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영어

Single-nucleotide polymorphisms (SNPs) are the DNA sequences difference among the same species in the level of nucleic acids and are widely applied in clinical fields such as personalized medicine. The routine and labor-intensive methods to determine SNPs are performing the sequence homology search by using BLAST and navigating the trace of chromatogram files generated by high-throughput DNA sequencing machine by using Chromas program. In this paper, we developed SNPchaser, a web-based program for detecting SNPs substitution and heterozygosity existence, to improve the labor-intensive method in determining SNPs. SNPchaser performed sequence alignment and visualized the suspected region of SNPs by using user's reference sequence, AB1 files, and positional information of SNPs. It simultaneously provided the results of sequences alignment and chromatogram of relevant area of SNPs to user. In addition, SNPchaser can easily determine existence of heterozygosity in SNPs area. SNPchaser is freely accessible via the web site http://www.bioinformatics.ac.kr/SNPchaser and the source codes are available for academic research purpose.

한국어

SNPs는 같은 종의 생명체 개체별 편차를 나타내는 한 개 또는 수십 개의 염기변이를 일컫는 말이다(1). 인간의 경우, 개체별 SNPs의 차이 때문에 인종의 피부, 머리카락, 체질, 질병, 약물에 대한 감수성 등의 특성이 서로 다르게 나타난다고 알려져 있다(2). 이러한 SNPs의 차이를 조기 에 발견함으로써 개인의 다양한 생리작용과 체질의 변화 뿐 아니라 발병 가능성에 대해 제노타이핑 (genotyping) 검사를 통해 발병 가능성을 예측할 수 있으며, 나아가 환자 개개인의 특성에 맞게 약을 진단, 처방할 수 있을 것으로 예견된다(3, 4). 인간의 SNPs의 유무를 결정함에 있어서 고려해야 할 중요한 요소들 가운데 하나는 SNPs서열의 이형접합 (heterozygosity)여부 확인이다. 단일 배체만 존재하는 미생 물과는 달리 사람의 경우, 모계와 부계로부터 각각 유전자 를 물려받아 2배체 (2 n)의 형태로 염색체가 일반 세포에 존재하는데, 물려받은 유전자의 서열이 똑 같은 경우도 있고 그렇지 않은 경우도 있다. 부모로부터 받은 유전자가 서로 같을 경우를 동형접합 (homozygosity), 차이가 있을 경우 이를 heterozygosity라고 한다. 이러한 heterozygosity가 존재하는 위치에 대해 사람의 염색체를 주형 (template)으로 이용하여 sequencing반응을 수행하였을 경우, 그 결과물인 chromatogram 에는 해당 위치의 염기의 chromatogram에는 한 개의 염기 가 아닌 두 개의 염기가 비슷한 높이를 가진 peak가 존재 하는 경우가 발생한다. 이러한 heterozygosity에 해당되는 부분에 대한 1차적인 검정은 ABI 3700 automated DNA sequencer (Perkin-Elmer, Foster City, CA, USA)와 같은 대용량 염기서열 결정기계 의 산출물인 AB1 파일을 Chromas (Technelysium Pty Ltd, Helens-vale, Queensland)와 같은 프로그램을 이용하여 해당 지역의 염기에 대한 chromatogram을 일일이 육안으로 확인 하는 것이다. 이렇게 heterozygosity를 보일 것으로 추정 되는 서열을 입력서열로 사용하여 NCBI BLAST(5)와 같은 상동성 검색을 통해 기존 서열들과의 SNPs의 차이 유무 를 최종적으로 검증하는 방법이다(6). 또한 SNP분석에 사용 되고 있는 GENETYX라는 프로그램은 FASTA 양식으로 입력한 서열끼리만 비교가 가능하므로 SNP로 추정되는 부분의 chromatogram을 직관적으로 보여주는 기능이 없다 는 단점을 지니고 있다(7). 이러한 기존 분석 방법들은 heterozygosity의 여부와 SNPs유무를 정확하게 판단할 수 있는 장점이 있으나, 많은 시간과 노동력이 수반되는 단점을 지니고 있다. 일반적으로 사용되고 있는 Chromas프로그램의 경우 상동성 검색을 지원하는 기능이 없고, BLAST 검색은 FASTA 양식의 서 열과 ASCII로 된 DNA 서열만을 입력 서열로 사용할 수 있으므로, chromatogram파일을 읽어 들여 사용자가 관심 을 가지고 있는 부분에 대한 특정 SNPs의 heterozygosity 를 확인 할 수 없다는 단점을 가지고 있다. SNPs분석을 위해 주로 사용되는 프로그램인 Chromas 와 BLAST가 가지고 있는 이러한 각각의 단점을 보완하 고자 SNPchaser를 개발하였다. SNPchaser는 서열정렬과 chromatogram을 보여주는 작업을 동시에 수행하여 사용 자가 SNPs 및 heterozygosity유무를 손쉽고 신속하게 확 인할 수 있는 장점을 가지도록 구현하였다.