KR20230154658A - Ngs 분석에서의 itd 분석을 위한 씨드 서열의 생성 방법 및 장치 - Google Patents

Ngs 분석에서의 itd 분석을 위한 씨드 서열의 생성 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시의 일 실시예는 NGS 분석방법에 의하여 임의의 서열에 대한 리드에 대한 정보를 획득하고, 기준서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하고, 상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열(seed sequence)로 선정하여, 상기 선정된 씨드 서열을 통하여 ITD를 정확하게 분석함으로써, 이를 통하여 ITD와 관련질환의 진단, 예후진단등을 할 수 있는 방법에 관한 것이다.

Description

NGS 분석에서의 ITD 분석을 위한 씨드 서열의 생성 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR SCREENING SEED SEQUENCE FOR SEARCHING INTERNAL TANDEM DUPLICATION WIN NEXT GENERATION SEQUENCE ANALYSIS}
개시된 실시예는 NGS 분석에서의 ITD 도출을 위한 씨드 서열 생성 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 NGS 분석에서 도출된 리드서열에서 ITD를 손쉽게 구분하기 위하여, 씨드 서열을 선별하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재 세계적으로 의료현장에서 유전질환의 진단을 위한 NGS검사가 이루어지고 있고, 이를 통해 정밀의학(precision medicine)분야의 연구가 활발하게 이루어 지고 있는 실정이다. 정밀의학에서 사용되는 NGS기술은 패널 시퀀싱 (panel sequencing), 엑솜 시퀀싱 (exome sequencing), 전체 게놈 시퀀싱 (whole genome sequencing) 등으로 다양하다. NGS로 빠르고 정확하게 유전자의 시퀀싱이 가능하나, NGS로 ITD(internal tandem duplication)를 분석하는 경우에 NGS의 분석의 한계로 인하여, 정확하게 ITD 분석이 어려운 문제점이 있다.
NGS 분석시 ITD 분석의 문제점을 해결하기 위해 여러 상용 분석 프로그램들이 도입되고 있으나, ITD 분석에는 여전히 한계를 보이고 있으며, 상용 분석 프로그램의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 발명하게 되었다.
개시된 실시예는 ITD를 빠르고 정확하게 분석하기 위하여, ITD 분석을 용이하게 하기 위한 씨드 서열을 도출하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명은 1)NGS 방법에 의하여 리드를 획득하는 단계;
2)a)기준 서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 또는/및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하는 단계; 및 3)상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열(seed sequence)로 선정하는 단계;를 포함하는 NGS 방법에서 ITD(internal tandem duplication)를 분석하기 위한 서열을 도출하는 하는 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 2)단계의 리드를 선별하는 단계에 있어서, 3개 이상의 리드에서 동일한 insertion 서열을 갖는 경우, 상기 동일한 insertion 서열을 갖는 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 2)단계의 리드를 선별하는 단계에 있어서, 3개 이상의 리드에서 동일한 soft-clipped bases 서열을 갖는 경우, 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3)단계에서 soft-clipped bases 서열을 포함하는 부위는 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 3)단계에서 insertion 서열을 포함하는 부위는 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 NGS 방법은 앰플리콘(amplicon) 기반의 NGS 방법일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에서는,
1)NGS 방법에 의하여 리드를 획득하는 단계;
2)a)기준 서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 또는/및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하는 단계; 및
3)상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열로 선정하는 단계;
4)상기 선정된 씨드 서열을 쿼리로 임의의 NGS 방법에 의하여 획득된 리드들에 대하여 씨드 서열과 매칭되는 서열을 분석하는 단계;를 포함하는 하는 NGS 방법에서 ITD(internal tandem duplication)를 분석하는 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예 따르면, 상기 4)단계의 분석은 매칭되는 서열의 숫자를 카운팅 하는 단계일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서는 NGS(next generation sequence) 분석에서의 ITD(internal tandem duplication)를 분석하기 위한 서열을 도출하는 장치에 있어서, NGS 분석방법에 의하여 임의의 서열에 대한 리드에 대한 정보를 획득하고, 기준 서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 또는/및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하고, 상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열(seed sequence)로 선정하는 프로세서; 상기 리드에 대한 정보, 기준 서열 및 씨드 서열에 대한 정보를 저장하는 메모리; 및 상기 도출된 씨드 서열에 관한 정보를 표시하는 디스플레이를 포함하는, 장치를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 리드를 선별하는 단계에 있어서, 3개 이상의 리드에서 동일한 insertion 서열을 갖는 경우, 상기 동일한 insertion 서열을 갖는 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 리드를 선별하는 단계에 있어서, 3개 이상의 리드에서 동일한 soft-clipped bases 서열을 갖는 경우 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 soft-clipped bases 서열을 포함하는 부위는 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 상기 insertion 서열을 포함하는 부위는 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp인 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 따른 방법 또는 장치는 NGS 방식으로 획득한 리드로부터 특정 ITD 분석을 신속하고 정확하게 할 수 있는 씨드 서열을 도출하여, 상기 도출된 씨드 서열로부터 빠르고 정확하게 환자의 NGS 리드로부터 ITD의 상태 및 개수를 도출할 수 있다. 따라서, 상기 씨드 서열을 이용하여 환자의 질환의 상태를 모니터링할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 씨드 서열을 도출하기 위한 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 씨드 서열을 이용하여 ITD 분석한 효과를 확인한 도이다.
도 3은 IGV 상에서 본 발명에서 도출된 씨드 서열을 이용하여 리드를 분석한 예시를 나타낸 도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 씨드 서열 도출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 씨드 서열 도출 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 장치의 블록도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 해당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명에서의 용어 "차세대 염기서열 분석기법" 또는 "NGS" 또는 "차세대 염기서열 분석"은 개개의 핵산분자(예를 들어 단일 분자 시퀀싱에서) 또는 고속 대량 방식으로(예를 들어, 10, 100, 1000 이상의 분자가 동시에 시퀀싱됨) 개개의 핵산 분자에 대해 클론으로 확장된 프록시(proxy) 중 하나의 뉴클레오타이드 서열을 결정하는 임의의 시퀀싱 방법을 지칭한다. 차세대 시퀀싱 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 예를 들어 Metzker, M. (2010) Nature Biotechnology Reviews11:31-46]에 기재된다. 차세대 시퀀싱은 샘플 내 핵산의 5% 미만으로 존재하는 변이체를 검출할 수 있다.
본 발명의 용어 "앰플리콘(amplicon) 기반의 NGS 방법"은 목적하는 유전자를 증폭시킬 수 있는 프라이머를 설계하여 짧은 길이의 리드를 다양하게 생산한 다음, 이를 정렬하여 분석하는 기술로서, 대표적인 기술은 Emulstion PCR 방법이 있고, 이를 바탕으로 하는 기기는 Roche의 454 platform, Thermo FIsher의 SOLid platform 및 Ion Torrent platform 등이 있다. 앰플리콘 방법의 NGS는 probe 기반의 hybridization 방식에 비해 library complexity가 낮은 데 비해, 분석 속도가 빠르다는 장점이 있다. 앰플리콘 방식의 NGS data 는 리드의 앞부분 서열에 프라이머 서열이 존재하게 된다. 이 프라이머 서열은 표준서열과 동일한 서열로 디자인된 것이다.
(1)타겟의 선정
타겟을 시컨싱하는 방법은 보통 하기와 같다. 질병의 원인 유전자를 찾기 위하여 차세대 염기서열 분석법을 이용해 전장유전체(Whole-genome)를 시퀀싱하거나, 엑솜 영역만을 목표로 하여 시퀀싱할 수 있으며(Targeted sequencing), 특정 유전자를 타겟으로 수행할 수도 있다. 엑솜 영역또는 특정 타겟 유전자만을 시퀀싱하는 경우에는 비용이나 효율성 측면에서 유리하다. 또한 유전자의 변화가 암과 같은 직접적인 질병으로 나타나는 경우가 많기 때문에 엑솜 영역 또는 타겟 유전자에서의 염기서열의 변화를 검출하는 것이 원인 유전자를 찾는데 효과적이라고 할 수 있다. 엑솜 또는 타겟 유전자만을 시퀀싱하기 위해서는 엑솜 또는 타겟 유전자만 포획할 수 있는 라이브러리가 필요하다.
(2) 대용량 병렬 DNA 시퀀싱
차세대 염기서열 분석기법(Next Generation Sequencing: NGS)은 기존의 모세관 서열확인법(capillary sequencing)에 비해서 빠르면서 한 번에 더 많은 양의 서열확인을 수행할 수 있고, 기존의 모세관 서열확인법에 사용하는 벡터를 이용한 시료의 증폭 과정이 생략되기 때문에 이 과정에서 발생하는 실험적인 오류를 피할 수있다는 장점이 있다.
3곳의 회사에서 제작한 NGS 시스템이 주로 사용되고 있다. 2004년에 출시된 로슈(Roche)사의 454 GS FLX는 처음 소개된 NGS 장비로, 이 장치는 피로시퀀싱(pyrosequencing) 방법과 유화제-중합효소반응(emulsionpolymerase chain reaction)을 사용하여 서열확인을 수행하고, 실험의 최종단계에서 나오는 빛의 세기에 따라서 특정 염기를 확인할 수 있다. 7시간 가동시켰을 때 100Mb 정도의 서열을 확인할 수 있는데, 기존의 ABI 3730 기기가 같은 시간에 440kb의 서열을 확인할 수 있는 것에 비해서 월등히 높은 성능을 나타낸다.
일루미나(Illumina)사의 Illimina Genome Analyzer는 합성에 의한 서열확인(sequencing by synthesis)이라는 개념을 도입한 것으로, 유리판 위에 한 가닥만으로 이루어진 DNA 조각을 부착한 후에, 이 조각들을 중합반응을 거쳐서 군집(cluster)을 이루게 한다. 이 과정을 거칠 때 검사하려는 DNA 조각에 붙은 염기의 종류를 확인하면서 서열 분석을 수행하는데, 약 4 일 정도의 작업으로 32-40 개의 염기길이를 가지는 단편이 4-5천만 개가 생산이 된다.
라이프 테크놀로지(Life Technologies)사의 SOLiD (Sequencing by Oligo Ligation) 기기는 1 μm 크기의 자성구슬에 검사하려는 DNA 조각을 부착시킨 후에 유화제-중합효소연쇄반응을 이용하여 서열확인을 수행한다. 서열확인을 할 때는 8-mer의 단편들을 반복해서 붙이는 방식을 사용하는데, 이 8-mer의 4, 5번째에 실제 서열확인에 사용될 염기가 위치하고 있다. 그 뒤에 붙은 나머지 부위에는 형광물질이 연결되어 있어서 어느 염기가 검사하려는 DNA 조각에 상보적으로 결합하는 지를 표시해 준다. 한 번의 결합 주기마다 8-mer를 모두 5번 붙이고, 같은 작업을 5번 시행하면 총 25염기로 이루어진 DNA 조각의 서열을 확인할 수 있다. SOLiD 기기의 특징은 두 개의 염기를 이용한(two-base encoding) 서열확인으로, 이 방법은 하나의 염기의 서열을 결정할 때 같은 부위를 두 번의 서열확인을 통해서 확인하는 것이다. 자성구슬에 부착된 부착제(adaptor)쪽으로 한 번의 결합 주기마다 한 염기씩 서열을 이동시키면서 서열확인을 수행한다. 이 과정을 통해서 서열확인 실험에서 발생하는 오류를 제거할 수 있는 장점이 있다.
(3) 염기서열 데이터의 분석
질병의 원인 유전자를 찾기 위해서는 기존의 유전자 염기서열로부터 어떤 변화가 일어났는지 조사해야 하기 때문에 개인(환자)의 염기서열 데이터(sequence reads)를 참조 유전체(reference Genome) 또는 참조 서열(또는 기준 서열, reference sequence)과 비교하는 작업을 하게 된다. 이 작업을 맵핑(Mapping)이라고 한다. 맵핑을 통해 개인과 참조 유전체의 차이를 알아낸 후 이를 적당한 선택 기준을 정해 신뢰할 수 있는 염기서열 변이 정보만 추출(Variant Calling)하게 된다. 이 변이 정보는 단일염기서열변이(SNV: Single Nucleotide Variation), 짧은 삽입/결실(Short Indel), 복제수 변이(copy number varation, CNV) 및 융합 유전자 등을 포함하는 구조변이(structural variation, SV)이다. 그런 다음 염기서열 변이 정보를 기존 데이터베이스와 비교하여 이미 밝혀진 변이인지 새롭게 발견된 변이인지 판단한다. 그리고 그 변이가 아미노산의 변화를 가져올 것인지 아닌지, 또한 단백질 구조에 있어서 어떤 영향을 줄 것인지 예측하게 된다. 이 과정을 주석달기(Annotation)라고 한다. 추출한 단일염기서열변이와 짧은 삽입/결실에 관한 정보는 정보의 품질을 더 높이기 위하여 데이터베이스에 등재하거나 전장유전체연관분석(Genome Wild Association Study; GWAS)과 통합 연구를 통해 질병의 원인 변이를 찾는 연구를 수행할 수도 있다.
본 발명에서의 용어 "획득하다" 또는 "획득하는"이 본 명세서에서 사용되며, 물리적 독립체 또는 값을 "직접적으로 획득하거나" 또는 "간접적으로 획득함으로써" 물리적 독립체 또는 값, 예를 들어 수치적 값의 소유를 얻는 것을 지칭한다. "간접적으로 획득하는"은 물리적 독립체 또는 값을 얻기 위한 처리를 수행하는 것(예를 들어, 합성 또는 분석 방법을 수행하는 것)을 의미한다. "간접적으로 획득하는 것"은 다른 관계자 또는 공급원(예를들어 물리적 독립체 또는 값을 직접적으로 획득한 제3자 연구소)으로부터 물리적 독립체 또는 값을 수용하는 것을 지칭한다.
물리적 독립체를 간접적으로 획득하는 것은 물리적 물질, 예를 들어 출발 물질에서 물리적 변화를 포함하는 처리를 수행하는 것을 포함한다. 대표적인 변화는 2 이상의 출발 물질로부터 물리적 독립체를 만드는 것, 물질을 전단(shearing) 또는 단편화하는 것, 물질을 분리시키거나 정제하는 것, 2 이상의 별개의 독립체를 혼합물로 합하는 것, 공유 또는 비공유 결합을 파괴하거나 또는 형성하는 것을 포함하는 화학 반응을 수행하는 것을 포함한다. 값을 간접적으로 획득하는 것은 샘플 또는 다른 물질에서 물리적 변화를 포함하는 처리를 수행하는 것, 예를 들어 물질, 예를 들어 샘플, 분석물 또는 시약에서 물리적 변화를 포함하는 분석 과정을 수행하는 것(때때로, 본 명세서에서 "물리적 분석"으로서 지칭됨), 분석 방법, 예를 들어 다음 중 하나 이상을 포함하는 방법을 수행하는 것: 물질, 예를 들어 분석물 또는 이것의 단편 또는 다른 유도체를 다른 물질로부터 분리시키거나 또는 정제하는 것; 분석물 또는 이것의 단편 또는 다른 유도체를 다른 물질, 예를 들어 완충제, 용매 또는 반응물과 합하는 것; 또는, 예를 들어 분석물의 제1 원자와 제2 원자 사이의 공유 또는 비공유 결합을 파괴하거나 또는 형성함으로써 분석물 또는 이것의 단편 또는 다른 유도체의 구조를 변화시키는 것; 또는, 예를 들어 시약의 제1과 제2 원자 사이의 공유 또는 비공유 결합을 파괴하거나 형성함으로써 시약 또는 이것의 단편 또는 다른 유도체의 구조를 변화시키는 것을 포함한다.
본 발명에서의 용어 "서열을 획득하는 것" 또는 "리드를 획득하는 것"은 본 명세서에서 사용되며, 서열 또는 리드를 "직접적으로 획득하거나" 또는 "간접적으로 획득함으로써" 뉴클레오타이드 서열 또는 아미노산 서열의 소유를 얻는 것을 지칭한다. 서열 또는 리드를 "직접적으로 획득하는 것"은 시퀀싱 방법(예를 들어, 차세대 시퀀싱(NGS) 방법)을 수행하는 것과 같이 서열을 얻기 위한 과정을 수행하는 것(예를 들어, 합성 또는 분석 방법을 수행하는 것)을 의미한다. 서열 또는 리드를 "간접적으로 획득하는"은 다른 관계자 또는 공급원(예를 들어 서열을 직접적으로 획득한 제3자 연구소)으로부터 서열을 수용하거나 또는 서열의 정보 또는 지식을 수용하는 것을 지칭한다. 획득한 서열 또는 리드는 완전한 서열일 필요는 없으며, 예를 들어 적어도 하나의 뉴클레오타이드의 시퀀싱 또는 피험체에서 존재하는 것과 같은 본 명세서에 개시된 변경 중 하나 이상을 확인하는 정보 또는 지식을 얻는 것은 서열을 획득하는 것을 구성한다.
서열 또는 리드를 직접적으로 획득하는 것은 물리적 물질, 예를 들어 출발 물질, 예컨대 조직 또는 세포 샘플, 예를 들어 생검 또는 분리된 핵산(예를 들어 DNA 또는 RNA) 샘플에서 물리적 변화를 포함하는 과정을 수행하는 것을 포함한다. 대표적인 변화는 2 이상의 출발 물질, 물질을 전단 또는 단편화하는 것, 예컨대 게놈 DNA 단편으로부터 물리적 독립체를 제조하는 것(예를 들어, 조직으로부터 핵산 샘플을 분리시키는 것); 2 이상의 별개의독립체를 혼합물로 합하는 것, 공유 또는 비-공유 결합을 파괴하거나 또는 형성하는 것을 포함하는 화학 반응을 수행하는 것을 포함한다. 값을 직접적으로 획득하는 것은 상기 기재한 바와 같은 샘플 또는 다른 물질에서 물리적 변화를 포함하는 과정을 수행하는 것을 포함한다.
본 발명에서의 용어 "핵산" 또는 "폴리뉴클레오타이드"는 단일 가닥 또는 이중 가닥 형태의 데옥시리보핵산(DNA) 또는 리보핵산(RNA) 및 이들의 중합체를 의미한다. 달리 특별히 제한되지 않는 한, 상기 용어는 기준 핵산과 유사한 결합특성을 갖고 천연 뉴클레오타이드와 유사한 방식으로 대사되는 천연 뉴클레오타이드의 공지된 유사체를 함유하는 핵산을 포함한다. 달리 기재되지 않은 한, 특정 핵산 서열은 또한 명확히 기재된 서열뿐만 아니라 암묵적으로 이의 보존적으로 변형된 변이체(예를 들면, 축퇴성 코돈 치환), 대립유전자, 오소로그, SNP 및 상보적 서열을 포함한다. 구체적으로, 하나 이상의 선택된(또는 모든) 코돈의 3번 위치가 혼합 염기 및/또는 데옥시이노신잔기로 치환되는 서열을 생성함으로써 축퇴성 코돈 치환이 달성될 수 있다. 상기 용어 핵산은 유전자, cDNA, mRNA, 작은 비코딩 RNA, 마이크로 RNA(miRNA), 피위상호작용(Piwi-interacting) RNA 및 유전자 또는 유전자좌에 의해 코딩된 짧은 헤어핀 RNA(shRNA)와 상호 교환적으로 사용된다.
본 발명에서의 용어 "페어드 엔드 리드(paired-end read)"는 '페어드 엔드'란 동일한 DNA 분자의 양 말단을 의미한다. 한 쪽 말단을 시퀀싱하고, 이를 뒤집어 다른 말단을 시퀀싱했을 경우, 염기서열이 규명된 이들 두 말단을 '페어드 엔드 리드'라 한다. 예를 들어 Illumina 시퀀싱은 약 500bps의 리드를 생성하고, 이 리드의 양쪽 끝 75bps의 염기 서열을 읽어낸다. 이때 두 리드(제1리드와 제2리드)를 읽는 방향은 3`와 5`로 각각 반대가되며, 서로의 페어드 엔드 리드가 된다.
본 발명에서의 용어 "소프트-클립(soft-clip)", "소프트-클립 조각(soft-clip segment)" 또는 "소프트 클립 리드(soft clipped read)"는 NGS에서 획득한 리드에서 일부만 참조 유전체(참조 서열)로 맵핑되고, 나머지는 맵핑이 되지 않은 상태의 리드를 의미한다.
본 발명에서의 용어 "소프트-클립 서열(soft-clip base)이란 소프트-클립 리드에서 참조 서열과 매칭한 후, 매칭되는 부분의 말단 이 후에 존재하는 매칭되지 않은 서열들을 의미한다.
본 발명에서의 용어 "브릭 포인트(brick point)"는 "소프트 클립 리드(soft clipped read)"에서 일부만 참조 유전체(참조 서열)로 맵핑된 서열의 말단을 의미한다.
본 발명에서의 용어 "insertion 서열"은 참조 서열(기준 서열)과 비교하여, 리드에서 추가적으로 삽입된 서열을 의미한다.
본 발명에서의 용어 "불일치 리드 쌍(disconcordant read pair)"은 페어드 엔드 리드 시퀀싱으로 획득한 리드쌍(제1리드, 제2리드)이 같은 참조 유전자 상에 맵핑되지 않고, 서로 다른 위치 또는 서로 다른 염색체 상에 맵핑되는 리드 쌍을 의미한다.
본 발명에서의 용어 "일치 리드 쌍(concordant read pair)"은 페어드 엔드 리드 시퀀싱으로 획득한 리드 쌍(제1리드, 제2리드)이 같은 유전자에 맵핑되었지만, 리드의 소프트 클립 조각 부분이 다른 유전자에 맵핑되는 정보를 가지고 있는 것을 의미한다.
본 발명에서의 용어 "씨드 서열(seed sequnece)"란 ITD 분석을 빠르고 정확하게 하기 위하여, 본 발명에서 도출된 서열을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 특정 타겟 서열에 대한 NGS 분석에서 ITD 분석을 신속하고, 정확하게 하기 위한 씨드 서열을 도출하는 방법을 제공하고자 한다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 씨드 서열을 도출하는 방법은 앰플리콘 방식에 의하여 생성된 BAM 파일을 IGV(Integrative Genomincs Viewer)에 로딩한 후, maxium downsized read count를 10,000으로 설정한 후, insertion size에 의하여 리드들을 나열(sort alignment by insertion size)하여, 3개 이상의 리드에서 동일한 서열의 insertion이 존재하는지 확인하였고, 이 후, base에 의하여 리드들을 나열(sort alignment by base)를 수행하여, 3개 이상의 read에서 동일 서열의 soft-clipped bases가 존재하는지 확인하여, 상기 확인된 서열을 이용하여 insertion 서열 또는 soft-clipped bases 서열의 경계에 걸쳐있는 8 내지 30bp, 바람직하게는 12 내지 20bp 가량의 씨드 서열(Seed seqeunce)을 결정할 수 있다. 이 후, 결정된 씨드 서열이 포함된 리드의 수를 samtool 명령어를 이용하여 count하여 total count로 나누어 VAF(Variant allele frequency)를 결정할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의하여 도출된 씨드 서열을 이용하여 ITD를 분석하여 다른 방법으로 ITD를 분석한 결과와 비교한 도이다. 구체적으로 53개의 알려진 NGS 리드정보 및 ITD 정보를 바탕으로, 각 방법별로 시뮬레이션을 하였다. 구체적으로 53개의 샘플에서 본 발명의 방법을 이용하여 씨드 서열(Seed seqeunce)을 도출하였으며, 도출된 씨드 서열을 바탕으로 ITD 검출 효율을 검정하여, 53개의 ITD가 모두 검출된 것을 확인하였다.
도 2에 나타난 바와 같이, 전체 53개의 ITD를 분석하였을 경우, 본 발명의 방법으로 모든 ITD를 찾아내었으나, 다른 방식들은 일부만 찾을 수 있었다.
도 3은 일 실시예 따라 도출된 씨드 서열을 이용하여, ITD 분석을 수행한 예시이다.
도 4는 일 실시예에 따른 씨드 서열을 도출하기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계 S410에서, 대상체의 유전체, 또는 기 저장된 데이터로부터 타겟 부위의 리드를 획득할 수 있다. 상기 리드를 획득하기 위하여, 다양한 NGS 방법이 사용 가능할 수 있으나, 앰플리콘 NGS 방법이 바람직할 수 있다.
단계 S420에서, 참조 서열(기준 서열, reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별할 수 있다. 상기 참조 서열 또는/및 기준 서열이란, 기존의 잘 알려진 타겟부위에 대한 서열을 의미하고, 상기 참조 서열과 획득된 리드를 다양한 방식으로 나열할 수 있고, insertion size에 의하여 리드들을 나열(sort alignment by insertion size)할 수 있다.
또한 S420에서, soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별할 수 있으며, soft-clipped bases의 의미는 전술하였다. 상기 soft-clipped base를 도출하기 위하여, base에 의하여 리드들을 나열(sort alignment by base)을 수행할 수 있다.
단계 S430에서는 상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열(seed sequence)로 선정할 수 있다.
단계 S440에서는 상기 획득된 씨드 서열을 이용하여 ITD를 분석할 수 있으며, 상기 분석은 ITD의 숫자를 카운팅할 수 있으며, 상기 ITD의 수를 총 ITD 숫자로 나누어 VAF를 도출할 수 있다. VAF를 바탕으로 환자의 임상적 상태를 예측할 수 있으며, 예컨대, 환자의 질환을 판정에 대한 정보를 제공하거나, 특정 환자의 예후를 예측을 할 수 있다거나, 환자의 치료반응성을 예측할 수 있는 정보를 제공할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 씨드 서열 도출 방법을 보다 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
S510 단계는, NGS 방법으로 리드를 획득하는 방법이고, 보다 구체적으로 앰플리콘 NGS 방법으로 리드정보를 획득할 수 있다.
S520 단계는 특정 리드를 선별하는 단계로서, 3개 이상의 리드에서 동일한 insertion 서열을 갖는 경우(S520-1) 및/또는 3개 이상의 리드에서 동일한 soft-clipped bases 서열을 갖는 경우(S520-2)를 리드들을 선별할 수 있다. 상기 단계들은 독립적으로 또는 동시에 수행이 가능할 수 있다.
S530 단계는 씨드 서열을 결정하는 단계로서, 3개 이상의 동일한 soft-clipped bases 서열을 포함하는 리드들이 갖는 soft-clipped base의 부근의 서열들을 씨드 서열로 결정할 수 있으며, 보다 구제적으로 soft-clipped segment의 brick point, 즉 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 씨드 서열로 결정할 수 있으며, 상기 씨드 서열은 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함할 수 있으며, 상기 씨드 서열은 soft-clipped base의 일부 또는 전부서열을 포함하되, 서열 길이가 12bp 내지 20bp일 수 있다.
또한, 3개 이상의 동일한 insertion 서열을 포함하는 리드들이 갖는 insertion 서열 부근의 서열들을 씨드 서열로 설정할 수 있으며, 보다 구체적으로 싱기 씨드 서열은 insertion 서열의 전부 또는 일부, 그리고 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp일 수 있다. 즉, insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하되, insertion 서열의 인접한 서열을 포함한다.
도 6은 일 실시예에 따른 씨드 서열 도출 장치(600)의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 장치(600)는 프로세서(610), 메모리(620) 및 디스플레이(630)를 포함할 수 있다. 상기 실시 예들에서 장치(600)에 따라, 프로세서(610)가 동작할 수 있다. 다만, 일 실시예에 따른 씨드 도출 장치(600)의 구성 요소가 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에 따라, 씨드 서열 도출 장치(600)는 전술한 구성 요소들 보다 더 많은 구성 요소를 포함하거나 더 적은 구성 요소를 포함할 수도 있다.
프로세서(610)는 NGS 분석방법에 의하여 임의의 서열에 대한 리드에 대한 정보를 획득하고, 참조 서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 또는/및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하고, 상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열(seed sequence)로 선정할 수 있다.
상기 프로세서는 리드를 선별하는 단계에 있어서, 3개 이상의 리드에서 동일한 insertion 서열을 갖는 경우, 상기 동일한 insertion 서열을 갖는 상기 리드들을 선별할 수 있으며, 3개 이상의 리드에서 동일한 soft-clipped bases 서열을 갖는 경우 상기 리드들을 선별할 수 있다.
상기 soft-clipped bases 서열을 포함하는 부위는 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp일 수 있으며,
상기 insertion 서열을 포함하는 부위는 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp일 수 있다.
메모리(620)는 리드에 대한 정보, 참조 서열 및 씨드 서열에 대한 정보를 저장할 수 있다.
디스플레이(630)는 씨드 서열 또는 ITD, 질환의 예후등에 관한 정보를 표시할 수 있으며, 도 5에서 전술한 바와 같이, 씨드 서열에 대한 DB 서술형 텍스트를 함께 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.
본 발명에서 인용하는 공개 문헌, 특허 출원, 특허 등을 포함하는 모든 문헌들은 각 인용 문헌이 개별적으로 및 구체적으로 병합하여 나타내는 것 또는 본 발명에서 전체적으로 병합하여 나타낸 것과 동일하게 본 발명에 병합될 수 있다.
본 발명의 이해를 위하여, 도면에 도시된 바람직한 실시 예들에서 참조 부호를 기재하였으며, 본 발명의 실시 예들을 설명하기 위하여 특정 용어들을 사용하였으나, 특정 용어에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 당업자에 있어서 통상적으로 생각할 수 있는 모든 구성 요소들을 포함할 수 있다.
본 발명은 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 본 발명에의 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 발명은 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. "매커니즘", "요소", "수단", "구성"과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (13)

1)NGS 방법에 의하여 리드를 획득하는 단계;
2)a)기준 서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 또는/및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하는 단계; 및
3)상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열(seed sequence)로 선정하는 단계;를 포함하는 NGS 방법에서 ITD(internal tandem duplication)를 분석하기 위한 서열을 도출하는 하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 2)단계의 리드를 선별하는 단계에 있어서, 3개 이상의 리드에서 동일한 insertion 서열을 갖는 경우, 상기 동일한 insertion 서열을 갖는 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 1항에 있어서,
상기 2)단계의 리드를 선별하는 단계에 있어서, 3개 이상의 리드에서 동일한 soft-clipped bases 서열을 갖는 경우 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서,
상기 3)단계에서 soft-clipped bases 서열을 포함하는 부위는 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되,
상기 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp 인 것을 특징으로 하는, 방법.
제 1항에 있어서,
상기 3)단계에서 insertion 서열을 포함하는 부위는 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp인 것을 특징으로 하는, 방법.
제 1항에 있어서, 상기 NGS 방법은 앰플리콘(amplicon) 기반의 NGS 방법인 것인, 방법.
1)NGS 방법에 의하여 리드를 획득하는 단계;
2)a)기준 서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 또는/및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하는 단계; 및
3)상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열로 선정하는 단계;
4)상기 선정된 씨드 서열을 쿼리로 임의의 NGS 방법에 의하여 획득된 리드들에 대하여 씨드 서열과 매칭되는 서열을 분석하는 단계;를 포함하는 하는 NGS 방법에서 ITD(internal tandem duplication)를 분석하는 방법.
제 7항에 있어서, 상기 4)단계의 분석은 매칭되는 서열의 숫자를 카운팅 하는 단계인 것인, 방법.
NGS(next generation sequence) 분석에서의 ITD(internal tandem duplication)를 분석하기 위한 서열을 도출하는 장치에 있어서,
NGS 분석방법에 의하여 임의의 서열에 대한 리드에 대한 정보를 획득하고, 기준 서열(reference sequence)을 기준으로 상기 획득된 리드들 중 동일한 insertion 서열을 갖는 리드를 선별; 또는/및 b)동일한 soft-clipped bases를 갖는 리드들을 선별하고,
상기 선별된 리드들의 soft-clipped bases 서열 또는/및 insertion 서열의 일부 또는 전부를 포함하는 부위를 씨드 서열(seed sequence)로 선정하는 프로세서;
상기 리드에 대한 정보, 기준 서열 및 씨드 서열에 대한 정보를 저장하는 메모리; 및
상기 도출된 씨드 서열에 관한 정보를 표시하는 디스플레이를 포함하는, 장치.
제 9항에 있어서, 상기 리드의 선별은, 3개 이상의 리드에서 동일한 insertion 서열을 갖는 경우, 상기 동일한 insertion 서열을 갖는 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 9항에 있어서, 상기 리드의 선별은, 3개 이상의 리드에서 동일한 soft-clipped bases 서열을 갖는 경우 상기 리드들을 선별하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 9항에 있어서, 상기 soft-clipped bases 서열을 포함하는 부위는 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되,
상기 soft-clipped base의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp 인 것을 특징으로 하는, 장치.
제 9항에 있어서,
상기 insertion 서열을 포함하는 부위는 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함하되, 상기 insertion 서열의 3` 또는 5` 말단으로부터 인접한 서열을 포함한 서열 길이가 12bp 내지 20bp인 것을 특징으로 하는, 장치.
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