된 각 변이의 병원성 가능성을 예측하기 위해, 인실리코(in silico) CADD(Combined Annotation Dependent Depletion, https://cadd.gs.washington.edu/) 및 REVEL(Rare Exome Variant Ensemble Learner, https://sites.google.com/site/revelgenomics/) 점수 분석이 수행되었다. 또한, UCSC Genome Browser의 GERP++(Genomic Evolutionary Rate Profiling) 점수를 사용하여 아미노산 잔기의 진화적 보존을 결정했다. 본 발명에서의 신규한 변이의 병원성 가능성은 ACMG/AMP(American College of Medical Genetics and Genomics/Association for Molecular Pathology) 가이드라인에 따라 평가되었다.To predict the pathogenic potential of each detected variant, in silico CADD (Combined Annotation Dependent Depletion, https://cadd.gs.washington.edu/) and REVEL (Rare Exome Variant Ensemble Learner, https:// /sites.google.com/site/revelgenomics/ ) score analysis was performed. Additionally, the evolutionary conservation of amino acid residues was determined using the GERP++ (Genomic Evolutionary Rate Profiling) score of UCSC Genome Browser. The pathogenic potential of the novel mutations in the present invention was evaluated according to the American College of Medical Genetics and Genomics/Association for Molecular Pathology (ACMG/AMP) guidelines.

실시예 3: 플라스미드 구축, 세포 배양 및 형질주입Example 3: Plasmid construction, cell culture and transfection

KCNQ4 WT cDNA는 pEGFP-N1의 SgfI 및 KgockI 부위에 클로닝되었다. 원숭이 배아 신장 세포주 COS-7 (한국 배양 은행, 한국)은 10% 소태아혈청(FBS)을 함유한 DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium) 배지에서 유지되었다. 일시적 형질주입(transfection) 전에, 세포를 실험실 Tek II 챔버에 70-80%의 밀도로 시딩하였다. 상기 세포에 Lipofectamine 3000 (Invitrogen, Seoul, Korea)을 이용하여 KCNQ4 야생형 또는 변이체 벡터를 형질주입시키고, 24시간 동안 37℃에서 배양하였다. 이 후, 상기 세포를 콘카나발린 A(concanavalin A)으로 염색하였다.KCNQ4 WT cDNA was cloned into SgfI and KgockI sites of pEGFP-N1. Monkey embryonic kidney cell line COS-7 (Korea Culture Bank, Korea) was maintained in Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) medium containing 10% fetal bovine serum (FBS). Before transient transfection, cells were seeded at 70-80% density in laboratory Tek II chambers. The cells were transfected with KCNQ4 wild type or mutant vector using Lipofectamine 3000 (Invitrogen, Seoul, Korea) and cultured at 37°C for 24 hours. Afterwards, the cells were stained with concanavalin A.

실시예 4: 전기생리학적 분석을 위한 세포 배양 및 KCNQ4 채널의 형질주입Example 4: Cell culture and transfection of KCNQ4 channel for electrophysiological analysis

HEK293T 세포는 10% FBS 및 1% 페니실린/스트렙토마이신 (Thermofisher)이 첨가된 DMEM에서 37℃에서 5% CO2 조건으로 유지되었다. 세포를 70-90% 밀도로 계대 배양하고 형질주입을 위해 플레이팅하였다. 형질주입 하루 전, 세포를 6웰 배양 접시에 70-90%의 밀도로 플레이팅했다. 동종사량체 KCNQ4 채널의 전체 세포 이온 전류를 측정하기 위해, pRK5 벡터에 KCNQ4 WT, p.S269del, p.A271_D272del, p.G319D 및 p.R331Q를 클로닝하고, cDNA (4.0 μg)는 pEGFPN-1 (0.4 μg, BD Biosciences)로 Lipofectamine 2000 (Invitrogen)을 사용하여 HEK293T 세포에서 일시적으로 발현되었다. KCNQ4 WT 서브유닛 또는 하나의 WT 및 하나의 변이 서브유닛의 텐덤 콘카테머(Tandem concatemer)는 서브 유닛 C-말단을 N-말단에 융합함으로써 생성되었다. KCNQ4 WT와 융합된 5개의 텐덤 콘카테머(WT-WT, WT-p.S269del, WT-p.A271_D272del, WT-p.G319D 및 WT-p.R331Q)는 pRK5 벡터에 클로닝되었고, cDNA (8.0 μg)는 pEGFPN-1 (0.4 μg)로 HEK293T 세포에서 일시적으로 발현되었다. 빈 pRK5 벡터 및 GFP로 형질주입된 HEK293T 세포를 형질주입되지 않은 대조군(GFP)으로 사용했다. pEGFP 벡터에 클로닝된 PIP5K (phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase)의 cDNA는 KCNQ4 cDNA와 함께 HEK293T 세포에 일시적으로 발현되었다. 형질주입 하루 후, 0.05% 트립신/EDTA (Thermofisher)로 세포를 분리하고, 전체 세포 패치 클램프(whole-cell patch-clamp) 분석을 수행하였다.HEK293T cells were maintained at 37°C in 5% CO 2 conditions in DMEM supplemented with 10% FBS and 1% penicillin/streptomycin (Thermofisher). Cells were subcultured to 70-90% density and plated for transfection. One day before transfection, cells were plated at 70–90% density in 6-well culture dishes. To measure the whole-cell ionic current of the homotetrameric KCNQ4 channel, KCNQ4 WT, p.S269del, p.A271_D272del, p.G319D, and p.R331Q were cloned into the pRK5 vector, and cDNA (4.0 μg) was cloned into pEGFPN-1 ( 0.4 μg, BD Biosciences) and were transiently expressed in HEK293T cells using Lipofectamine 2000 (Invitrogen). Tandem concatemers of the KCNQ4 WT subunit or one WT and one mutant subunit were generated by fusing the subunit C-terminus to the N-terminus. Five tandem concatemers (WT-WT, WT-p.S269del, WT-p.A271_D272del, WT-p.G319D and WT-p.R331Q) fused with KCNQ4 WT were cloned into pRK5 vector and cDNA (8.0 μg) were transiently expressed in HEK293T cells with pEGFPN-1 (0.4 μg). HEK293T cells transfected with empty pRK5 vector and GFP were used as non-transfected controls (GFP). The cDNA of PIP5K (phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase) cloned into the pEGFP vector was transiently expressed in HEK293T cells together with KCNQ4 cDNA. One day after transfection, cells were dissociated with 0.05% trypsin/EDTA (Thermofisher) and whole-cell patch-clamp analysis was performed.

실시예 5: 전체-세포 패치-클램프(Whole-cell patch-clamp)Example 5: Whole-cell patch-clamp

KCNQ4 채널 전류는 종래의 전체 세포 패치 클램프(whole-cell patch-clamp)로 측정/기록되었다. 패치 피펫은 붕규산염 유리 튜브 (WPI, Sarasota, FL, USA)에서 빼내고, 피펫 팁은 마이크로 포지 (MF-83; Narishige, Japan)로 불로 연마되었다. 피펫 용액이 채워졌을때의 최종 피펫 팁 저항은 1.5-3 MΩ이었다. 전체-세포 K+ 전류는 Axopatch-1D 증폭기 (Axon Instrument, USA)로 측정 및 기록되었다. 전류는 5KHz에서 필터링되고, 10kHz의 샘플링 비율로 수집되었다. 이온 전류를 얻기 전에 직렬 저항이 보상되었고, 패치 클램프 증폭기의 회로를 사용하여 세포 막 정전용량(capacitance, Cm)을 측정 및 캔슬되었다. K+ 전류는 2-s 탈분극 전압 단계(-70 ~ +40mV 범위에서 10mV 단위로 증가됨)로 생성된 다음, 1-s 과분극 전압 단계 -50mV로 생성되었다.KCNQ4 channel currents were measured/recorded with a conventional whole-cell patch-clamp. Patch pipettes were pulled out of borosilicate glass tubes (WPI, Sarasota, FL, USA), and pipette tips were fire-polished with a microforge (MF-83; Narishige, Japan). The final pipette tip resistance when filled with pipette solution was 1.5-3 MΩ. Whole-cell K + currents were measured and recorded with an Axopatch-1D amplifier (Axon Instrument, USA). Current was filtered at 5 KHz and collected at a sampling rate of 10 kHz. Before obtaining the ionic current, the series resistance was compensated, and the cell membrane capacitance (Cm) was measured and canceled using the circuit of the patch clamp amplifier. K + currents were generated with 2-s depolarizing voltage steps (ranging from -70 to +40 mV in 10 mV increments) followed by 1-s hyperpolarizing voltage steps at -50 mV.

KCNQ4 채널의 전압-의존적 게이팅을 분석하기 위해, 정상 상태 활성화 곡선을 구성했다. 측정된 피크 테일 전류 진폭은 사전-펄스 전압 활성화에 대해 플롯화되었고, 볼츠만 함수에 의해 반-활성화 전압 (V0.5, act)이 계산되었다. 필요한 경우 정규화된 전도도 (G/Gmax)를 계산하여 I-V 곡선에서 V0.5, act 값을 얻었다. 총 전체 세포 전류에서 KCNQ4-매개 K+ 전류는 세포를 KCNQ 억제제 (리노피르딘, 30μM)로 처리하여 약리학적으로 분리하고, 리노피르딘-민감성 성분은 디지털 감산으로 얻었다. 막 PIP2의 음전하를 중화하기 위해, 다양이온성 제제(polycationic agent)인 폴리-L-라이신 (PLL, 10 또는 30 μg/ml)을 전체-세포 피펫 용액에 포함시켰다. 비교를 위해 +40 mV에서 측정된 KCNQ4 전류 진폭을 측정된 Cm으로 나누고 전류 밀도 (pA/pF)로 표현했다. 모든 패치 클램프 측정/기록은 실온(~23℃)에서 수행되었다. 상기 측정된 전류는 Clampex 소프트웨어 (pCLAMP 7.0; Axon Instrument)를 사용하여 분석되었다. 전압 게이트 채널 활성화에 대한 KCNQ4 변이체의 효과를 테스트하기 위해, 패치 클램프 기록을 통해 WT 및 변이체 단백질로 일시적으로 형질주입된 HEK293T 세포의 전체-세포 전류를 측정했다. 빈 pRK5 벡터 및 GFP로 형질주입된 HEK293T 세포에 대한 전체-세포 전류를 음성 대조군으로 사용했다.To analyze the voltage-dependent gating of KCNQ4 channels, steady-state activation curves were constructed. The measured peak tail current amplitude was plotted against the pre-pulse voltage activation and the half-activation voltage (V 0.5, act ) was calculated by the Boltzmann function. If necessary, normalized conductivity (G/G max ) was calculated to obtain a value of V 0.5, act from the IV curve. KCNQ4-mediated K + currents from total whole-cell currents were pharmacologically separated by treating cells with a KCNQ inhibitor (linopyrdine, 30 μM), and the linopyrdine-sensitive component was obtained by digital subtraction. To neutralize the negative charge of membrane PIP2, the polycationic agent poly-L-lysine (PLL, 10 or 30 μg/ml) was included in the whole-cell pipette solution. For comparison, the KCNQ4 current amplitude measured at +40 mV was divided by the measured Cm and expressed as current density (pA/pF). All patch clamp measurements/recordings were performed at room temperature (~23°C). The measured currents were analyzed using Clampex software (pCLAMP 7.0; Axon Instrument). To test the effect of KCNQ4 variants on voltage-gated channel activation, whole-cell currents in HEK293T cells transiently transfected with WT and variant proteins were measured via patch clamp recordings. Whole-cell currents for HEK293T cells transfected with empty pRK5 vector and GFP were used as negative controls.

실시예 6: 전기생리학적 분석을 위한 화학제제 및 용액Example 6: Chemical agents and solutions for electrophysiological analysis

전체-세포 전압 클램프 측정을 위한 외부 배스 용액은 147 mM NaCl, 5 mM KCl, 1.5 mM CaCl2, 1 mM MgCl2, 10 mM HEPES, 및 10 mM D-글루코스로 구성되며, NMDG (N-methyl-D-glucamine)를 사용하여 pH 7.4로 조정되었다. 내부 패치 피펫 용액은 130 mM KCl, 10 mM NaCl, 10 mM EGTA, 10 mM HEPES, 3 mM Mg-ATP, 및 0.5 mM CaCl2를 포함하며, KOH를 사용하여 pH 7.2로 조정되었다. 계산된 유리 Ca2+ 농도는 ~10 nM 이다. 리노피르딘 중염산염(Linopirdine dihydrochloride, Tocris Bioscience), 레티가빈(retigabine, Glentham Life Science), ML213 (Tocris Bioscience) 및 아연 피리티온(zinc pyrithione, Sigma-Aldrich)는 DMSO에 용해시켰으며, 1,000x 스톡 (5-30 mM) 용액으로 준비했다. 상기 스톡 용액은 사용 전에 외부 배스 용액으로 희석되었다.The external bath solution for whole-cell voltage clamp measurements consisted of 147mM NaCl, 5mM KCl, 1.5mM CaCl2 , 1mMMgCl2 , 10mMHEPES, and 10mM D-glucose, NMDG (N-methyl- pH was adjusted to 7.4 using D-glucamine). The internal patch pipette solution contained 130mM KCl, 10mM NaCl, 10mM EGTA, 10mM HEPES, 3mM Mg-ATP, and 0.5mM CaCl 2 and was adjusted to pH 7.2 using KOH. The calculated free Ca 2+ concentration is ~10 nM. Linopirdine dihydrochloride (Tocris Bioscience), retigabine (Glentham Life Science), ML213 (Tocris Bioscience), and zinc pyrithione (Sigma-Aldrich) were dissolved in DMSO and 1,000x stock. (5-30mM) solution was prepared. The stock solution was diluted with external bath solution prior to use.

실시예 7: KCNQ4 야생형 및 변이체의 세포내 추적 평가Example 7: Intracellular tracking evaluation of KCNQ4 wild type and variants

인큐베이션 후 형질주입된 세포를 4% 파라포름알데히드에 15분 동안 고정시킨 후, PBS 세척을 3 회 반복하였다. 상기 고정된 세포를 1차 항체 [ANTI-FLAG (Sigma Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA)]로 24℃에서 160분 동안 배양하고, 냉장 (4℃ PBS로 3회 세척하고, 2차 항체[F (ab ') 2-Goat anti-Mouse IgG (H + L), Invitrogen, Seoul, Korea]로 상온에서 90분동안 배양했다. 상기 배양된 세포는 VECTASHIELD 고정 배지(Vector Laboratories, CA, USA)로 슬라이드에 고정되었고, 이미지는 공초점 현미경 (Carl Zeiss, LSM710)으로 촬영되었다. After incubation, the transfected cells were fixed in 4% paraformaldehyde for 15 minutes, and then washed with PBS three times. The fixed cells were incubated with primary antibody [ANTI-FLAG (Sigma Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA)] at 24°C for 160 minutes, washed three times with PBS at 4°C, and incubated for a second time. The cultured cells were incubated with an antibody [F (ab ') 2-Goat anti-Mouse IgG (H + L), Invitrogen, Seoul, Korea] for 90 minutes at room temperature. The cultured cells were cultured in VECTASHIELD fixation medium (Vector Laboratories, CA, USA). ) and images were taken with a confocal microscope (Carl Zeiss, LSM710).

실시예 8: 세포 표면 바이오틸화 어세이Example 8: Cell surface biotylation assay

5.0 x 106 COS-7 세포 (T75 플라스크)에 Lipofectamine Plus (Life Technologies, Inc.)을 사용하여 KCNQ4 WT 및 변이체 플라스미드(WT, p.R331Q 및 p.A271_D272del)를 형질주입시키고, 24시간동안 37℃, 5% CO2에서 배양했다. 세포 표면 단백질 (세포 표면에서 KCNQ4 WT 또는 변이체 단백질이 발현)은 PIERCETM 세포 표면 단백질 분리 키트(Thermo Scientific)로 분리하고, Myc-tag (Abcam) 기반 ELISA 키트 (Thermo Scientific)를 사용하여 분석했다. 5.0 Cultivated at ℃, 5% CO 2 . Cell surface proteins (KCNQ4 WT or mutant proteins expressed on the cell surface) were isolated using a PIERCETM cell surface protein isolation kit (Thermo Scientific) and analyzed using a Myc-tag (Abcam) based ELISA kit (Thermo Scientific).

실시예 9: 통계적 분석Example 9: Statistical Analysis

데이터는 Origin 소프트웨어 (버전 6.1, OriginLab)로 플로팅되었으며 평균±평균 표준 오차 (SEM)로 표시되었으며 n은 샘플 번호를 나타낸다. 통계적 유의성은 짝을 이루거나 짝이 없는 스튜던트 티-검정(Student's t-test) 또는 ANOVA 검정에 의해 결정되었으며 P<0.05의 차이는 유의한 것으로 간주되었다.Data were plotted with Origin software (version 6.1, OriginLab) and expressed as mean ± standard error of the mean (SEM), with n indicating sample number. Statistical significance was determined by paired or unpaired Student's t-test or ANOVA test, and differences at P < 0.05 were considered significant.

실험예 1: 4종류의 KCNQ4 변이체의 임상적 표현형 분석Experimental Example 1: Clinical phenotypic analysis of four types of KCNQ4 variants

KCNQ4 변이 종류로 구분할 수 있는 4개의 상염색체 우성 비증후군성 난청 2(DFNA2)를 갖는 가족군에서 다양한 청각학적 특징이 관찰되었다. 대체로 청력학적 특징은 다음의 세 가지 유형으로 분류되었다: 고음역대 청력 손실 (SB228 및 SB155), 중음역대 청력 손실 (SB356) 및 저음역대 청력 손실 (SB62) (도 1A). SB228, SB356 및 SB62의 감각신경성 난청(Sensorineural hearing loss, SNHL)은 상염색체 우성인 반면 SB155에서는 산발적이었다. SB228 가족군에서 SNHL의 발병 연령과 계보발단자 SB228-442의 확인 연령은 각각 20대 초반과 33세였다. 계보발단자의 형제 자매와 아버지를 포함하는 SB228 가족군에서 영향을 받은 사람들은 20대 후반에 고음역대 청력이 발달되었으며, 현재에는 진행성 청력 저하로 인해 보청기를 사용하고 있다. SB155 가족군에서 계보발단자인 SB155-272는 처음에 11세에 하향 경사 형태로 최소의 점진적 대칭 고음역대 청력 손실을 보여주었다. SB228의 경우와는 달리, SB155에서는 두 부모 모두 모든 주파수에서 정상적인 청력 임계값을 가졌다. SB356 가족군에서, 계보발단자인 SB356-697 (확인 당시 33세)은 중등도-중증 정도의 청력 손실을 나타내며, 주로 중음역대 청력 손실 (양쪽 귀에서 1kHz에서 최대 60dB HL의 대칭 노치)을 나타내는, 쿠키 바이트 형태를 나타낸다. 영향을 받은 개인의 경우, 1년 이상의 추적 기간 동안 청력 임계값에 변화가 없었다. 계보발단자의 아버지의 청력 상태는 좋지 않았다고 확인되었으나, 문서화되지 않았다. SB62 가족군에서, 계보발단자 SB62-118 (확인 당시 58세)은 약 40dB HL의 대칭적인 저음역대 및 중음역대 청력 손실을 나타냈다. 상기 가계는 청력 상실에서 상염색체 우성 유전을 나타낸다. 10년의 추적 기간 동안, SB62-118은 모든 주파수에서 양측 청력이 확연히 점진적으로 저하되었으며, 어음명료도(speech discrimination scores) 또한 감소했다. 계보발단자의 청력도는 결국 양쪽 귀에서 모든 주파수에서 65dB HL의 청력 임계값을 나타냈다. 계보발단자의 어머니는 60세부터 양쪽 귀의 청력 상실을 경험했다.Various audiological characteristics were observed in four families with autosomal dominant non-syndromic hearing loss 2 (DFNA2) that could be distinguished by KCNQ4 mutation type. Broadly speaking, audiological characteristics were classified into three types: high-range hearing loss (SB228 and SB155), mid-range hearing loss (SB356), and low-range hearing loss (SB62) (Figure 1A). Sensorineural hearing loss (SNHL) in SB228, SB356, and SB62 was autosomal dominant, whereas it was sporadic in SB155. In the SB228 family group, the age of onset of SNHL and the age of confirmation in the genealogical progenitor SB228-442 were in the early 20s and 33 years, respectively. Affected individuals in the SB228 family group, which includes the progenitor's siblings and father, developed high-pitched hearing in their late 20s and currently use hearing aids due to progressive hearing loss. SB155-272, the genealogical progenitor of the SB155 family group, initially showed minimal, progressive, symmetric high-frequency hearing loss in a downward sloping pattern at age 11 years. Unlike the case of SB228, in SB155 both parents had normal hearing thresholds at all frequencies. In the SB356 family, the genealogical progenitor, SB356-697 (age 33 at confirmation), presented with moderate to severe hearing loss, predominantly midrange hearing loss (symmetrical notches up to 60 dB HL at 1 kHz in both ears). Indicates the byte format. For affected individuals, there was no change in hearing thresholds over more than 1 year of follow-up. It was confirmed that the father of the genealogical progenitor had poor hearing, but it was not documented. In the SB62 family group, genealogical proband SB62-118 (58 years old at confirmation) presented with symmetrical low- and mid-range hearing loss of approximately 40 dB HL. The family shows an autosomal dominant inheritance of hearing loss. Over a 10-year follow-up period, SB62-118 showed a significant and gradual decline in hearing across all frequencies bilaterally and a decrease in speech intelligibility (speech discrimination scores). The proband's audiogram ultimately revealed a hearing threshold of 65 dB HL at all frequencies in both ears. The genealogical progenitor's mother experienced hearing loss in both ears since she was 60 years old.

4개 가족군에서 영향을 받은 사람은 온도눈떨림검사(Caloric tests) 또는 비디오두부충동검사(video head impulse tests)에서 안진증(nystagmus) 또는 균형 장애의 징후를 보이지 않았다. 영향을 받은 사람들에서 방사선학 평가에서 달팽이관 전정 기형은 발견되지 않았다.Affected individuals in four families showed no signs of nystagmus or balance problems on caloric tests or video head impulse tests. No cochlear vestibular malformations were found on radiological evaluation in the affected individuals.

실험예 2: KCNQ4 유전자의 신규한 변이체 동정Experimental Example 2: Identification of new variants of KCNQ4 gene

상기 실시예 1에서 확인한 4개의 가족군에서, KCNQ4에서 비증후군성 난청 의 잠재적 원인이 되는 4가지 변이에 대해 확인하였다. 이 중 3종의 변이인 c.811_816del:p.Ala271_Asp272del (A271_D272del, SB155 가족군), c.G956>A:p.G319D (G319D, SB356 가족군), 및 c.G992>A:p.R331Q (R331Q, SB62 가족군)은 신규한 변이인 것으로 확인되었으며 (도 1B), 나머지 1종(SB228 가족군)은 이전에 보고된 프레임 내 삭제 변이(c.806_808del : p.Ser269del (p.S269del))를 나타냈다. 구체적으로, SB155에서 생물학적 부모 중 누구도 표현형에 영향을 받지 않았고, A271_D272del을 보유하지 않았으며, 이는 A271_D272del 변이가 SB155 가족군의 원인이 되는 변이로서 새로이 발생했음을 나타낸다. 삼중 ES 데이터에서 일배체형 위상 분석에 의해 확인된 SB155의 생물학적 부모는 표현형에 영향을 받지 않았으며 변이체의 운반자도 아니었다. KCNQ4의 신규한 프레임 내 결실 변이체 A271_D272del은 기공 루프 도메인(pore loop domain) 에 위치하며(도 2), 여기서 청력 손실과 관련된 알려진 KCNQ4 변이의 대부분이 클러스터로 발견되었다. 구체적으로 6개의 핵산 (GCCGAC)이 결실되면 알라닌과 아스파라긴산이 결손되었다. 상기 결손은 한국인 참조 유전체 데이터베이스 (KRGDB, 1722 개체)뿐만 아니라 ExAC 및 gnomAD을 포함하는 글로벌 MAF에도 존재하지 않았다. 상기 잔기는 KCNQ4 오솔로그(orthologs) 및 파라로그(paralogs) (http://genome.ucsc.edu/) 사이에서 매우 보존되었으며(도 1C), 높은 GERP++ 점수 5.08를 나타냈다. 상기 변이는 CADD를 포함한 컴퓨터시뮬레이션(in silico 분석을 통해 '질병을 유발(disease-causing)'할 수 있는 것으로 일관되게 예측되었다. A271_D272del의 신규한 발생의 확인은 난청과 관련하여 PS2에 대한 적절한 증거를 나타낸다. 또한, 양성 변이없이 잘 연구된 기능 도메인에 의해 입증된 바와 같이, 변이 A271_D272del이 KCNQ4 기공 형성 영역에 존재했기 때문에 PM1이 적용될 수 있다. 따라서, 변이 A271_D272del은 PS2_moderate, PM1, PM2 및 PS3_supporting을 포함하여 변이를 분류하는 데 사용되는 ACMG/AMP 가이드라인에 따라 "병원성 가능성이 높은(likely pathogenic)"것으로 분류될 수 있다.In the four family groups identified in Example 1, four mutations that were potential causes of non-syndromic hearing loss in KCNQ4 were identified. Among these, there are three mutations, c.811_816del:p.Ala271_Asp272del (A271_D272del, SB155 family group), c.G956>A:p.G319D (G319D, SB356 family group), and c.G992>A:p.R331Q ( R331Q, SB62 family group) was confirmed to be a novel mutation (Figure 1B), and the remaining one (SB228 family group) was a previously reported in-frame deletion mutation (c.806_808del: p.Ser269del (p.S269del)). indicated. Specifically, in SB155, none of the biological parents were phenotypically affected and did not carry A271_D272del, indicating that the A271_D272del mutation arose de novo as a causal mutation in the SB155 family group. The biological parents of SB155, identified by haplotype topological analysis in the triple ES data, were phenotypically unaffected and were not carriers of the variant. The novel in-frame deletion variant A271_D272del of KCNQ4 is located in the pore loop domain (Figure 2), where most of the known KCNQ4 mutations associated with hearing loss were found in a cluster. Specifically, when six nucleic acids (GCCGAC) were deleted, alanine and aspartic acid were lost. The deletion was not present in the Korean Reference Genome Database (KRGDB, 1722 individuals), as well as in the global MAF including ExAC and gnomAD. This residue was highly conserved between KCNQ4 orthologs and paralogs (http://genome.ucsc.edu/) (Figure 1C) and gave a high GERP++ score of 5.08. The mutation has been consistently predicted to be 'disease-causing' through in silico computer simulations, including CADD. The identification of the novel occurrence of A271_D272del provides adequate evidence for PS2 in relation to hearing loss. In addition, PM1 can be applied because variant A271_D272del was present in the KCNQ4 pore-forming region, as evidenced by the well-studied functional domain without positive mutations. Therefore, variant A271_D272del has PS2_moderate, PM1, PM2 and PS3_supporting It can be classified as “likely pathogenic” according to the ACMG/AMP guidelines used to classify variants, including:

또 다른 신규한 미스센스 변이인 G319D는 막 횡단 S6 세그먼트 (도 2)의 말단부에 있으며, KCNQ4 오솔로그 및 파라로그 (http://genome. ucsc.edu/) 사이에서 매우 보존되었으며 (도 1C), 5.27의 높은 GERP++ 점수로 뒷받침된다. 상기 변이는 공개된 데이터베이스에서 발견되지 않았다. 상기 변이는 CADD 및 REVEL 을 포함하는 인실리코 분석에 의해 '질병을 유발(disease-causing)'할 수 있는 것으로 일관되게 예측되었다. 따라서 G319D 변이는 ACMG/AMP 가이드라인을 기반으로 "불확실한 유의성 변수 (variant of uncertain significance, VUS)"로 분류될 수 있다. Another novel missense mutation, G319D, is located at the distal end of the transmembrane S6 segment (Figure 2) and is highly conserved among KCNQ4 orthologs and paralogs (http://genome.ucsc.edu/) (Figure 1C). , supported by a high GERP++ score of 5.27. The mutation was not found in public databases. The mutation was consistently predicted to be 'disease-causing' by in silico analysis, including CADD and REVEL. Therefore, the G319D mutation can be classified as a “variant of uncertain significance (VUS)” based on the ACMG/AMP guidelines.

마지막으로 신규한 미스센스 변이인 R331Q는 근위 세포질 C-말단(proximal cytoplasmic C-terminus)에서 보고된 첫 번째 변이이다 (도 2). 상기 잔기는 KCNQ4 오솔로그 및 파라로그 사이에서 매우 보존되었으며 (도 1C), 5.44의 높은 GERP++ 점수로 뒷받침된다. 상기 변이는 매우 낮은 MAF를 보이며, PM2 기준을 충족한다. 상기 변이는 SIFT (Sorting Intolerant from Tolerant) 및 PolyPhen-2를 통해 각각 "손상(damaging)" 또는 "손상 가능성(probable damaging)"으로 지속적으로 예측되었다. CADD와 REVEL은 각각 33점과 0.768점으로 더 높은 점수를 보이며, '질병 유발(disease-causing)' 병원성을 나타낸다. 또한, 상기 변이 단백질은 야생형(WT) 단백질에 비해 거의 완전히 폐기된 전압-활성화된 칼륨 전류를 나타내어 PS3의 증거를 뒷받침한다. REVEL 점수 0.8이 높기 때문에, PP3도 적용될 수 있다. 총괄하면 변이 R331Q는 "VUS"로 분류되었다 (표 1).Lastly, R331Q, a novel missense mutation, is the first mutation reported in the proximal cytoplasmic C-terminus (Figure 2). This residue was highly conserved between KCNQ4 orthologs and paralogs (Figure 1C), supported by the high GERP++ score of 5.44. This variant shows a very low MAF and meets the PM2 criteria. The mutation was consistently predicted as “damaging” or “probably damaging” by SIFT (Sorting Intolerant from Tolerant) and PolyPhen-2, respectively. CADD and REVEL show higher scores of 33 and 0.768 points, respectively, indicating 'disease-causing' pathogenicity. Additionally, the mutant protein displayed almost completely abolished voltage-activated potassium currents compared to the wild type (WT) protein, supporting evidence for PS3. Since the REVEL score of 0.8 is high, PP3 can also be applied. Collectively, variant R331Q was classified as “VUS” (Table 1).

상기 분석 결과는 하기의 표 1에 정리하여 기재하였다.The results of the analysis are summarized and listed in Table 1 below.

가족군family group SB228-442SB228-442 SB155-271SB155-271 SB356-697SB356-697 SB62-110SB62-110 게놈 위치Genome location
(GRCh37/hg19)(GRCh37/hg19)
Chr1:41285116-41285118Chr1:41285116-41285118 Chr1:41285121-41285126Chr1:41285121-41285126 Chr1:41285847Chr1:41285847 Chr1:41285883Chr1:41285883
HGVSHGVS 뉴클레오티드nucleotide
변이transition
c.806_808delc.806_808del c.811_816delc.811_816del c.956G>Ac.956G>A c.992G>Ac.992G>A
아미노산amino acid
변이transition
p.Ser269del(p.S269del)p.Ser269del(p.S269del) p.Ala271_Asp272del(p.A271_D272del)p.Ala271_Asp272del(p.A271_D272del) p.Gly319Asp(p.G319D)p.Gly319Asp(p.G319D) p.Arg331Gln(p.R331Q)p.Arg331Gln(p.R331Q)
접합성adhesion
(Zygosity)(Zygosity)
이형접합체
(heterozygote)
heterozygote
(heterozygote)
이형접합체heterozygote 이형접합체heterozygote 이형접합체heterozygote
유전(Inheritance)Inheritance 우성
(Dominant)
dominant
(Dominant)
데노버*
(De novo)
Denover*
(De novo)
우성dominant 우성dominant
인-실리코 예측In-silico predictions CADDCADD 19.119.1 22.722.7 29.729.7 3333 REVELREVEL NAN.A. NAN.A. 0.9380.938 0.9190.919 GERPGERP 5.085.08 5.085.08 5.275.27 5.445.44 민족성 MAFEthnicity MAF
- KRGDB (1722 개체)- KRGDB (1722 objects)
부재absence 부재absence 부재absence 부재absence
글로벌 MAFGlobal MAF ExACExAC 부재absence 부재absence 부재absence 부재absence gnomADgnomAD 부재absence 부재absence 부재absence 0.000004102/10.000004102/1 ACMG/AMP 2018 가이드라인ACMG/AMP 2018 Guidelines 기준standard
(Criteria(Criteria
PM1, PM2, PM4 PS3_supportingPM1, PM2, PM4 PS3_supporting PS2_moderate, PM1, PM2, PM4, PS3_supportingPS2_moderate, PM1, PM2, PM4, PS3_supporting PM2, PP3, PS3_supportingPM2, PP3, PS3_supporting PM2 PP3, PS3_supportingPM2 PP3, PS3_supporting
분류classification
(Classification)(Classification)
Likely pathogenicLikely pathogenic Likely pathogenicLikely pathogenic VUSVUS VUSVUS

- 약어: MAF, Minor allele frequency; Het, heterozygote; VUS, variant uncertain significance; NA, not available- Abbreviation: MAF, Minor allele frequency; Het, heterozygote; VUS, variant uncertain significance; NA, not available

- Refseq transcript accession number NM_001174069.1;- Refseq transcript accession number NM_001174069.1;

- Refseq protein accession number NP_001167540- Refseq protein accession number NP_001167540

- HGVS: Human Genome Variation Society (https://www.hgvs.org/)- HGVS: Human Genome Variation Society (https://www.hgvs.org/)

- Sequence Variant Nomenclature (http://varnomen.hgvs.org/)- Sequence Variant Nomenclature (http://varnomen.hgvs.org/)

- CADD: Combined Annotation Dependent Depletion- CADD: Combined Annotation Dependent Depletion

(https://cadd.gs.washington.edu/) (https://cadd.gs.washington.edu/)

- REVEL: Rare Exome Variant Ensemble Learner- REVEL: Rare Exome Variant Ensemble Learner

(https://sites.google.com/site/revelgenomics/) (https://sites.google.com/site/revelgenomics/)

- KRGDB: Korean Reference Genome Database- KRGDB: Korean Reference Genome Database

(http://coda.nih.go.kr/coda/KRGDB/index.jsp) ( http://coda.nih.go.kr/coda/KRGDB/index.jsp )

- ExAC: Exome Aggregation Consortium databases - ExAC: Exome Aggregation Consortium databases

- gnomAD: The Genome Aggregation Database- gnomAD: The Genome Aggregation Database

(https://gnomad.broadinstitute.org/)(https://gnomad.broadinstitute.org/)

- ACMG/AMP 2018 guideline (http://wintervar.wglab.org/)- ACMG/AMP 2018 guidelines (http://wintervar.wglab.org/)

* SB155의 생물학적 부모는 트리오 엑솜 시퀀싱 데이터로부터 일배체형 위상 분석에 의해 확인된 바와 같이, 표현형 영향을 받지않았고 변이체의 운반자도 아니었음.* The biological parents of SB155 were not phenotypically affected and were not carriers of the variant, as confirmed by haplotype topology analysis from trio exome sequencing data.

실험예 3: 신규한 변이체의 KCNQ4 채널 기능에 대한 영향 분석Experimental Example 3: Analysis of the impact of novel variants on KCNQ4 channel function

KCNQ4 변이체의 전압-게이트 채널 활성에 대한 영향을 확인하기 위해, 패치 클램프 기록을 통해 KCNQ4 야생형(WT) 및 변이체 단백질로 일시적으로 형질주입된 HEK 293T 세포의 전체 세포 전류를 확인했다. 빈 pRK5 벡터 및 GFP로 형질주입된 HEK 293T 세포에 대한 전체 세포 전류를 음성 대조군으로 사용했다. 또한, DFNA2를 유발하는 것으로 알려진 S269del KCNQ4 변이체로 형질주입된 세포를 null 기능 대조군으로 사용하였다. To determine the effect of KCNQ4 variants on voltage-gated channel activity, patch clamp recordings were used to determine whole-cell currents in HEK 293T cells transiently transfected with KCNQ4 wild-type (WT) and variant proteins. Whole cell currents for HEK 293T cells transfected with empty pRK5 vector and GFP were used as negative controls. Additionally, cells transfected with the S269del KCNQ4 variant, which is known to induce DFNA2, were used as a null function control.

WT 단백질의 KCNQ4-매개 칼륨 전류는 전압-의존성의 느린 활성화 및 외부 정류를 갖는 전형적인 KCNQ4 채널 전류를 나타냈다 (도 3A 및 B). WT 단백질을 발현하는 세포는 +40mV (n=12)에서 121.8 ± 25.4pA/pF의 피크 전류 밀도를 갖는 전압 의존적 칼륨 전류를 나타냈다. 대조적으로, KCNQ4 변이체 단백질을 발현하는 세포(p.A271_D272del, p.R331Q 및 p.G319D)에 의해 생성된 외부 칼륨 전류는 거의 감지할 수 없었으며, 이는 null 기능 대조군 및 음성 대조군과 유사했다 (도 3B). 따라서, 본 발명에서 새롭게 확인된 KCNQ4 변이체는 모두 상동 발현(homologous expression) 조건에서는 기능이 완전히 손실되는 것을 알 수 있다.KCNQ4-mediated potassium currents of WT protein displayed typical KCNQ4 channel currents with voltage-dependent slow activation and outward rectification (Figure 3A and B). Cells expressing the WT protein exhibited voltage-dependent potassium currents with a peak current density of 121.8 ± 25.4 pA/pF at +40 mV (n = 12). In contrast, the outward potassium currents produced by cells expressing KCNQ4 variant proteins (p.A271_D272del, p.R331Q and p.G319D) were barely detectable, similar to null function controls and negative controls (Figure 3B). Therefore, it can be seen that all KCNQ4 variants newly identified in the present invention completely lose their function under homologous expression conditions.

다음으로, 상기 변이체 단백질에서 손실된 채널 활성이 기존에 알려진 KCNQ 채널 오프너인 레티가빈(retigabine, Ret, 10 μM), 아연 피리티온(zinc pyrithione, ZnPy, 10 μM), 또는 이들의 조합 (Ret/ZnPy)에 의해 회복되는지 확인하였다. 채널 오프너들의 조합 (Ret/ZnPy)의 경우 WT 단백질의 KCNQ4 매개 칼륨 전류를 2배 이상 높였다 (도 3C 및 D). 그러나, 신규한 KCNQ4 변이체 (p.A271_D272del, p.R331Q 및 p.G319D)를 포함하는 동종사량체 채널은 채널 오프너를 사용해도 칼륨 전류가 거의 나타나지 않았으며, 전류는 null 기능 대조군 및 음성 대조군의 전류와 비슷했다. 따라서, 본 발명에서 새롭게 확인된 KCNQ4 변이체는 모두 상동 발현 조건에서는 KCNQ 채널 오프너를 처리하여도 채널 기능이 회복되지 않음을 알 수 있다.Next, the channel activity lost in the mutant protein was obtained by using the previously known KCNQ channel openers retigabine (Ret, 10 μM), zinc pyrithione (ZnPy, 10 μM), or a combination thereof (Ret/ Recovery was confirmed by ZnPy). The combination of channel openers (Ret/ZnPy) increased the KCNQ4-mediated potassium current of the WT protein by more than twofold ( Fig. 3C and D ). However, homotetrameric channels containing novel KCNQ4 variants (p.A271_D272del, p.R331Q, and p.G319D) showed almost no potassium current even with the channel opener, and the current was similar to that of the null function control and negative control. It was similar to Therefore, it can be seen that the channel function of all KCNQ4 variants newly identified in the present invention is not restored even if the KCNQ channel opener is treated under homologous expression conditions.

실험예 4: 신규한 KCNQ4 변이체의 우성-음성적 효과(Dominant negative effects) 확인Experimental Example 4: Confirmation of dominant negative effects of novel KCNQ4 variants

본 발명의 신규한 KCNQ4 변이체의 발병 기전을 확인하기 위해, 이종체(heteromeric) 시스템에서 다양한 몰 비율 (야생형/변이 비율을 4:0부터 0:4까지)로 WT 및 각 변이체 cDNA를 공동 발현하는 HEK 293T 세포에서 칼륨 전류를 측정했다.To confirm the pathogenic mechanism of the novel KCNQ4 variant of the present invention, WT and each variant cDNA were co-expressed at various molar ratios (wild type/mutant ratio from 4:0 to 0:4) in a heteromeric system. Potassium currents were measured in HEK 293T cells.

그 결과, 생성된 KCNQ4-매개 칼륨 전류는 WT 단백질에 대한 변이 단백질의 명확한 우성-음성 효과없이 변이 cDNA의 농도 (도 4A 및 B)와 반비례하는 것으로 확인되었다: KCNQ4WT:벡터 (2:2)의 피크 전류 밀도: +40 mV에서 131.7 ± 21.1 pA/pF, n=11; WT:p.A271_D272del (2:2)의 피크 전류 밀도: +40 mV에서 69.8 ± 19.9 pA/pF, n=7; WT: p.G319D (2:2)의 피크 전류 밀도: +40 mV에서 152.7 ± 45.7 pA/pF, n=11; WT: p.R331Q (2:2)의 피크 전류 밀도: + 40mV에서 55.1 ± 17.8pA/pF, n=6.As a result, the generated KCNQ4-mediated potassium current was found to be inversely proportional to the concentration of the mutant cDNA (Figure 4A and B), without a clear dominant-negative effect of the mutant protein on the WT protein: KCNQ4WT:Vector (2:2). Peak current density: 131.7 ± 21.1 pA/pF at +40 mV, n=11; Peak current density of WT:p.A271_D272del (2:2): 69.8 ± 19.9 pA/pF at +40 mV, n=7; WT: Peak current density of p.G319D (2:2): 152.7 ± 45.7 pA/pF at +40 mV, n=11; WT: Peak current density of p.R331Q (2:2): 55.1 ± 17.8 pA/pF at + 40 mV, n=6.

null 기능 대조군 (p. S269del pore 변이체)을 제외하고, 신규한 KCNQ4 변이체 채널의 경우 WT 및 우성-음성 서브 유닛을 포함하는 공동-조립 사량체 에 대한 예측된 채널 기능 억제 비율을 벗어났다. 예를 들어, WT:p.G319D-매개 전류는 예측에서 크게 벗어나 3:1 또는 2:2 cDNA 비율에서 WT 채널보다 큰 전류를 나타냈다. 또한 동일한 그룹 내 전류 진폭의 분산 및 특이값으로 인해 확실한 결론을 내릴 수 없었다 (도 4C). 상기 결과를 종합해보면, 신규한 KCNQ4 변이체와 WT가 공동-발현된 채널의 경우 일반적인 우성-음성적 효과를 반드시 보여주지는 않는다는 것을 알 수 있다.Excluding the null function control (p. S269del pore variant), the novel KCNQ4 variant channels deviated from the predicted channel function inhibition ratios for WT and co-assembled tetramers containing the dominant-negative subunit. For example, WT:p.G319D-mediated currents deviated significantly from predictions, showing larger currents than WT channels at 3:1 or 2:2 cDNA ratios. Additionally, firm conclusions could not be made due to the variance and outliers of current amplitude within the same group (Figure 4C). Summarizing the above results, it can be seen that channels co-expressed with the novel KCNQ4 variant and WT do not necessarily show a general dominant-negative effect.

실험예 5: KCNQ4 변이체 텐덤 콘카테머 제작 및 이의 우성-음성적 효과 확인Experimental Example 5: Production of KCNQ4 variant tandem concatemer and confirmation of its dominant-negative effect

상기 실시예 4에서 확인한, KCNQ4 WT와 변이체를 포함하는 이종체 채널의 우성-음성적 효과를 보다 명확히 확인하기 위해, 변이체와 WT가 2:2의 비율로 포함되도록(즉, 균일한 이종사량체화로 구성되도록) KCNQ4 WT와 변이체가 연결된 텐덤 콘카테머(tandem concatemer)를 제작하였다(도 5A). 상기 콘카테머는 WT이 N-말단, 변이체가 C-말단에 위치하도록 제작되었다.In order to more clearly confirm the dominant-negative effect of the heteromeric channel containing KCNQ4 WT and variants confirmed in Example 4 above, the variants and WT were included in a ratio of 2:2 (i.e., with uniform heterotetramerization) A tandem concatemer was constructed in which KCNQ4 WT and the mutant were linked (Figure 5A). The concatemer was constructed so that the WT was located at the N-terminus and the mutant was located at the C-terminus.

상기에서 제작한 KCNQ4 콘카테머 채널을 이용하여 우성-음성적 효과를 확인한 결과, WT-p.A271_D272del 콘카테머 채널은 null 기능성 대조군 (WT-p.S269del 콘카테머) 및 음성 GFP 대조군에 의해 생성된 것과 유사하게 칼륨 전류를 거의 감지할 수 없었으며, 이는 비-전도성 KCNQ4 변이 채널을 나타낸다 (도 5B). WT-p.R331Q 콘카테머의 KCNQ4-매개 칼륨 전류는 동종체 p.R331Q의 전류보다 약간 더 컸으나, 통계적 유의성은 나타나지 않았고 진폭은 WT-WT 콘카테머의 값보다 훨씬 낮았다 (도 5B 및 C). 한편, WT-p.R331Q 콘카테머를 발현하는 일부 세포는 WT-p.S269del 콘카테머 및 음성 GFP 발현 세포보다 더 큰 전류를 보였는데, 이는 막 인지질 수준의 개별 세포 간 가변성에 의해 설명될 수 있다.As a result of confirming the dominant-negative effect using the KCNQ4 concatemer channel produced above, the WT-p.A271_D272del concatemer channel was generated by the null functional control (WT-p.S269del concatemer) and the negative GFP control. Similar to what was seen, little potassium current was detectable, indicating a non-conducting KCNQ4 variant channel (Figure 5B). The KCNQ4-mediated potassium current of the WT-p.R331Q concatemer was slightly larger than that of the isoform p.R331Q, but statistical significance was not achieved and the amplitude was much lower than the value of the WT-WT concatemer (Figure 5B and C ). On the other hand, some cells expressing the WT-p.R331Q concatemer showed larger currents than cells expressing the WT-p.S269del concatemer and negative GFP, which may be explained by inter-individual cell-to-cell variability in membrane phospholipid levels. You can.

상기 결과를 종합해보면, 신규한 기공 영역 변이체인 p.A271_D272del이 WT 채널에 우세한 음성 효과를 발휘하는 반면, p.R331Q는 제한된 조건에서 WT 단백질과 조립될 때 기능의 일부를 복원할 수 있는 변이체임을 알 수 있다. 세포 표면 발현 분석은 상기 두 가지 KCNQ4 변이체 단백질이 원형질막에 성공적으로 도달했으며, 이들의 발현 수준은 이들 변이체의 발병성으로 인한 결함 있는 원형질막 트래피킹을 제외하고, WT 단백질과 비슷하다는 것을 보여주었다(도 6).Taking the above results together, p.A271_D272del, a novel pore region variant, exerts a dominant negative effect on WT channels, while p.R331Q is a variant that can restore part of the function when assembled with WT protein under limited conditions. Able to know. Cell surface expression analysis showed that the two KCNQ4 variant proteins successfully reached the plasma membrane and their expression levels were similar to the WT protein, except for defective plasma membrane trafficking due to the pathogenicity of these variants (Figure 6).

실험예 6: WT-p.G319D 콘카테머 채널의 칼륨 채널 활성화 분석Experimental Example 6: Potassium channel activation analysis of WT-p.G319D concatemer channel

상기 실시예 4에서 확인한 바와 같이, WT 및 p.R331D 변이체 cDNA가 공동-형질주입된 경우, 이종체 p.G319D 채널의 칼륨 전류는 동종체 WT 채널보다 더 높았다. 따라서, 신규한 KCNQ4 변이체인 p.R331D의 우성-음성적 효과를 확인하기 위해, WT-p.G319D 콘카테머 채널의 기능을 분석하였다.As confirmed in Example 4 above, when WT and p.R331D mutant cDNA were co-transfected, the potassium current of the heteromeric p.G319D channel was higher than that of the homomeric WT channel. Therefore, to confirm the dominant-negative effect of p.R331D, a novel KCNQ4 variant, the function of the WT-p.G319D concatemer channel was analyzed.

그 결과, WT-p.G319D 콘카테머는 WT-WT 콘카테머(95.2±10.4 pA/pF)와 비교하여 KCNQ4-매개 전류의 평균값 (+40mV에서 174.9±51.5 pA/pF, P <0.05)에서 통계적으로 유의한 차이를 나타냈다. (도 5C).As a result, the WT-p.G319D concatemer had a lower mean value of KCNQ4-mediated current (174.9 ± 51.5 pA/pF at +40 mV, P < 0.05) compared to the WT-WT concatemer (95.2 ± 10.4 pA/pF). There was a statistically significant difference. (Figure 5C).

다음으로, WT-WT, WT-p.G331Q 및 WT-p.G319D 콘카테머 채널에 대한 채널 기능성을 분석한 결과, WT-p.G319D 콘카테머의 전체 칼륨 전류(+40mV에서 198.7±15.0 pA/pF)는 WT-WT 콘카테머의 약 2배였다(110.2±7.8 pA/pF)(도 7A 및 D). WT-p.G319D 콘카테머는 전류-전압 (I-V) 관계에서 현저한 이동과 음전위에 대한 활성화의 전압 의존성을 보여주었다 (도 7B). WT-p.G319D 콘카테머의 계산된 반-활성화 전압(V0.5)은 -38.2±0.6mV이고, WT-WT 콘카테머의 V0.5는 -21.1±1.0Mv였다 (도 7C 및 E). 상기 결과를 토대로, p.G319D는 다른 신규한 변이체와 달리 WT 채널에 우세-음성 억제 효과를 나타내지 않는다는 것을 알 수 있으며, 오히려 KCNQ4 야생형 서브유닛과 이종사량화될 때 기능 획득 변이(gain-of-function)를 갖는 활성 DFNA2 변이체로 판단된다.Next, we analyzed the channel functionality for WT-WT, WT-p.G331Q and WT-p.G319D concatemer channels and found that the total potassium current of WT-p.G319D concatemer (198.7 ± 15.0 at +40 mV) pA/pF) was approximately twice that of WT-WT concatemer (110.2 ± 7.8 pA/pF) (Figure 7A and D). The WT-p.G319D concatemer showed a significant shift in the current-voltage (IV) relationship and a voltage dependence of activation on negative potentials (Figure 7B). The calculated half-activation voltage (V 0.5 ) of the WT-p.G319D concatemer was -38.2 ± 0.6 mV, and the V 0.5 of the WT-WT concatemer was -21.1 ± 1.0 Mv (Figure 7C and E). Based on the above results, it can be seen that p.G319D, unlike other novel variants, does not exhibit a dominant-negative inhibitory effect on WT channels, but rather is a gain-of-function mutation (gain-of-function) when heterotetramerized with the KCNQ4 wild-type subunit. It is judged to be an active DFNA2 variant with a certain function.

실험예 7: KCNQ4 변이체 채널의 PIP5 및 KCNQ 오프너 처리에 따른 기능 획복 확인Experimental Example 7: Confirmation of functional recovery according to PIP5 and KCNQ opener processing of KCNQ4 mutant channel

KCNQ4 변이체 채널의 기능 이상을 회복할 수 있는 지 확인하기 위해, KCNQ 채널을 활성화시키는 것으로 알려진 PIP5K 및 KCNQ 오프너를 WT-WT, WT-p.G331Q 및 WT-p.G319D 콘카테머 채널에 처리한 후, 채널 기능 회복여부를 확인하였다.To determine whether the dysfunction of KCNQ4 mutant channels could be restored, WT-WT, WT-p.G331Q, and WT-p.G319D concatemer channels were treated with PIP5K and KCNQ opener, which are known to activate KCNQ channels. Afterwards, it was checked whether the channel function was restored.

그 결과, PIP5K를 발현하여 PIP2 농도를 높이면, WT 및 WT-WT 채널 전류는 2배 이상 향상되었으며 V0.5 값이 약 -10mV만큼 음전하 쪽으로 이동하였다 (도 7). PIP5K 발현과 함께, KCNQ 채널 오프너(Ret 10 μM, ZnPy 10 μM 및 ML213 3 μM)를 처리한 경우 채널 전류를 더욱 향상 시켰지만, 조합 처리에 따른 보다 강화된 향상 효과는 관찰되지 않았다 (도 8). 상기 결과는 KCNQ4 WT 동종체 채널 및 KCNQ4 WT-WT 콘카테머 채널이 PIP2에 대한 민감성을 유지하면서 KCNQ 오프너에 반응함을 나타낸다.As a result, when the PIP2 concentration was increased by expressing PIP5K, the WT and WT-WT channel currents were improved by more than 2-fold, and the V 0.5 value shifted toward the negative charge by about -10 mV (FIG. 7). In conjunction with PIP5K expression, treatment with the KCNQ channel opener (10 μM of Ret, 10 μM of ZnPy, and 3 μM of ML213) further enhanced the channel current, but no stronger enhancement effect was observed with the combined treatment (Figure 8). These results indicate that the KCNQ4 WT concatemer channel and KCNQ4 WT-WT concatemer channel respond to the KCNQ opener while maintaining sensitivity to PIP2.

이와는 대조적으로, 두 개의 기공 영역 변이체 (p.S269del 및 p.A271_D272del)는 콘카테머 형태 (WT-p.S269del 및 WT-p.A271_D272del)에서 PIP5K, KCNQ 채널 오프너 또는 둘의 조합으로 처리한 경우에도 채널 기능이 회복되지 않았다 (도 7 및 도 8).In contrast, the two pore domain variants (p.S269del and p.A271_D272del) in the concatemer form (WT-p.S269del and WT-p.A271_D272del) were activated when treated with PIP5K, KCNQ channel opener, or a combination of the two. Even then, channel function was not recovered (Figures 7 and 8).

다음으로, p.R331Q 변이의 경우 동종체 p.R331Q 변이 채널의 손상된 전도도는 PIP5K, KCNQ 채널 오프너 또는 둘 모두의 조합을 처리한 경우에도 회복되지 않았으나, 대조적으로 이종체 WT-p.R331Q 콘카테머 채널은 PIP5K, KCNQ 채널 오프너 또는 둘 모두의 조합을 처리한 경우 채널 기능이 회복되었으며, 이는 V0.5 값이 음전하 쪽으로 이동한 것으로 알 수 있다 (도 7 및 도 8). 구체적으로, PIP5K 발현만으로는 WT-p.R331Q 콘카테머의 전도도가 회복되었으며, 이는 정상적인 동종체 WT 또는 WT-WT 콘카테머 채널의 전류와 유사한 결과를 보여준다(도 7B 내지 E). 또한, PIP5K 발현이 없더라도 3종의 KNCQ 오프너 (Ret 10μM, ZnPy 10μM 및 ML213 3μM)는 WT-p.R331Q 콘카테머의 전도도를 정상 WT 전류의 최대 70%까지 크게 증가시켰다 (도 8A 내지 B). PIP5K가 발현되는 경우, KCNQ 오프너에 의한 WT-p.R331Q 콘카테머의 활성화가 두드러졌으며, 전류는 PIP5K가 없을때 측정된 정상적인 WT 또는 WT-WT 전류 수준에 도달했다 (도 8B-C). 상기 결과를 종합해보면, 병원성 이종체 WT-p.R331Q 채널은 증가된 PIP2 농도, KCNQ 오프너의 약물 또는 둘 다에 의해 기능이 회복될 수 있음을 알 수 있다.Next, for the p.R331Q mutant, the impaired conductance of the homomeric p.R331Q mutant channel was not restored upon treatment with PIP5K, the KCNQ channel opener, or a combination of both, but in contrast to the heteromeric WT-p.R331Q concatenate. When the mer channel was treated with PIP5K, KCNQ channel opener, or a combination of both, channel function was restored, as evidenced by a shift in the V 0.5 value toward the negative charge (Figures 7 and 8). Specifically, PIP5K expression alone restored the conductance of the WT-p.R331Q concatemer, showing results similar to the current of normal isomeric WT or WT-WT concatemer channels ( Fig. 7B to E ). Additionally, even in the absence of PIP5K expression, three KNCQ openers (Ret 10 μM, ZnPy 10 μM, and ML213 3 μM) significantly increased the conductance of the WT-p.R331Q concatemer up to 70% of the normal WT current ( Fig. 8A to B ). . When PIP5K was expressed, activation of the WT-p.R331Q concatemer by the KCNQ opener was prominent, and currents reached normal WT or WT-WT current levels measured in the absence of PIP5K (Figure 8B-C). Taking the above results together, it can be seen that the function of the pathogenic heteromeric WT-p.R331Q channel can be restored by increased PIP2 concentration, KCNQ opener drug, or both.

다음으로, p.R319D 변이의 경우, 비-전도성 동종체 p.G319D 변이체 채널은 PIP5K 또는 KCNQ 오프너 또는 둘의 조합에 의해 채널 기능이 회복되지 않았다. 반면, 과활성화된 WT-p.G319D 콘카테머 채널은 PIP5K 또는 KCNQ 오프너 또는 둘 다에 반응했으며, WT-WT 및 WT-p.R331Q 콘카테머와 같이, PIP5K 또는 KCNQ 오프너에 의한 WT-p.G319D 콘카테머의 전류의 증가는 V0.5의 음전하 쪽으로의 이동 정도에 비례했으며, 이는 PIP2 활성화가 전압-의존성 채널 게이팅의 촉진에 의해 매개되었음을 의미한다 (도 7 및 도 8).Next, in the case of the p.R319D mutation, the channel function of the non-conducting isoform p.G319D mutant channel was not restored by PIP5K or KCNQ opener or a combination of the two. On the other hand, hyperactivated WT-p.G319D concatemer channels responded to the PIP5K or KCNQ opener or both, and, like the WT-WT and WT-p.R331Q concatemers, WT-p by the PIP5K or KCNQ opener. The increase in current of the .G319D concatemer was proportional to the degree of shift of V 0.5 toward the negative charge, indicating that PIP2 activation was mediated by promotion of voltage-dependent channel gating (Figures 7 and 8).

과활성화된 WT-pG319D 채널을 정상화하는 것은 채널 활성을 정상 WT 수준으로 감소시키는 것을 의미한다. 상기와 같은 정상화가 가능한지 확인하기 위해, WT-p.G319D 콘카테머 채널에 KCNQ 억제제 및 PIP2 킬레이트제를 처리하여 전류 감소 효과를 확인하였다. 기존에 알려진 KCNQ 억제제인 리노피르딘을 처리한 경우 양전위쪽으로 V0.5 값이 이동하는 것을 확인하였는 바, KCNQ 억제제를 처리하여 과활성화된 WT-p.G319D- 매개 전류를 감소시킬 수 있음을 알 수 있다 (도 9A). PIP5K 발현 조건의 유무에 관계없이, 세포 내 적용된 PIP2 킬레이트제인 PLL (polycation poly-L-lysine, 10 또는 30 μg/ml)에 의한 WT-G319D 채널에서의 PIP2 활성화의 간섭은 V0.5값을 양전위쪽으로 이동시켰는 바, 전류를 감소시키는 것을 알 수 있다 (도 9B-C). 그러나, PIP2만 제거한 경우에는 채널 증가된 활성을 WT 수준으로 완전히 회복시키지 못했다. PLL-처리된 세포는 WT 콘카테머 채널보다 40% 더 높은 칼륨 전류를 보였으며, V0.5는 WT-WT와 비교했을 때 -10mV 음전하쪽에 위치했다. 결과적으로, KCNQ 억제제는 채널 전류를 줄이는 데 더 효과적이었고 PIP2 킬레이트제는 채널 활성화의 전압 의존성을 표준화하는 데 더 효과적이었다. 따라서, 상기 결과를 토대로 이종체 WT-p.G319D의 과활성화된 채널 전도도는 KCNQ 억제제 (리노피르딘), PIP2 활성화 억제 또는 이들의 조합을 통해 하향-조절될 수 있음을 알 수 있다.Normalizing hyperactivated WT-pG319D channels means reducing channel activity to normal WT levels. In order to confirm whether normalization as described above is possible, the WT-p.G319D concatemer channel was treated with a KCNQ inhibitor and a PIP2 chelating agent to confirm the current reduction effect. When treated with linopyrdine, a previously known KCNQ inhibitor, it was confirmed that the V 0.5 value shifted toward the positive potential. It was found that treatment with the KCNQ inhibitor can reduce hyperactivated WT-p.G319D-mediated current. (Figure 9A). Interference of PIP2 activation in WT-G319D channels by the intracellularly applied PIP2 chelating agent PLL (polycation poly-L-lysine, 10 or 30 μg/ml), with or without PIP5K expression conditions, resulted in a positive V value of 0.5 . By moving to , it can be seen that the current is reduced (FIGS. 9B-C). However, when only PIP2 was deleted, the increased channel activity was not completely restored to WT levels. PLL-treated cells showed 40% higher potassium currents than WT concatemer channels, and V 0.5 was located at -10 mV negative side compared to WT-WT. As a result, KCNQ inhibitors were more effective in reducing channel current and PIP2 chelators were more effective in normalizing the voltage dependence of channel activation. Therefore, based on the above results, it can be seen that the hyperactivated channel conductance of the heteromeric WT-p.G319D can be down-regulated through a KCNQ inhibitor (linopyrdine), inhibition of PIP2 activation, or a combination thereof.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.

<110> SEOUL NATIONAL UNIVERSITY HOSPITAL <120> Novel KCNQ4 protein variant and use thereof <130> PN137403KR <160> 5 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 695 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> KCNQ4_AA <400> 1 Met Ala Glu Ala Pro Pro Arg Arg Leu Gly Leu Gly Pro Pro Pro Gly 1 5 10 15 Asp Ala Pro Arg Ala Glu Leu Val Ala Leu Thr Ala Val Gln Ser Glu 20 25 30 Gln Gly Glu Ala Gly Gly Gly Gly Ser Pro Arg Arg Leu Gly Leu Leu 35 40 45 Gly Ser Pro Leu Pro Pro Gly Ala Pro Leu Pro Gly Pro Gly Ser Gly 50 55 60 Ser Gly Ser Ala Cys Gly Gln Arg Ser Ser Ala Ala His Lys Arg Tyr 65 70 75 80 Arg Arg Leu Gln Asn Trp Val Tyr Asn Val Leu Glu Arg Pro Arg Gly 85 90 95 Trp Ala Phe Val Tyr His Val Phe Ile Phe Leu Leu Val Phe Ser Cys 100 105 110 Leu Val Leu Ser Val Leu Ser Thr Ile Gln Glu His Gln Glu Leu Ala 115 120 125 Asn Glu Cys Leu Leu Ile Leu Glu Phe Val Met Ile Val Val Phe Gly 130 135 140 Leu Glu Tyr Ile Val Arg Val Trp Ser Ala Gly Cys Cys Cys Arg Tyr 145 150 155 160 Arg Gly Trp Gln Gly Arg Phe 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gctggtcttc agctgcctgg tgctgtctgt gctgtccact 360 atccaggagc accaggaact tgccaacgag tgtctcctca tcttggaatt cgtgatgatc 420 gtggttttcg gcttggagta catcgtccgg gtctggtccg ccggatgctg ctgccgctac 480 cgaggatggc agggtcgctt ccgctttgcc agaaagccct tctgtgtcat cgacttcatc 540 gtgttcgtgg cctcggtggc cgtcatcgcc gcgggtaccc agggcaacat cttcgccacg 600 tccgcgctgc gcagcatgcg cttcctgcag atcctgcgca tggtgcgcat ggaccgccgc 660 ggcggcacct ggaagctgct gggctcagtg gtctacgcgc atagcaagga gctgatcacc 720 gcctggtaca tcgggttcct ggtgctcatc ttcgcctcct tcctggtcta cctggctgag 780 aaggacgcca actccgactt ctcctcctac gccgactcgc tctggtgggg gacgattaca 840 ttgacaacca tcggctatgg tgacaagaca ccgcacacat ggctgggcag ggtcctggct 900 gctggcttcg ccttactggg catctctttc tttgccctgc ctgccggcat cctaggctcc 960 ggctttgccc tgaaggtcca ggagcagcac cggcagaagc acttcgagaa gcggaggatg 1020 ccggcagcca acctcatcca ggctgcctgg cgcctgtact ccaccgatat gagccgggcc 1080 tacctgacag ccacctggta ctactatgac agtatcctcc catccttcag agagctggcc 1140 ctcttgtttg agcacgtgca acgggcccgc 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Claims (19)

KCNQ4(Voltage-Gated Potassium Channel Subunit Kv7.4) 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하기 위한 제제를 포함하는, 칼륨 채널병증(potassium channelopathy) 진단용 조성물로서,
상기 KCNQ4 단백질 변이체는 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체(G319D)이고,
상기 칼륨 채널병증은 비증후군성 난청(non-syndromic deafness)인 것인, 조성물.
A composition for diagnosing potassium channelopathy, comprising an agent for detecting a KCNQ4 (Voltage-Gated Potassium Channel Subunit Kv7.4) protein variant, a fragment thereof, or a polynucleotide encoding the protein variant,
The KCNQ4 protein variant is a variant (G319D) in which the 319th amino acid, glycine, is replaced with aspartic acid,
A composition wherein the potassium channelopathy is non-syndromic deafness.
청구항 1에 있어서, 상기 KCNQ4 단백질은 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 것인, 조성물.
The composition of claim 1, wherein the KCNQ4 protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
청구항 1에 있어서, 상기 KCNQ4 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드는 956번째 염기인 G가 A로 치환된 변이를 포함하는 것인, 조성물.
The composition according to claim 1, wherein the polynucleotide encoding the KCNQ4 protein variant includes a mutation in which G, the 956th base, is replaced with A.
청구항 1에 있어서, 상기 KCNQ4 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오타이드는 서열번호 2의 염기서열을 포함하는 것인, 조성물.
The composition according to claim 1, wherein the polynucleotide encoding the KCNQ4 protein includes the base sequence of SEQ ID NO: 2.
청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 이를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드의 발현 수준을 측정할 수 있는 것인, 조성물.
The method according to claim 1, wherein the composition is capable of measuring the expression level of a KCNQ4 protein variant, a fragment thereof, or a polynucleotide encoding the same.
삭제delete 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는, 칼륨 채널병증 진단용 키트로서,
상기 칼륨 채널병증은 비증후군성 난청(non-syndromic deafness)인 것인, 키트.
A kit for diagnosing potassium channelopathy, comprising the composition of any one of claims 1 to 5,
The kit, wherein the potassium channelopathy is non-syndromic deafness.
개체로부터 분리된 생물학적 시료로부터 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드를 검출하거나 발현수준을 측정하는 단계를 포함하는, 칼륨 채널병증의 진단 또는 치료를 위한 정보 제공 방법으로서,
상기 KCNQ4 단백질 변이체는 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체이고,
상기 칼륨 채널병증은 비증후군성 난청(non-syndromic deafness)안 것인, 방법.
A method of providing information for the diagnosis or treatment of potassium channelopathy, comprising the step of detecting or measuring the expression level of a KCNQ4 protein variant, a fragment thereof, or a polynucleotide encoding the protein variant from a biological sample isolated from an individual,
The KCNQ4 protein variant is a variant in which the 319th amino acid, glycine, is replaced with aspartic acid,
The method of claim 1, wherein the potassium channelopathy is non-syndromic deafness.
청구항 8에 있어서, 상기 방법은
상기 분리된 생물학적 시료로부터 KCNQ4 단백질 변이체, 이의 단편 또는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오타이드가 검출되거나 발현될 경우, 상기 개체를 칼륨 채널병증이 발병한 것으로 판별하거나 발병 위험을 높은 수준으로 예측하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.
The method of claim 8, wherein the method
When a KCNQ4 protein variant, a fragment thereof, or a polynucleotide encoding the protein variant is detected or expressed in the isolated biological sample, determining the individual as having developed potassium channelopathy or predicting the risk of developing it at a high level A method further comprising:
삭제delete 청구항 9에 있어서, 상기 방법은
상기 KCNQ4 단백질 변이체가 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체로서 이형접합(heterozygous) 변이체인 경우, 상기 칼륨 채널병증은 칼륨 채널 기능의 과활성화에 의한 것으로 판별하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.
The method of claim 9, wherein the method
If the KCNQ4 protein variant is a heterozygous variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid, the potassium channelopathy further includes the step of determining that it is caused by hyperactivation of the potassium channel function. , method.
삭제delete 청구항 9에 있어서, 상기 방법은
상기 KCNQ4 단백질 변이체가 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 변이체로서 이형접합 변이체인 경우, 상기 개체를 칼륨 채널 활성 억제제를 이용한 치료 대상으로 판별하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.
The method of claim 9, wherein the method
If the KCNQ4 protein variant is a heterozygous variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid, the method further comprises the step of determining the individual as a target for treatment using a potassium channel activity inhibitor.
KCNQ4 야생형 단백질 및 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 KCNQ4 단백질 변이체를 발현하는 형질전환체를 포함하는, 칼륨 채널 활성 억제제 스크리닝용 조성물.
A composition for screening potassium channel activity inhibitors, comprising a KCNQ4 wild-type protein and a transformant expressing a KCNQ4 protein variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid.
청구항 14에 있어서, 상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체는 7:1 내지 1:2의 비율로 발현되는 것인, 조성물.
The composition of claim 14, wherein the KCNQ4 wild-type protein and the KCNQ4 protein variant are expressed at a ratio of 7:1 to 1:2.
청구항 14에 있어서, 상기 KCNQ4 야생형 단백질 및 KCNQ4 단백질 변이체는 서로 연결된 형태인 것인, 조성물.
The composition according to claim 14, wherein the KCNQ4 wild-type protein and the KCNQ4 protein variant are linked to each other.
1) KCNQ4 야생형 단백질 및 319번째 아미노산인 글라이신이 아스파라긴산으로 치환된 KCNQ4 단백질 변이체를 발현하는 형질전환체에 칼륨 채널 활성 억제제 후보물질을 처리하는 단계; 및
2) 상기 후보물질이 처리된 형질전환체의 칼륨 채널 활성화 정도를 측정하는 단계
를 포함하는, 칼륨 채널 활성 억제제 스크리닝 방법.
1) Treating a potassium channel activity inhibitor candidate to a transformant expressing the KCNQ4 wild-type protein and a KCNQ4 protein variant in which glycine, the 319th amino acid, is substituted with aspartic acid; and
2) Measuring the degree of potassium channel activation of the transformant treated with the candidate material
A method for screening potassium channel activity inhibitors, including a method.
청구항 17에 있어서, 상기 방법은
상기 후보물질에 의해 칼륨 채널의 활성화가 억제되는 경우 상기 후보물질을 칼륨 채널 활성 억제제로 판단하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.
The method of claim 17, wherein the method
The method further includes the step of determining that the candidate substance is a potassium channel activity inhibitor when activation of the potassium channel is inhibited by the candidate substance.
청구항 17에 있어서, 상기 칼륨 채널 활성화 정도를 측정하는 단계는 패치 클램프(patch clamp)를 이용하는 것인, 방법.The method of claim 17, wherein the step of measuring the degree of potassium channel activation uses a patch clamp.
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