ONT, cfDNA 그리고 Methylation

나노포어를 이용해서 cell-free DNA의 메틸레이션 패턴을 분석한 논문이 있어서 한번 가져와봤습니다.

이름하여 "Detecting cell-of-origin and cancer-specific methylation features of cell-free DNA from Nanopore sequencing"

DOI는 10.1186/s13059-022-02710-1 입니다.


일단 당연히 clova-x에게 물어보았고,

이번에는 제목은 어떻게 쓰면 좋을지 한번 물어보았습니다.

제목 답변

해당 연구의 제목은 "Detecting cell-of-origin and cancer-specific methylation features of cell-free DNA from Nanopore sequencing"입니다. 이 제목은 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하여 암세포에서 유래한 세포유리 DNA를 식별하는 방법을 개발한 연구라는 것을 나타내고 있습니다. 이 연구는 생명공학 분야에서 매우 중요한 연구 중 하나이며, 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하는 기술은 암 진단과 치료에 큰 도움을 줄 수 있습니다.

"세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 이용한 암 진단 연구"와 같은 제목을 사용할 수 있습니다. 이 글에서는 연구의 목적과 방법, 결과 등을 소개하고, 세포유리 DNA의 메틸화 패턴이 암 진단에 어떻게 활용될 수 있는 지에 대해 설명할 수 있습니다.

내용 요약

이 연구는 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하여 암을 진단하고 모니터링하는 방법을 개발하는 것을 목적으로 합니다. 암은 우리 주변에서 매우 흔하게 발생하는 질병 중 하나이며, 암을 조기에 발견하고 치료하는 것은 매우 중요합니다. 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하는 기술은 암을 조기에 발견하고 치료하는 데 큰 도움을 줄 수 있습니다.

세포유리 DNA는 혈액 내에 존재하는 DNA 조각으로, 암세포에서 유래한 것일 수 있습니다. 이 연구에서는 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하여 암세포에서 유래한 세포유리 DNA를 식별하는 방법을 개발하였습니다. 이를 위해 Nanopore sequencing 기술을 사용하여 세포유리 DNA의 염기서열을 분석하고, DNA methylation 분석을 수행하였습니다.

연구 결과, 세포유리 DNA의 메틸화 패턴은 암세포에서 유래한 세포유리 DNA와 건강한 세포에서 유래한 세포유리 DNA에서 차이가 있음을 확인하였습니다. 이는 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하여 암을 진단할 수 있는 가능성을 보여줍니다. 또한, 이 연구는 세포유리 DNA의 메틸화 패턴이 시간에 따라 변화한다는 것을 발견하였습니다. 이는 암의 진행 상황을 모니터링하는 데 유용한 정보를 제공할 수 있습니다.

이 연구는 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하여 암을 진단하고 모니터링하는 데 새로운 가능성을 제시한 것으로 평가됩니다. 이 연구 결과를 바탕으로, 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하는 기술이 발전하면 암 진단과 치료에 더욱 효과적인 방법이 개발될 것으로 기대됩니다.

이 연구는 생명공학 분야에서 매우 중요한 연구 중 하나입니다. 세포유리 DNA의 메틸화 패턴을 분석하는 기술은 암 진단과 치료에 큰 도움을 줄 수 있으며, 미래에는 더욱 발전하여 다양한 질병을 진단하고 치료하는 데 활용될 수 있을 것입니다. 또한 미래의 건강과 의료 산업에 큰 영향을 미칠 것이며, 우리의 삶을 더욱 건강하고 안전하게 만들어줄 것입니다.

요약해줘 하니깐, 그래 이 연구는 중요해, 중요하니깐 중요해만 반복적으로 답변하는 느낌은 어쩔 수 없는듯합니다. 디테일 한 연구 내용을 확인하려면 질문을 계속 해서 확인해야 할 듯 합니다.

다시 잠깐 더 살펴보자면 단순히 ONT로 실험한 것이 아니고 기존의 표준실험 방법인 WGBS(Whole Genome Bisulfite Sequencing)와 비교한 데이터로 ONT로 연구해도 cfDNA의 메틸레이션을 확인 할 수 있다라고 주장하고 있는데... 생각해보면 cfDNA는 long read 시퀀서의 대명사인 ONT를 사용할 매력이 반감되기는 하나 native한 methylation을 볼 수 있다는 또 다른 압도적인 장점이 존재하다 보니..

그러나 보통 cfDNA가 150bp 이내의 짧은 것들만 생각하나 di나 tri-nucleosome도 함께 확인 할 수 있기 때문에... di나 tir nucleosome은 300~400bp 이상의 길이가 있기 때문에, 꼭 ONT의 매력이 반감되지는 않을 듯 합니다.

근데 di-, tri-nucleosome이 왜 중요한지는 제가 공부를 아직 안 해서 잘 모르겠습니다.

나중에 공부하게 되면 다시 글을 하나 써보는 걸로 :)

출처: @ye._.vely618

WGS 데이터를 활용하여 어떤 방법이 환자에게 보다 효과적인지 확인해보자

바다 건너 영국에서 진행하고 있는 WGS를 활용한 암환자들에 대한 치료 기회에 대한 내용에 대한 논문을 한번 bar..아니 gemini에게 물어봤습니다.

논문 제목은 "Insights for precision oncology from the integration of genomic and clinical data of 13,880 tumors from the 100,000 Genomes Cancer Programme"

doi: 10.1038/s41591-023-02682-0

입니다.

이번 프롬프트는 간결하게 "https://www.nature.com/articles/s41591-023-02682-0 이 연구를 하게 된 이유와 연구에 사용된 분석 방법, 그리고 결과에 대한 내용에 대해서 블로그에 게시할 수 있도록 정리해서 작성해줘" 라고 넣어봤습니다.

제목: 암 치료를 위한 개인화된 접근 방식

요약:

암은 전 세계적으로 사망 원인 1위입니다. 암 치료는 종종 화학 요법, 방사선 요법 및 수술을 포함하는 복잡한 과정입니다. 그러나 이러한 치료법은 모든 환자에게 효과적이지 않으며 종종 부작용을 유발할 수 있습니다.

연구 배경:

최근 몇 년 동안 암 치료에 대한 개인화된 접근 방식에 대한 관심이 높아졌습니다. 개인화된 치료는 환자의 특정 유전적 특성에 맞게 조정된 치료법입니다.

연구 방법:

이 연구는 100,000 게놈 프로젝트의 암 프로그램의 데이터를 사용했습니다. 이 프로젝트는 암 환자의 전체 게놈을 시퀀싱하는 것을 목표로 합니다. 연구원들은 33가지 암 유형의 13,880개 종양을 분석했습니다. 그들은 이 데이터를 실제 치료 및 결과 데이터와 연결했습니다.

연구 결과:

연구 결과는 WGS가 많은 암 유형에서 유용한 도구가 될 수 있음을 보여줍니다. WGS는 환자의 치료 반응에 영향을 미칠 수 있는 유전적 변화를 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 이 정보는 더 개인화된 암 치료법을 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

연구 결론:

이 연구는 WGS가 암 치료를 위한 개인화된 접근 방식을 개발하는 데 중요한 도구가 될 수 있음을 보여줍니다. WGS는 환자의 치료 반응을 예측하고 더 효과적이고 안전한 치료법을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 연구가 암 치료에 미치는 잠재적 영향:
- WGS는 암 치료의 성공률을 높이고 부작용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
- WGS는 암 환자에게 더 나은 치료 옵션을 제공할 수 있습니다.
- WGS는 암 치료의 비용을 절감하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 연구의 한계:
이 연구는 100,000 게놈 프로젝트의 데이터를 사용했습니다. 이 데이터는 영국과 미국의 환자를 대상으로 합니다. 다른 국가의 환자에게도 WGS가 유용한 도구가 될지는 확실하지 않습니다.
이 연구는 WGS가 암 치료에 미치는 잠재적 영향을 평가했습니다. 그러나 WGS가 실제로 암 치료의 성공률을 높이고 부작용을 줄이는 데 도움이 되는지 여부는 더 많은 연구가 필요합니다.

 

개별 암종별 변이 종류에 따른 설명이 많이 생략되어 있긴하지만, 프롬프트를 잘 작성하면 필요에 맞는 내용을 잘 요약해서 정리해 줄 것으로 생각되고, 결국 깨작깨작 패널대신 걍 WGS를 하고 더불어 methylation, proteomics, RNAseq 등의 정보들도 조합하면 우리가 꿈꾸는 예후 예측이나 더 나은 환자의 치료를 제공할 수 있지 않겠냐고 잘 마무리하고 있는 논문 되겠습니다.

그리고 물론 위에 것을 하려면 아직 돈은 많이 든다. 언젠가 그렇듯이 이 또한 해결 할 수 있는 그 날이 오면 좋겠다. 라고 합니다. 

그럼 설 연휴 잘 마무리하는 걸로 :)

출처: @ye._.vely618

이제 우리 cfDNA를 활용해 보아요 (feat. 머신러닝)

Genome-wide cell-free DNA fragmentation in patients with cancer

"내 혈관 속 DNA가 말해줘"라는 BTS의 DNA의 가사 처럼 우리 혈관 속에는 우리 상태를 알게 해주는 마커로 사용할 수 있는 cfDNA가 있습죠

오늘은 2019년 발표된 "Genome-wide cell-free DNA fragmentation in patients with cancer"라는 논문을 가져와봤습니다.

DOI: 10.1038/s41586-019-1272-6

이 논문은 암환자의 혈액 내 cfDNA를 측정하여 암 진단은 당연하고, 어떤 암종인지, 조기 발견 및 모니터링을 위한 초석을 놓은... 물론 그전에 다른 논문에서 이미 초석을 다진 논문도 있을것 같긴하지만, 어찌됐든 모 괜찮은 논문이라고 생각합니다. :)

그래서 7종의 암환자 200여명과 건강한 (aka 암환자가 아닌) 건강한 사람의 cfDNA을 분석해서 이리저리 굴려보고 돌려보고 해서(결국 머신러닝 아니겠습니까) 암종간 cfDNA의 profile의 변화를 머신러닝을 통해 모델을 만들었고, cfDNA profile 모델과 함께 cfDNA상에 존재하는 변이를 활용하면 더 나은 결과를 보여줬다고 하네요

cfDNA는 원래 혈액속에 있는 암에 걸리면 (무조건은 아니지만) cfDNA의 양이 증가하게 됩니다. 원래 혈액속에 떠다니는 cfDNA가 만들어지는 source외에 암세포가 혈액에 추가로 cfDNA가 더 공급하는 꼴이 되기때문이죠.

cfDNA 중 암세포에서 나온 cfDNA인 ctDNA?만 따로 선별하는 방법으로 접근하기도합니다. 개인적으로는 cfDNA에서 ctDNA를 찾겠다 보다는  cfDNA를 더 잘 characterization 하는게 나을듯한데... cfDNA를 characterization하면 ctDNA를 더 잘 구별할 수 있게 되는건가? 여튼..

아.. 그래서 제가 블로그에 가끔씩 얘기했던 NIPT를 하다가 산모의 암도 찾아냈다고 하는 얘기가 있었기도 했습니다.

오늘은 cfDNA와 머신러닝 방법을 이용해서 암진단 및 암종 구분을 하는 논문에 대해서 잠깐 얘기해보았는데, 분야를 막론하고 머신러닝 모델을 개발할것 까지는 아니지만 활용을 잘 할 수 는 있어야 한다는 느낌은 항상 받는것 같습니다.

23년 12월의 첫날, 아내느님의 탄생일 기념으로 포스팅을 해보았습니다.

출처 : @candyz_hyojung

어떤 시퀀서가 NIPT를 잘 할까

간만에 NIPT 논문을 들고 와봤습니다.

어떤 시퀀서가 NIPT에 더 적합한가 알아보자 되겠습니다.

2019년에 출판된 논문으로 "Prospective head-to-head comparison of accuracy of two sequencing platforms for screening for fetal aneuploidy by cell-free DNA: the PEGASUS study" 이고, 

doi는 https://doi.org/10.1038/s41431-019-0443-0 입니다.

위에서 언급했다 싶이 시퀀싱 기기별 NIPT의 임상적 성능을 비교한 내용으로 T13/18/21 그리고 Monosomy X 검사에 대해서 테스트를 진행했다고 합니다.

그리고 비교한 시퀀싱 기기는 시퀀싱 시장의 대장인 illumina의 HiSeq와 Thermo의 Proton이라고 하네요.

결과적으로는 둘다 정확도는 99%이상이었으나 미세하게 차이가 결과에 차이가 있었다고합니다. 

민감도와 위양성률 모두 HiSeq 성능이 우수했고, 시퀀싱 처리시간에서는 Proton이 짧은 처리 시간을 자랑한다고 합니다.

표면적으로 보면 일루미나의 HiSeq이 Thermo의 Proton보다 우수하다고 결정 내릴 수 있으나 사실 꼭 그렇지는 않을듯합니다. 실험 디자인에서 서술되어 있는 내용을 보면 cell-free DNA 추출 후 두개로 나누어 각각 기기에서 실험을 한건 같아 보이지 않아서 입니다. 

혈액 채취 후 각각의 실험실에 보내어 각 실험실에서 자체 프로토콜로 진행하지 않았나 싶습니다. 그래서 정확하게는 실험실간의 성능 비교이지 않나 싶습니다.

NIPT에서는 cell-free DNA내 태아의 cell-free DNA 양이 굉장히 중요하기 때문에 실험을 하는 사람의 숙련도나 방법에 따라 분석을 할 수 없기도 해서..

여튼 그래도 중국에서 진행했던 (대략 1만여건 정도..) 대규모 연구 이후로 꽤 큰 샘플 개수이고 보통 단일 플랫폼으로 테스트를 진행하는데 서로 다른 기술 기반의 플랫폼(광학과 수소이온)에서 테스트를 하여 플랫폼 간 우위에 대한 내용은 얘기하기 어렵지만, 어찌 됐던 cell-free DNA 기반의 선별 검사는 효과적인 방법이라는 것을 다시 한번 확인하는 연구이지 않았나 싶네요

결론은 illumina던 Thermo던 압도적 우위에 있는 플랫폼은 없으니 각자 application과 상황에 맞는 플랫폼과 방법을 선택해서 하는 것이 중요하다. 정도? 이지 않나 싶네요 :)

아.. 연구 이름인 PEGASUS는 "PErsonalized Genomics for prenatal Aneuploidy Screening USing maternal blood"의 약자라고 합니다. PEGASUS 홈페이지도 있습니다.

출처: @ye._.vely618

산모의 건강상태가 NIPS에 미치는 영향

Noninvasive prenatal testing for aneuploidy using cell-free DNA – New implications for maternal health

간만에 하는 업무와 갱장히 밀접한 글 하나 투척이라기 보다는
간단히 정리 정도...


NIPS/NIPT, 비침습적 산전 스크리닝 혹은 테스트의 약자로 산모의 혈액내에 있는 태아의 cfDNA를 사용하여 태아에 문제가 있는지 확인 할 수 있는 기술로써 홍콩대학의 Denis Lo 옹께서 산모 혈액내에 태아것도 있다. 그리고 산모와 태아의 것을 구분 할 수 있다고 밝혀주셔서 전세계적으로 빠르게 확산되었죠.


지속적인 연구를 통해 Trisomy 13/18/21에 대해서 우수한 정확도를 보여주고 있습니다만, NIPS/NIPT를 하다보면 이게 검사가 잘 안되는 경우가 있습니다.

그러나 어떠한 이유인지 분석 할 수 없는 경우나 알 수없가 없었습니다.
그래서 지속적으로 축적된 임상 경험을 바탕으로 NIPS/NIPT와 산모의 건강과 관련하여 상호관계가 있을것으로 추측하였고 그래서 한번 어떤 것들이 NIPS/NIPT의 성능에 영향을 미치는지 조사해본 논문하나를 살펴보았습니다. :)


산모의 비만 (Obesity)

NIPS/NIPT를 할 때 의뢰서에 키와 몸무게 란이 있습니다. 이는 BMI이 치수로 산모의 체질량을 확인하는데 BMI가 높을수록 NIPS/NIPT에 필요한 태아의 cfDNA의 비율이 떨어지기 떄문에 NIPS/NIPT가 실패할 확률이 높아진다고 보고되고 있습니다.
지방세포에서 세포 사멸과 괴사로 혈중 내 태아의 cfDNA보다 산모의 cfDNA 양이 상승하여 태아의 cfDNA 비율을 떨어트린다는 것입니다.


자가면역질환 (Autoimmune disease)

자가면역질환은 문자 그대로 자기 자신을 공격하는 질환으로 세포 주기가 굉장히 짧아지는것이 문제가 되어 임신하지 않은 전신성 홍반성 루프스(SLE) 환자에서 혈중 cfDNA가 증가하는 것을 확인했습니다. 그래서 SLE가 있는 임산부의 NIPS/NIPT결과를 해석할 때는 주의를 기울여야 한다고 말하기도 하였습니다.


태아 분획에 영향을 줄 수 있는 것들 (Other maternal influences on fetal fraction)

표2(논문 참조)에 나와있듯이 태아 분획과 다양한 산모의 특징(인종, 흡연여부, 고혈압, 나이등등등)들은 통계적으로 유의한 연관성을 가지고 있으나 이러한 산모의 특징들은 상반된 결과를 나타내는 결과들도 있기 때문에 덜 중요해 보인다고 합니다.
(인종 ㅂㄷㅂㄷ, ㅂㄷㅂㄷ 했다고 인종차별자는 아니니 오해 없으시기 바랍니다.)


산모가 받은 처방 (Maternal medications)

산모가 복용하는 약 또한 NIPS/NIPT의 결과를 방해 할 수 있습니다.
LMWH(Low molecular weight heparin)은 NIPS/NIPT에 부정적인 영향을 미치는 첫 물질이었습니다. heparin과 NIPS/NIPT의 부정적인 결과에 대해서 정확한 메카니즘은 알려져 있지 않지만 NIPS/NIPT 검사를 위해서는 heparin 복용을 일정 시간 중단해야 합니다. 그리고 IVIG(Intravenous immunoglobulin)의 경우 cfDNA가 증가하는 것처럼 보고 되었지만 NIPT의 분석 성능에는 확인되지 않았습니다.


장기 이식 받은 산모 (Organ transplant recipients)

장기 이식을 받은 산모의들의 NIPS/NIPT는 고려를 해봐야 합니다. 특히나 장기 이식받은 장기가 남성 기증자라면 특히나 주의해야한다. 남성 기증자의 장기는 Y염색체 특이적 cfDNA서열을 만들어내어 잘못된 판단을 유발 할 수도 있다. 그리고 NIPS/NIPT는 염색체 이상이 있는 산모가 하면 정확하지않은 결과를 받아볼 수 있기 때문에 NIPS/NIPT 전 상담을 꼭 진행해야 합니다.


※ 정정 :하단은 NIPS/NIPT를 해서 산모로부터 우연히 알게되는 것에대한 내용입니다.

산모의 성염색체 상태 (Maternal sex chromosome conditions)

NIPS/NIPT에서 X염색체의 정확도는 13/18/21과 같은 상염색체보다 본질적으로 좋지 않습니다. 다른 이수성에 비해 X 염색체 이상에 대해 더 높은 태아 및 태반 모자이크 현상이 있습니다. 산모에 따라 나이와 연관있는 X 염색체 손실이 일어나기도 하고 일부 산모에게서는 정상 XX에서 저수준으로 XO/XX 모자이크로 바뀌기도 합니다.또한 많은 SCA(Sex chromosome aneuploidies)는 불확실한 NIPS/NIPT결과를 초래하기도 합니다. NIPS/NIPT에 의해 의심된 181개 SCA case중 16 case (8.5%)가 산모에 의해 기인한 것으로 확인되었다고 합니다.


산모의 상염색체 이상 (Maternal autosomal abnormalities)

산모의 상염색체이상도 잘못된 NIPS/NIPT 결과를 발생시킵니다. 이런 경우 산모가 저수준의 모자이크 T18이나 염색체 13 혹은 18번에 부분적으로 중복이 있어 발생할 수 있습니다. 최근 NIPS/NIPT 분석 중에 22q11.2와 같은 미세결실 증후군을 탐지하고 있는데 한 연구에서 고위험의 미세 결실 결과 중 60%(20 case/32 case)가 산모에 의한 것이지 않을까 의심되고 있습니다. 그러나 다른 NIPS/NIPT 제공 업체의 경우 고위험 미세 결실 결과중 2%만이 산모에 의한 것으로 확인(?이 진짜 된건지 산모를 검사를 했는지는 까지는)됐다고 합니다. 그런데 이런 차이가 나는 이유는 NIPS/NIPT분석 방법이나 reference의 편향성이나 인구 특징들에 따라 달라지기 때문에 분석 결과에 대한 비교까지는 어려운것 같다고 합니다.


산모의 종양 (Maternal malignancy)

종양세포는 NIPS/NIPT 분석에 사용하는 혈장내의 cfDNA를 기여하고 있다는 것에 누구도 부정은 못할 것 입니다. 종양이 NIPS/NIPT 결과에 영향을 준다는 사례 보고는 여기에서 설명되었습니다. 125,426명의 산모 집단에서 산모의 종양으로 인해 NIPS/NIPT결과가 불일치한 산모 10명에 대해서 정보를 공개했습니다. 산모들의 종양/암 유형은 lymphoma, leukaemia, colorectal and anal cancers 이었다고 합니다.
그리고 산모들은 추가적인 생물정보학적 분석으로 비특이적인 CNV들을 보여줬는데 NIPS/NIPT에서 관찰된 비특이적인 패턴들은 종양/암 치료후 사라져서 종양/암과 NIPS/NIPT와의 관계를 확인 할 수 있었습니다.


그래서 종합적으로 요약하자면 임상적으로 NIPS/NIPT에 대한 경험과 자료가 증가함에 따라 산모의 건강과 밀접한 관련이 있다는 것을 확인 할 수 있었고 비만, 면역질환 및 LMWH 치료와 같은 NIPS/NIPT 결과에 영향을 줄 수 있는 산모의 상태에 대해서 인지하고 있어야합니다(안그러면 위양성 결과를 받아들고 옳지못한...).
NIPS/NIPT결과로 얻어진 2차 산모의 위험 소견에 대해 산모에게 알리는 것도 중요한 윤리적 고려사항이라고 생각됩니다.


이렇다고합니다.

간만에 업무와 관련되 내용 포스트 좀 해봤습니다.

출처: sana_twice.09