롱리드를 이용한 미진단 해결 사례 (1) — 상염색체 열성 질환에서 놓친 변이를 찾다.

요약

상염색체 열성 질환이 의심되지만 숏리드 시퀀싱(SRS)에서 병원성 대립유전자가 하나만 검출된 미진단 환자 78명에게, 서울대병원 연구팀이 상염색체 열성 유전자 56개를 포획하는 타깃 롱리드 시퀀싱(전장 게놈이 아닌 표적 방식)을 적용했습니다. 그 결과 78명 중 20명(25.6%)에서 놓쳤던 변이를 회수했습니다. 회수 경로는 구조변이 검출 10명, Deep intron 변이의 splicing 기능 검증 3명, haplotype phasing을 통한 VUS 재분류 7명입니다. 단, 이 진단율은 고도로 선별된 집단에서 나온 수치로, 일반 희귀질환 코호트에 그대로 적용되지는 않습니다. (Lee et al., EJHG 2026)

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타깃 패널과 전장 엑솜(WES)이 임상 유전 진단의 표준으로 자리잡으면서, 진단되는 사례도 그만큼 쌓였습니다. 그런데 검사 건수가 늘어난 만큼 미진단으로 남는 사례도 함께 쌓입니다. 표현형은 분명한데 원인 변이를 찾지 못하거나, 상염색체 열성 질환이 의심되는데 병원성 대립유전자가 하나만 검출되는 경우입니다.

이 사각지대를 메우는 다음 단 중 하나로 롱리드 시퀀싱(long-read sequencing, LRS)이 주목받고 있습니다. 롱리드는 수십~수백 kb에 이르는 긴 read로 구조변이(SV), 심부 인트론 변이, 반복 확장을 직접 검출하고, 넓은 구간에 걸친 haplotype phasing을 제공합니다. 숏리드(SRS)가 원리적으로 놓치기 쉬운 영역이 바로 롱리드가 강점을 보이는 영역입니다.

WGS가 아닌 타깃 롱리드라는 선택

롱리드를 임상에 들이는 방식은 여러 갈래로 나오고 있습니다. 가장 포괄적인 접근은 전장 게놈 롱리드(lrWGS)지만, 데이터 저장·처리·분석 부담과 비용이 큽니다. 그래서 관심 유전자만 표적화하는 타깃 롱리드가 현실적 대안으로 등장하고 있습니다.

이번에 소개할 연구는 후자에 속합니다. European Journal of Human Genetics 에 실린 서울대병원 연구팀의 논문으로, 상염색체 열성 질환 유전자 56개만 포획하는 타깃 롱리드 패널을 미진단 환자군에 적용해, 놓쳤던 변이를 실제로 얼마나 회수할 수 있는지 정량적으로 보여줍니다. (Lee et al., 2026)

** 이번 연구에 사용한 targeted panel은 서울대팀에서 직접 customized 하셨다고 해요.

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연구 설계: 미진단 78명에 타깃 롱리드 적용

대상은 질환 타깃 NGS 패널검사 후에도 병원성 대립유전자가 하나만 확인된 미진단 환자 78명입니다. 유전성 망막·안질환이 37명(47.4%)으로 가장 많았고, 신경근육·신장·신경·대사 질환 등이 뒤를 이었습니다.

롱리드 타겟 패널은 상염색체 열성 질환 유전자 56개의 전체 엑손·인트론·5′/3′ UTR을 hybridization capture로 포획한 뒤 PacBio Sequel II로 시퀀싱하는 방식입니다. 검출된 변이는 SV(pbsv), SNV/indel(DeepVariant), haplotype phasing(WhatsHap)으로 분석하고, deep intron 변이는 SpliceAI 예측 후 minigene assay 또는 RT-PCR로 splicing 영향을 기능적으로 검증했습니다.

25.6%를 새로 진단한 세 가지 경로

타깃 롱리드는 78명 중 20명(25.6%)에서 추가 병원성/추정 병원성 변이를 확인했습니다.

• 구조변이 검출 — 10명(12.8%). 600bp부터 1Mb에 이르는 결실, tandem duplication, 이동성 유전 요소 삽입 등이 확인됐습니다. 이 중 6명이 유전성 망막질환(RPGRIP1, EYS, IFT140, RP1L1, CEP290, PDE6B )이었습니다. 특히 EYS 5′UTR을 포함한 1Mb 결실은 프로모터 영역을 침범하는 비번역 구조변이로, 저자들은 단일 EYS 이형접합 보유자에서 5′UTR(특히 exon 1–2) 스크리닝을 고려할 것을 제안합니다.

• Deep Intron 변이의 기능적 확인 — 3명(3.85%). Deep intron 변이는 5건 검출됐고, 이 중 3건이 minigene/RT-PCR에서 partial intron retention 또는 pseudo-exon 삽입을 일으켜 aberrant splicing이 확인됐습니다. 이 3건은 기능 검증을 근거로 추정 병원성으로 재분류됐습니다. 주목할 점은 SpliceAI 예측 점수와 실제 결과가 항상 일치하지는 않았다는 것입니다. 아래 표에서 P67은 낮은 예측 점수(Δ0.28)에도 266bp pseudo-exon 삽입이 확인된 반면, 비슷한 점수의 P09(Δ0.21)는 정상 splicing이었습니다. 예측에 그치지 않고 실제 splicing 결과를 확인했다는 점이 이 연구의 강점입니다.
• Phasing을 통한 VUS 재분류 — 7명(8.97%). 병원성 변이와 VUS를 함께 보유한 15명에서, 롱리드는 부모 샘플 없이 proband DNA만으로 두 변이의 상(phase)을 판정했습니다. 이 중 8명에서 phase가 확정됐고, VUS가 알려진 병원성 변이와 trans임이 확인된 7명이 ACMG/AMP 2015 기준(PM3)에 따라 추정 병원성으로 재분류됐습니다. cis로 확인된 1명(P79)은 재분류 대상이 아니며, 두 변이 간 거리가 라이브러리 fragment 크기(8–10kb)를 넘어선 7명은 phase를 확정하지 못했습니다.

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임상적 시사점: 어떤 환자에서 고려할까

핵심 대상은 명확합니다. 표현형은 상염색체 열성 질환에 부합하는데 병원성 대립유전자를 하나만 찾은 미해결 환자군입니다. 이들에게서 두 번째 대립유전자는 SV·deep intron·확정되지 않은 phase의 형태로 남아 있을 수 있습니다.

저자들은 이 assay를 WES first 워크플로우에서 WES가 두 번째 병원성 변이를 못 찾았을 때 시행하는 reflex 2차 검사로, 혹은 srWGS 이후의 보완 검사로 제안합니다. 숏리드는 반복·저복잡도 영역의 SV 검출과 장거리 compound heterozygous 변이의 직접 phasing에 원리적 한계가 있기 때문입니다.

해석의 경계

두 가지는 함께 전해야 합니다.

첫째, 25.6%라는 진단율은 고도로 선별된 집단에서 나온 수치입니다. 저자들 스스로 이 값을 선별되지 않은 일반 희귀질환 코호트에 직접 적용하지 말라고 명시합니다.

둘째, phasing은 15명 중 8명(53.3%)에서만 성공했습니다. 실패 사례는 두 변이 간 거리(중앙값 30kb, 최대 126kb)가 라이브러리 fragment 크기(8–10kb)를 넘어선 경우였습니다. 또한 56개 유전자 패널은 특정 기관 코호트에 기반해 구성된 제한적 집합입니다.

마무리

SRS 이후 미진단으로 남은 상염색체 열성 질환은 “진단 불가”가 아니라 “아직 두 번째 변이를 찾지 못한” 상태일 수 있습니다. 이 연구는 SV·deep intron·확정되지 않은 phase의 형태라는 세 가지 사각지대를, srWGS가 아닌 표적화된 롱리드로도 좁힐 수 있음을 구체적 수치로 보여줍니다. 다음 편에서는 또 다른 접근과 질환군으로 찾아오겠습니다.

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FAQ

Q. 이 연구의 롱리드는 전장 게놈 시퀀싱(lrWGS)인가요?
아닙니다. 상염색체 열성 질환 유전자 56개의 엑손·인트론·5′/3′ UTR만 hybridization capture로 포획한 뒤 PacBio Sequel II로 읽는 타깃 롱리드입니다. 저자들은 lrWGS의 데이터·비용 부담을 줄인 scalable한 대안으로 이 방식을 제시합니다.

Q. 대상 환자는 누구였나요?
질환 타깃 NGS 패널검사 후에도 병원성 대립유전자가 하나만 확인된, 표현형상 상염색체 열성 질환이 의심되는 미진단 환자 78명입니다. 유전성 망막·안질환이 47.4%로 가장 많았습니다.

Q. 25.6%는 어떻게 나온 수치인가요?
78명 중 20명에서 추가 병원성/추정 병원성 변이가 확인된 결과입니다. 구조변이 10명(12.8%), splicing 이상이 기능적으로 확인된 deep intron 변이 3명(3.85%), phasing으로 trans가 확인돼 VUS가 재분류된 7명(8.97%)을 합한 값입니다.

Q. 이 25.6%를 일반 환자군에도 기대할 수 있나요?
그대로 기대하기는 어렵습니다. 이 코호트는 SRS에서 단일 대립유전자만 검출된 사례를 후향적으로 선별한 고도로 선별된 집단입니다. 저자들도 이 값을 선별되지 않은 일반 희귀질환 코호트에 직접 적용하지 말 것을 명시했습니다.

Q. deep intron 변이는 SpliceAI 예측만으로 판정했나요?
아닙니다. SpliceAI로 후보를 추린 뒤 minigene assay 또는 RT-PCR로 실제 splicing 영향을 검증했습니다. 예측 점수와 실제 결과가 어긋난 사례(낮은 점수에도 pseudo-exon 삽입이 확인된 P67)가 있어, 기능 검증의 필요성이 뚜렷하게 드러났습니다.

Q. 부모 샘플 없이 phasing이 가능했나요?
네. 롱리드는 proband의 DNA만으로 두 변이의 상(phase)을 직접 판정했습니다. 다만 두 변이 간 거리가 라이브러리 fragment 크기(8–10kb)를 넘으면 phase를 확정하지 못했고, 실제로 15명 중 8명에서만 성공했습니다.

Q. 임상에서 언제 고려할 수 있나요?
저자들은 엑솜 우선 워크플로우에서 WES가 두 번째 병원성 변이를 찾지 못했을 때의 reflex 2차 검사로, 또는 srWGS 이후의 보완 검사로 제안합니다. 특히 구조변이나 deep intron 변이로 인한 상염색체 열성 질환에서 유용할 수 있습니다.