KR20190102810A - Fetal gender determination method through non-invasive prenatal test - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별을 판별하는 방법에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 산모의 생체시료로부터 Y 염색체에만 존재하는 영역인 MSY 영역을 비침습적 산전진단 방법을 이용하여 시퀀싱하여 기존보다 높은 정확도로 태아의 성별을 판별할 수 있는 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a method for determining the sex of a fetus through non-invasive prenatal diagnosis, and more particularly, by sequencing the MSY region, which is a region present only on the Y chromosome, from a mother's biological sample using a non-invasive prenatal diagnosis method. The present invention relates to a method of determining the sex of a fetus with higher accuracy than before.
산전 진단 방법은 크게 침습적 진단 방법과 비침습적 진단 방법으로 나누어 볼 수 있다. 침습적 진단 방법의 예로는, 임신 10 ~ 12주 사이에 시행하는 융모막검사(chorionic villi sampling, CVS), 임신 15 ~ 20주 사이에 면역분석법을 이용하여 양수 내 AFP의 농도를 측정함으로써 태아의 염색체를 분석하는 양수천자(amniocentesis), 임신 18 ~ 20주 사이에 초음파 유도하에 탯줄로부터 직접 태아 혈액을 추출하는 방법으로 시행하는 탯줄천자(cordocentesis) 방법 등이 있다Prenatal diagnosis can be divided into invasive and non-invasive diagnosis. Examples of invasive diagnostics include chorionic villi sampling (CVS) performed between 10 and 12 weeks of gestation, and fetal chromosomes by measuring the concentration of AFP in amniotic fluid using immunoassay between 15 and 20 weeks of gestation. Amniocentesis to analyze, cordocentesis to extract fetal blood directly from the umbilical cord under ultrasound guidance between 18 and 20 weeks of gestation.
그러나, 이러한 침습적 진단 방법들은 검사 과정에서 태아에게 충격을 가하여 유산이나, 질병 또는 기형 등을 유발할 수 있다. 양수천자 또는 융모막 융모 샘플 채취에 의한 태아 물질 확보를 기초로 한 방법은 침습적이고, 심지어 숙련된 임상의에 의한 경우에도 임신에 대해 무시할 수 없는 위험을 야기할 수 있다. 현재 실무에서, 이러한 침습적 진단 방법은 대체로 모체 연령이 높은 경우 또는 생화학적 시험 또는 초음파 검사를 통한 사전 스크리닝을 통해 다운 증후군 태아 임신 가능성이 증가한 표지가 있을 경우에 사용되고 있는 바, 이러한 침습적 진단 방법의 문제점들을 극복하기 위하여 비침습적 진단 방법들이 개발되고 있다.However, these invasive diagnostic methods may shock the fetus during the test, causing miscarriage, disease or malformation. Methods based on fetal material acquisition by amniocentesis or chorionic villus sampling may be invasive, and even by skilled clinicians may pose a negligible risk for pregnancy. In practice, these invasive diagnostic methods are generally used when the maternal age is high or when there is a marker that increases the likelihood of Down syndrome fetal pregnancy through pre-screening through biochemical tests or ultrasonography. Noninvasive diagnostic methods are being developed to overcome these problems.
산모 혈청 내의 무세포 DNA(cell-free DNA; cfDNA)에서의 무세포 태아 DNA(cell-free fetal DNA; cffDNA)의 발견은 비침습적 산전진단법을 개발하기 위한 강력한 도구를 제공하였다. cffDNA는 태반세포의 고사(apoptosis) 과정에서 산모 혈액으로 유입되며, 약 80~200bp 정도의 짧은 단편으로 임신 5~7주부터 산모 혈액에서 검출되는데, 이를 통한 진단은 자궁 내의 태아에 대한 직접적인 접촉을 배제하는 효과적인 방법이다. 기술발달에 따라 전체 세포로부터 성을 구별하는 것은 쉽지만, 임산부의 cfDNA(cell-free DNA)로부터 성을 구별하는 것은 아직 난해한 편이고, 산모의 cfDNA에서 태아의 분획인 무세포 태아 DNA(cell-free fetal DNA; cffDNA)가 10% 미만인 경우에는 더욱 난해해진다.The discovery of cell-free fetal DNA (cffDNA) in cell-free DNA (cfDNA) in maternal serum provided a powerful tool for developing non-invasive prenatal diagnosis. cffDNA enters maternal blood during apoptosis of placental cells and is a short fragment of about 80 to 200 bp that is detected in maternal blood starting at 5-7 weeks of gestation. It is an effective way to exclude. Although it is easy to distinguish sex from whole cells according to technological development, it is still difficult to distinguish sex from cfDNA (cell-free DNA) in pregnant women, and cell-free fetal, the fraction of fetus in maternal cfDNA. DNA; cffDNA) is more difficult when less than 10%.
차세대 시퀀싱(Next Generation Sequencing, NGS)과 같은 대규모 병렬형 서열분석(massively parallel sequencing) 기술을 이용할 경우, 샘플 내에 존재하는 모든 핵산을 분석할 수 있으므로, 원하는 샘플의 농도가 매우 낮은 cffDNA의 분석에 매우 유용하다.Massively parallel sequencing techniques such as Next Generation Sequencing (NGS) allow the analysis of all nucleic acids present in a sample, making it very useful for the analysis of cffDNA with very low concentrations of the desired sample. useful.
최근에는 기술을 업그레이드하여 비침습 산전진단(Non-Invasive Prenatal Test, NIPT) 기술은 차세대 염기서열 분석(NGS)기반으로 수행되고 있고(Bianchi DW et al., (2014) DNA sequencing versus standard prenatal aneuploidy screening. N Engl J Med. 370: 799808., Sparks AB et al., (2012) Noninvasive prenatal detection and selective analysis of cell-free DNA obtained from maternal blood: evaluation for trisomy 21 and trisomy 18. Am J Obstet Gynecol. 206: 319.e19., Ehrich M et al., (2011) Noninvasive detection of fetal trisomy 21 by sequencing of DNA in maternal blood: a study in a clinical setting. Am J Obstet Gynecol. 204: 205.e111.), Illumina와 Ion Torrent 회사의 두 가지 플랫폼을 이용하여 빠르고 효율적인 클리닉 분석 테스트가 수행되고 있다. 초기에 Illumina 플랫폼을 이용한 비침습산전진단(NIPT) 분석의 민감성(sensitivity)과 특이성(specificity)은 98%정도였지만(Lau TK et al., (2014) Non-invasive prenatal testing for fetal chromosomal abnormalities by low-coverage wholegenome sequencing of maternal plasma DNA: review of 1982 consecutive cases in a single center. Ultrasound Obstet Gynecol 43: 254264., Ashoor G et al., (2012) Chromosome-selective sequencing of maternal plasma cell-free DNA for firsttrimester detection of trisomy 21 and trisomy 18. Am J Obstet Gynecol. 206: 322.e15.), 최근에는 99%이상의 민감성(sensitivity)과 특이성(specificity)을 가진다. In recent years, the technology has been upgraded and Non-Invasive Prenatal Test (NIPT) technology is being performed based on next generation sequencing (NGS) (Bianchi DW et al., (2014) DNA sequencing versus standard prenatal aneuploidy screening N Engl J Med. 370: 799808., Sparks AB et al., (2012) Noninvasive prenatal detection and selective analysis of cell-free DNA obtained from maternal blood: evaluation for
일반적으로 여성은 2개의 X염색체를 가지고 있고, 남성은 X와 Y염색체를 가지며, 포유류에서 Y염색체의 유무가 성별을 결정하게 되는 바, Y염색체가 존재하지 않으면 생식선은 난소로 분화되게 되고 여성성이 발달하게 된다. Y염색체의 크기는 약 60Mb이고, X염색체로부터 유래하며, X염색체와 Y 염색체에는 위(僞)상염색체(pseudoautosomal region, PAR1, PAR2)라 불리는 상동성 영역이 있으며, Y 염색체에서 상기 PAR1, PAR2 영역을 제외한 영역은 Y 염색체에만 존재하는 영역인 MSY(MSY, Male-Specific region of the Y gene)영역으로 볼 수 있다.In general, females have two X chromosomes, and males have X and Y chromosomes. In mammals, the presence of Y chromosomes determines the sex. Without Y chromosomes, the gonads are differentiated into ovaries and femininity. This develops. The Y chromosome is about 60 Mb in size, derived from the X chromosome, and the X chromosome and the Y chromosome have homologous regions called pseudoautosomal regions (PAR1, PAR2), and the PAR1, PAR2 on the Y chromosome. The region excluding the region may be regarded as an MSY (male-specific region of the Y gene) region that exists only on the Y chromosome.
Y염색체는 산모의 혈장에서 추출된 태아의 DNA로부터 실시간 PCR에 의해 증폭되어 관찰될 수 있다. 실시간 PCR에 의할 때, 산모가 남성 태아를 가진 경우 Y염색체 영역이 증폭되어 관찰되지만, 산모가 여성 태아를 가진 경우에는 Y염색체 영역이 증폭되지 아니하여 관찰되지 않는다. Y chromosome can be amplified and observed by real-time PCR from fetal DNA extracted from maternal plasma. By real-time PCR, the Y chromosome region is amplified and observed when the mother has a male fetus, but the Y chromosome region is not amplified when the mother has a female fetus.
종래의 실험에서 산모의 혈장에 있는 Y 염색체의 DYS-14 영역을 실시간 PCR에 의해 증폭하여 관찰한 경우 정확도가 92.6%이었고(Prenat Diagn, 26(13), 1219-1223), 산모의 게놈에는 존재하지 않는 DAZ(남성불임 유전자)를 실시간 PCR에 의해 증폭하여 관찰한 경우에는 실제 태어난 신생아들과 비교하였을 때 그 정확도가 97.3%로 나타났다는 점이 보고된 바 있다(Acta Medica Iranica, 51(4), 209-214).In a conventional experiment, the DYS-14 region of Y chromosome in maternal plasma was amplified and observed by real-time PCR, and the accuracy was 92.6% ( Prenat Diagn , 26 (13), 1219-1223). When DAZ (male infertility gene), which is not amplified by real-time PCR, was observed, the accuracy was 97.3% compared with the actual newborn infants ( Acta Medica Iranica , 51 (4), 209-214).
본 발명은 비침습적 산전진단 방법을 이용하여 산모의 생체시료로부터 획득한 무세포 DNA를 차세대 서열분석을 통해 분석하여 기존보다 높은 정확도로 태아의 성별을 판별할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method that can determine the sex of the fetus with a higher accuracy than conventional by analyzing the cell-free DNA obtained from the mother's biological sample using a non-invasive prenatal diagnostic method through the next generation sequencing .
본 발명은 또한, 본 발명에 의하여 비침습적 산전진단 방법을 통하여 태아의 성별을 판별할 수 있는 MSY 영역을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide an MSY region capable of discriminating the sex of a fetus through a non-invasive prenatal diagnosis method.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은The present invention to solve the above problems is
(A) 산모의 생체시료에서 cfDNA를 추출하여 차세대 시퀀싱(Next Generation Sequencing)을 수행하는 단계;(A) extracting cfDNA from the mother's biological sample to perform Next Generation Sequencing;
(B) 상기 시퀀싱된 서열들(reads)을 참조 유전체 데이터베이스(reference genome database)에 서열 정리(alignment)하는 단계;(B) aligning the sequenced reads into a reference genome database;
(C) 상기 정리된 서열로부터 Y 염색체의 MSY 영역에 유일하게 정리되는 리드를 추출하고, 전체 리드 대비 태아 성별을 판별하기 위한 MSY 의 영역에 유일한 리드의 UR(y)%(Unique Reads y%)를 계산하는 단계;(C) UR (y)% (Unique Reads y%) of reads unique to the region of MSY for extracting the uniquely arranged reads in the MSY region of the Y chromosome from the summarized sequence and for determining fetal gender relative to the total reads Calculating;
(D) 상기 계산된 UR(y)% 데이터를 동시에 계산하여, 기준값(cut-off value)을 정하는 단계; 및(D) simultaneously calculating the calculated UR (y)% data to determine a cut-off value; And
(E) 상기 태아 성별을 판별하기 위한 MSY 영역의 UR(y)%가 기준값 보다 큰 경우 남자 태아로 판별하고, 기준값 보다 작은 경우 여자 태아로 판별하는 단계; 를 포함하는 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법을 제공한다.(E) discriminating a male fetus when UR (y)% of the MSY region for determining fetal gender is greater than a reference value, and determining a female fetus when smaller than a reference value; It provides a method for determining the sex of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis comprising a.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 상기 (A)단계는,In the method for determining sex of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the step (A) is
(a-1) 채취된 혈액을 원심분리하여 혈장을 분리하는 단계;(a-1) separating the plasma by centrifuging the collected blood;
(a-2) 분리된 상기 혈장에서, cfDNA를 추출하는 단계;(a-2) extracting cfDNA from the separated plasma;
(a-3) 추출된 상기 cfDNA를 이용하여 라이브러리를 제작하는 단계; 및(a-3) preparing a library using the extracted cfDNA; And
(a-4) 제작된 상기 라이브러리를 pooling 한 다음, NGS 장비를 이용하여 염기서열을 해독하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. (a-4) After pooling the prepared library, it is characterized in that it comprises the step of deciphering the nucleotide sequence using the NGS equipment.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 상기 생체시료는 혈액, 혈장, 혈청, 소변 또는 타액 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 생체시료는 산모로부터 입수되고, 관심있는 하나 이상의 핵산 분자를 함유하는 임의의 시료로서 상기 혈액이외에도 산모의 혈장, 혈청, 소변 또는 타액에서도 cfDNA의 추출이 가능하다.In the method of gender determination of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the biological sample is characterized in that any one of blood, plasma, serum, urine or saliva. Biological samples are obtained from the mother and can be extracted from the mother's plasma, serum, urine or saliva in addition to the blood as any sample containing one or more nucleic acid molecules of interest.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 상기 차세대 염기서열 분석법은, 예컨대 454 플랫폼 (platform) (Margulies, 등, Nature (2005) 437:376~380), Illumina Genome Analyzer (또는 Solexa™ platform), Illumina HiSeq2000, HisSeq2500, MiSeq, NextSeq500, Life Tech Ion PGM, Ion Proton, Ion S5, Ion S5XL, 또는 SOLiD (Applied Biosystems) 또는 Helicos True Single Molecule DNA 서열분석 기술 (Harris, 등, Science (2008) 320:106~109), Pacific Biosciences의 단일 분자, 및/또는 실시간(SMRT™) 기술 등에 의하여 수행될 수 있다. In the method for determining sex of a fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the next generation sequencing method is, for example, 454 platform (Margulies, et al., Nature (2005) 437: 376 ~ 380), Illumina Genome Analyzer (Or Solexa ™ platform), Illumina HiSeq2000, HisSeq2500, MiSeq, NextSeq500, Life Tech Ion PGM, Ion Proton, Ion S5, Ion S5XL, or Applied Biosystems (SOLiD) or Helicos True Single Molecule DNA Sequencing Technology (Harris, et al., Science (2008) 320: 106-109), single molecule of Pacific Biosciences, and / or real time (SMRT ™) technology, and the like.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 산모의 생체시료에서 cfDNA를 추출하여 차세대 시퀀싱(Next Generation Sequencing)을 수행하는 단계는, 대규모 병렬형 서열분석법으로 유전체 DNA를 무수히 많은 조각으로 나눈 뒤 각 조각의 염기서열 데이터를 얻고, 다양한 생물 정보학적 기법을 이용하여 상기 조각의 염기서열 데이터를 조합하여 유전체를 해독하는 분석방법을 모두 포함하는 것이 가능하다. NextSeq 550Dx, Ion Proton 등 NGS(Next Generation Sequencing) 기술을 통해 임산부의 cfDNA 로부터 태아의 성별을 결정할 때에는 Y염색체의 매핑율에 의해 판단하는 것이 일반적이다.In the method of gender determination of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the step of extracting cfDNA from the mother's biological sample and performing the next generation sequencing, a large number of parallel DNA sequencing genomic DNA After dividing into many pieces, it is possible to obtain sequencing data of each piece, and to include all analysis methods for deciphering the genome by combining the sequencing data of the pieces using various bioinformatics techniques. When determining the sex of the fetus from cfDNA of pregnant women through Next Generation Sequencing (NGS) technology such as NextSeq 550Dx and Ion Proton, it is generally judged by the Y chromosome mapping rate.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 차세대 시퀀싱을 50kb bin 크기로 나누어서 수행하는 것이 바람직하다. In the method of gender determination of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, it is preferable to perform the next generation sequencing by dividing the 50kb bin size.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 상기 차세대 시퀀싱을 Ion Torrent사의 Ion proton system에 의해 수행하는 것을 특징으로 한다. In the method for determining sex of a fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the next generation sequencing is performed by an Ion Torrent's Ion proton system.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 상기 차세대 시퀀싱을 일루미나(Illumina)사의 NextSeq 550Dx에 의해 수행하는 것을 특징으로 한다. In the method of gender determination of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the next generation sequencing is performed by NextSeq 550Dx of Illumina (Illumina).
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, (B) 상기 차세대 시퀀싱을 수행하는 플랫폼 별로 시퀀싱된 서열들(reads)을 참조 유전체 데이터베이스(reference genome database)에 서열 정리(alignment)하는 단계는 기존에 해독된 DNA 염기서열(reference genome database, 참조 유전체 데이터베이스)과 산모로부터 획득되어 해독된 DNA 조각의 염기서열을 비교, 정렬하여 위치를 파악하는 단계이다.In the method of gender determination of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, (B) sequencing the reads sequenced by platform for performing the next generation sequencing in a reference genome database (alignment) ) Step is to determine the location by comparing and aligning the base sequence of the DNA fragments (reference genome database) and the base sequence of the DNA fragments obtained from the mother.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 차세대 시퀀싱을 수행하는 플랫폼 별로 시퀀싱된 서열들(reads)을 참조 유전체 데이터베이스(reference genome database)에 서열 정리(alignment)한 후, 상기 플랫폼 별로 Y 염색체의 MSY 영역에 유일하게 정리되는 리드를 추출하고, 전체 리드 대비 특정 영역에 유일한 리드의 UR(y)%(Unique Reads y%)를 계산하는 것을 특징으로 한다. In the method for determining the sex of a fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, after sequenced reads for each platform for performing the next generation sequencing in a reference genome database, Extracting reads uniquely arranged in the MSY region of the Y chromosome for each platform and calculating UR (y)% (Unique Reads y%) of reads unique to a specific region relative to the entire reads.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 상기 (C) 상기 Y염색체의 MSY 영역에 유일하게 정리되는 리드를 추출하고, 전체 리드 대비 태아 성별을 판별하기 위한 MSY 의 영역에 유일한 리드의 UR(y)%(Unique Reads y%)를 계산하는 단계에서 상기 UR(y)% 는 유전자 전체 리드 대비 Y 염색체의 MSY 영역에 유일하게 매핑되는 리드의 백분율을 의미한다. In the method for determining the sex of a fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, (C) a region of MSY for extracting a lead arranged uniquely in the MSY region of the Y chromosome and for determining fetal sex relative to the total lead In calculating UR (y)% of unique reads at UR (y)%, UR (y)% refers to the percentage of reads mapped uniquely to the MSY region of the Y chromosome relative to the entire gene reads.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 태아 성별을 판별하기 위한 MSY 의 영역이란 MSY 영역을 적절하게 나눈 복수개의 영역 중의 태아 성별을 판별하기에 적합한 일정 영역을 의미하는 바, 일루미나(Illumina)사의 NextSeq 550Dx는 아래 표 1의 50개 영역, Ion Torrent사의 Ion proton system은 아래 표 2의 31개 영역을 가리킨다.In the method for discriminating the fetus of a fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the region of MSY for determining fetal gender means a predetermined region suitable for discriminating fetal gender among a plurality of regions appropriately divided by the MSY region. Bar, Illumina's NextSeq 550Dx indicates 50 areas of Table 1 below, and Ion Torrent's Ion proton system points to 31 areas of Table 2 below.
본 발명에서 상기 (C) 상기 정리된 서열로부터 Y염색체의 MSY영역에 유일하게 정리되는 리드를 추출하고, 전체 리드 대비 특정영역에 유일한 리드의 UR(y)%(Unique Reads y%)를 계산하는 단계에서는 Y염색체의 MSY 영역을 50kb bin 으로 나눈 후 Ion proton system 에 적합한 31개 영역(하기 표 1의 region 1 내지 31)에서 유일한 리드의 개수를 세는 것을 특징으로 하는 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법을 제공한다.In the present invention, (C) extracting reads uniquely arranged in the MSY region of the Y chromosome from the arranged sequence, and calculating UR (y)% (Unique Reads y%) of reads unique to a specific region compared to the entire reads. In the step, the MSY region of Y chromosome is divided into 50 kb bins, and the number of unique leads is counted in 31 regions (
또한, 본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법은 상기 차세대 시퀀싱된 결과로부터 Y염색체의 MSY영역을 50kb bin 으로 나눈 후 NextSeq 550Dx에 적합한 50개 영역(상기 표 2의 region 32 내지 81)을 사용하여 유일한 리드의 개수를 측정하고, 이로부터 태아의 성별을 판별할 수 있는 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법을 제공한다.In addition, the sex determination method of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention is divided into 50kb bin from the MSY region of the Y chromosome from the next-
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, 상기 (D) 상기 플랫폼 별로 계산된 UR(y)% 데이터를 동시에 계산하여, 기준값(cut-off value)을 정하는 단계에서 기준값(cut-off value)은 남아와 여아의 리드값이 차이로 태아의 성별 판별에 사용되는 수치를 의미한다. . In the method of gender determination of the fetus through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, (D) by calculating the UR (y)% data calculated for each platform at the same time, the reference value in the step of setting a cut-off value (cut-off value) refers to the numerical value used to determine the sex of the fetus due to the difference in lead values between boys and girls. .
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법에 있어서, Y 염색체의 맵핑율이 기준값(cut-off value)보다 낮은 경우 여자 태아로 분류하고, 기준값보다 높은 경우에는 남자 태아로 분류할 수 있다(The Journal of Maternal-Fetal and Neonatal Medicine, 25(8): 1370-1374). In the non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention, the fetal gender determination method, when the mapping rate of the Y chromosome is lower than the cut-off value is classified as a female fetus, if higher than the reference value to be classified as a male fetus. The Journal of Maternal-Fetal and Neonatal Medicine, 25 (8): 1370-1374.
본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법은 비침습적 산전진단에 의해 태아에 대한 위험 요소를 줄이고, NGS 방법으로 시퀀싱하여 남성 태아에서만 발견되는 Y염색체의 MSY 영역에서 리드값이 비교하여 더욱 높은 정확도로 태아의 성별을 판별할 수 있다.Fetal gender determination method through non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention reduces the risk factors for the fetus by non-invasive prenatal diagnosis, compared with the lead value in the MSY region of Y chromosome found only in male fetus by sequencing by NGS method The sex of the fetus can be determined with higher accuracy.
도 1은 성별을 미리 파악하고 있는 샘플을 이용하여 chrY 염색체를 50kb bin으로 나눈 data set을 나타낸다.
도 2는 male 샘플에서 맵핑된 리드의 개수가 2 미만인 영역 및 female 샘플에서 맵핑된 리드의 개수가 3 초과인 영역을 제거한 dataset을 나타낸다.
도 3은 Y염색체의 MSY영역 중 NextSeq 550Dx에 적합한 50개 영역에서 맵핑된 리드의 수를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5는 male 샘플에서 전반적으로 맵핑된 리드의 개수가 많은 영역 및 female 샘플에서 전반적으로 맵핑된 리드의 개수가 적은 영역만 선별한 dataset을 나타낸다
도 6은 NextSeq 550Dx에 적합한 50개 영역의 맵핑된 리드의 개수를 모두 더하였을 때 male은 50개 이상 나타나고, female은 20개 미만 나타남을 나타낸 것이다.
도 7(A)는 Ion Proton system에 의할 때 Ion Proton dataset의 31개 영역(blue box)을 사용한 경우 태아의 성별판별에 더 유리하다는 것을 나타낸다.
도 7(B)는 NextSeq 550Dx에 의할 때 NextSeq dataset의 50개 영역(red box)을 사용하는 경우 태아의 성별판별에 더 유리하다는 것을 나타낸다.1 shows a data set obtained by dividing a chrY chromosome by 50 kb bin using a sample having a gender grasp in advance.
FIG. 2 illustrates a dataset in which a region in which a number of leads mapped in a male sample is less than 2 and a region in which a number of leads mapped in a female sample are greater than 3 are removed.
Figure 3 shows the number of leads mapped in 50 regions suitable for NextSeq 550Dx in the MSY region of Y chromosome.
4 and 5 illustrate datasets in which only regions where a large number of leads are mapped in a male sample and a region where the number of leads which are generally mapped in a female sample are selected are selected.
FIG. 6 shows that more than 50 males appear and less than 20 females appear when adding the number of mapped leads in 50 regions suitable for NextSeq 550Dx.
FIG. 7 (A) shows that when 31 areas (blue boxes) of the Ion Proton dataset are used by the Ion Proton system, it is more advantageous for sex discrimination of the fetus.
FIG. 7 (B) shows that the use of 50 red boxes of the NextSeq dataset by NextSeq 550Dx is more advantageous for fetal sex discrimination.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein and the experimental methods described below are well known and commonly used in the art.
<실시예 1> 성별 구분가능 영역의 추출Example 1 Extraction of Gender Distinctable Regions
일루미나(Illumina)사의 NextSeq 550Dx에 의하여 이미 성별을 알고 있는 dataset를 이용하여 chrY 염색체의 MSY 영역을 50kb bin으로 나눈 후(도 1), 맵핑된 리드 개수를 파악하여, 남아 샘플에서 리드 개수가 2미만인 영역 및 여아 샘플에서 리드 개수가 3초과인 영역은 제거하였다(도 2, 도 3).After dividing the MSY region of the chrY chromosome by 50 kb bins using a dataset already known by Illumina's NextSeq 550Dx (FIG. 1), the number of reads mapped was less than 2 Regions with more than 3 leads in the regions and girl samples were removed (FIGS. 2 and 3).
male 샘플에서 맵핑된 리드 개수가 전반적으로 많은 영역 및 female 샘플에서 전반적으로 맵핑된 리드 개수가 적은 영역만 다시 선별하였다. Only regions with a large number of mapped leads in the male sample and regions with a small number of leads mapped overall in the female sample were reselected.
그 결과 MSY 영역 중 50개 영역(상기 표 1의 region 32 내지 81) 의 매핑된 리드 개수를 모두 합하였을 때 male 샘플은 50개 이상, female 샘플은 20개 미만임을 알 수 있었다(도4, 도5, 도6).As a result, when the total number of mapped leads in 50 regions (
MSY 영역 중 50개 영역에서 남아와 여아의 리드 수의 차이가 크게 나타나, 태아의 성별을 구별할 수 있었다. In 50 of the MSY areas, there was a large difference in the number of leads between boys and girls, thus distinguishing the sex of the fetuses.
<실시예 2> 산모의 cfDNA 추출 및 시퀀싱Example 2 Maternal cfDNA Extraction and Sequencing
산모로부터 혈액을 채취하여 원심분리를 통해 혈장을 분리한 후 분리된 혈장에서 30ng이상의 cfDNA(cell-free DNA)를 추출하였다. Blood was collected from the mother, and plasma was separated by centrifugation. More than 30ng of cfDNA (cell-free DNA) was extracted from the separated plasma.
추출된 cfDNA를 이용하여 라이브러리를 제작한 후 adaptor를 결합하고(ligation), 라이브러리를 pooling하여 염기서열을 해독하였다.After the library was prepared using the extracted cfDNA, the adapter was combined (ligation) and the library was pooled to decode the base sequence.
<실시예 3> Proton dataset에 의한 태아의 성별 결정Example 3 Fetal Gender Determination by Proton Dataset
Ion proton system은 Ion Torrent사의 프로토콜에 따라 실험하였다.Ion proton system was tested according to Ion Torrent's protocol.
Proton dataset는 총 894개의 샘플을 사용하여 실험한 결과 MSY 영역을 50kb bin으로 나누었을 때 여자 태아의 경우 매핑이 거의 없는 31개 영역에서 성별을 구별할 수 있었다(상기 표 1의 region 1 내지 31).Proton datasets were tested using a total of 894 samples, and when the MSY region was divided into 50 kb bins, the female fetus was able to distinguish sex from 31 regions with little mapping (
<실시예 4> NextSeq dataset에 의한 태아의 성별 결정Example 4 Determination of Fetal Gender by NextSeq Dataset
일루미나(Illumina)사의 NextSeq 550Dx의 프로토콜에 따라 실험하였다. Experiments were performed according to the protocol of NextSeq 550Dx from Illumina.
NextSeq dataset는 총 734개의 샘플을 사용하여 실험한 결과 MSY 영역을 50kb bin으로 나누었을 때 여자 태아의 경우 매핑이 거의 없는 50개 영역에서 성별을 구별할 수 있었다(상기 표 2의 region 32 내지 81).The NextSeq dataset was able to distinguish sex in 50 regions with little mapping in female fetus by dividing the MSY region into 50 kb bins, using a total of 734 samples (
도 3에서는 예시적으로 8개의 샘플에 대한 실험결과를 나타내었다. 태아가 남자인 경우 50개 영역에서 모두 3 이상의 리드 수(read count)를 나타내었고, 태아가 여자인 경우 50개 영역에서 모두 2 이하의 리드 수를 나타내었다. In FIG. 3, experimental results of eight samples are shown. When the fetus was male, all 50 reads had a read count of 3 or more, and when the fetus was female, all 50 had a read count of 2 or less.
<비교예> 기존 영역과의 비교Comparative Example Comparison with Existing Area
총 1628개의 샘플을 본 발명에 의한 비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법과 비교예로서 MSY 영역 전체에 대해 시퀀싱한 경우의 분별법 및 Y 염색체에서 반복된 염기서열, 동원체(centromere) 영역을 제외한 나머지 부분에서 리드의 수 측정에 의한 분별법의 4 가지 방법으로 분석하고, 그 결과를 비교하여 도 7에 나타내었다. A total of 1628 samples were used for non-invasive prenatal diagnosis according to the present invention to determine the sex of the fetus. As a comparative example, fractionation when sequencing the entire MSY region and repeated sequencing and centromere regions on the Y chromosome In the remaining portions, the analysis was performed by four methods of fractionation by measuring the number of leads, and the results are shown in FIG. 7.
도 7에서 green box는 MSR 영역 전체에서 리드의 수를 나타내고, yellow box는 Y 염색체에서 반복된 염기서열, 동원체(centromere) 영역을 제외한 나머지 부분에서 리드의 수를 나타낸다.In FIG. 7, the green box represents the number of reads in the entire MSR region, and the yellow box represents the number of reads in the remaining portions except the repeated sequencing on the Y chromosome and the centromere region.
도 7(A)에 나타낸 바와 같이 Ion Proton dataset에 의할 때 NextSeq dataset의 50개 영역(red box) 대신 Ion Proton dataset의 31개 영역(blue box)을 사용한 경우 여성 태아의 리드 값이 더 낮아져서 구별이 쉬워지므로, Ion Proton dataset의 31개 영역을 사용하는 것이 더 유리하다는 것을 나타낸다. 도 7(A)에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하여 Ion Proton dataset에 의할 때 가장 일반적인 방법인 green box와 yellow box는 남성 태아와 여성 태아를 구별하기 어렵다는 것을 나타내고 있다.As shown in FIG. 7A, when 31 areas (blue boxes) of the Ion Proton dataset are used instead of 50 red boxes of the NextSeq dataset, the read values of the female fetus are lowered according to the Ion Proton dataset. As this becomes easier, it is more advantageous to use 31 regions of the Ion Proton dataset. As shown in FIG. 7A, the green box and the yellow box, which are the most common methods according to the Ion Proton dataset, indicate that it is difficult to distinguish a male fetus from a female fetus.
도 7(B)에서는 NextSeq dataset에 의할 때 NextSeq dataset의 50개 영역(red box)을 사용하는 경우 Ion Proton dataset의 31개 영역(blue box)을 사용하는 경우보다 여성 태아의 리드 값이 더 낮아져서 구별이 용이하므로, NextSeq dataset의 50개 영역을 사용하는 것이 더 유리하다는 것을 나타낸다.In FIG. 7B, when the 50 red areas of the NextSeq dataset are used by the NextSeq dataset, the lead value of the female fetus is lower than that of the 31 blue areas of the Ion Proton dataset. It is easier to distinguish, indicating that using 50 regions of the NextSeq dataset is more advantageous.
도 7(B)는 NextSeq dataset에 의할 때도 2(A)와 마찬가지로 green box와 yellow box는 태아의 성별구분이 되지 않는 것을 나타낸다. FIG. 7 (B) shows that the green box and the yellow box do not become the sex classification of the fetus even when using the NextSeq dataset.
Claims (8)
(B) 상기 시퀀싱된 서열들(reads)을 참조 유전체 데이터베이스(reference genome database)에 서열 정리(alignment)하는 단계;
(C) 상기 정리된 서열로부터 Y염색체의 MSY영역에 유일하게 정리되는 리드를 추출하고, 전체 리드 대비 태아 성별을 판별하기 위한 MSY 의 영역에 유일한 리드의 UR(y)%(Unique Reads y%)를 계산하는 단계;
(D) 상기 계산된 UR(y)% 데이터로부터 기준값(cut-off value)을 정하는 단계; 및
(E) 상기 UR(y)%가 기준값 보다 큰 경우 남자 태아로 판별하고, 기준값 보다 작은 경우 여자 태아로 판별하는 단계; 를 포함하는
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
(A) extracting cfDNA from the mother's biological sample to perform Next Generation Sequencing;
(B) aligning the sequenced reads into a reference genome database;
(C) UR (y)% (Unique Reads y%) of the only reads in the region of MSY for extracting the uniquely arranged reads in the MSY region of the Y chromosome from the arranged sequence and determining fetal sex relative to the total reads. Calculating;
(D) determining a cut-off value from the calculated UR (y)% data; And
(E) determining if the UR (y)% is greater than the reference value as a male fetus and if less than the reference value as a female fetus; Containing
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
상기 생체시료는 혈액, 혈장, 혈청, 소변 또는 타액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
The method of claim 1,
The biological sample is any one of blood, plasma, serum, urine or saliva
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
상기 (A)단계는,
(a-1) 채취된 혈액을 원심분리하여 혈장을 분리하는 단계;
(a-2) 분리된 상기 혈장에서, cfDNA를 추출하는 단계;
(a-3) 추출된 상기 cfDNA를 이용하여 라이브러리를 제작하는 단계; 및
(a-4) 제작된 상기 라이브러리를 pooling 한 다음, NGS 장비를 이용하여 염기서열을 해독하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
The method of claim 1,
Step (A) is
(a-1) separating the plasma by centrifuging the collected blood;
(a-2) extracting cfDNA from the separated plasma;
(a-3) preparing a library using the extracted cfDNA; And
(a-4) pooling the prepared library, and then using the NGS equipment to read the sequence
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
상기 (A)단계는, 차세대 시퀀싱을 50kb bin 크기로 나누어서 수행하는 것인
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
The method of claim 1,
Step (A) is to divide the next generation sequencing by 50kb bin size
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
상기 차세대 시퀀싱을 Ion Torrent사의 Ion proton system에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
The method of claim 1,
The next generation sequencing is performed by the Ion Torrent's Ion proton system
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
상기 차세대 시퀀싱을 Ion Torrent사의 Ion proton system에 의해 수행하는 경우 태아 성별을 판별하기 위한 MSY 의 영역은 하기 31개 영역인 것인
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
The method of claim 5,
When the next-generation sequencing is performed by the Ion Torrent's Ion proton system, the MSY regions for determining fetal gender are 31 areas below.
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
상기 차세대 시퀀싱을 일루미나(Illumina)사의 NextSeq 550Dx에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
The method of claim 1
The next generation sequencing is carried out by NextSeq 550Dx of Illumina Co., Ltd.
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
상기 차세대 시퀀싱을 일루미나(Illumina)사의 NextSeq 550Dx에 의해 수행하는 경우 태아 성별을 판별하기 위한 MSY 영역은 하기 50개 영역인 것인
비침습적 산전진단을 통한 태아의 성별 판별방법
The method of claim 7, wherein
When the next generation sequencing is performed by Illumina NextSeq 550Dx, MSY regions for determining fetal gender are the following 50 regions.
Fetal Gender Discrimination by Noninvasive Prenatal Diagnosis
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