[Cytogenetics] Pseudo-autosomal region (PAR)

최근에 SNP array 결과를 판독하다가 알게된 내용이 있어서, 오늘은 Pseudo-autosomal region (PAR)에 대해 정리하는 포스팅을 남기고자 합니다. 사람의 성염색체는 여자 (XX), 남자 (XY)로 구분되어 있고, 공통적으로 44개의 상동 염색체 (autosome)를 갖고 있어서, 총 46개의 염색체를 갖습니다. Pseudo-autosomal region은 그 이름이 나타내듯이, X와 Y 염색체에 상동 염색체와 유사하게 존재하는 영역을 가리킵니다. 즉, X와 Y는 완전히 다른 염색체 같지만, PAR에 해당하는 영역은 양쪽의 염색체가 동일하게 존재하게 됩니다.

PAR 영역은 X와 Y 염색체 끝부분에 존재하여, p arm의 부분을 PAR1이라하고, q arm의 부분을 PAR2라고 부릅니다. 상대적으로 PAR1 영역은 2.7 Mb 정도로 꽤 넓은 반면, PAR2 영역은 330 kb 정도로 매우 좁습니다.

[Pseudo-autosomal region] X와 Y 염색체는 완전히 다른 염색체 같지만, 양쪽 끝 영역 및 중간의 일부분은 매우 유사한 서열을 공유하고 있습니다.

I. PAR 영역에 위치한 중요 유전자: SHOX

45, XO의 염색체를 갖는 터너 증후군 환자는 키가 작고, 목이 짧은 것이 특징입니다. 사실 X 염색체는 한쪽 염색체가 X inactivation 과정을 거쳐 한쪽만 발현되기 때문에 X 염색체가 1개만 존재하여도 무방할 것으로 생각되는데, 터너 증후군 (Turner syndrome) 환자는 왜 저런 형질을 보이는지 이해가 가지 않았습니다. 그러나 이후에, PAR1 영역에 위치한 SHOX 유전의 경우는 한쪽만 발현되는 것이 아니라 다른 상동염색체에 위치한 다른 유전자들처럼 haplo-insufficiency 를 갖는 다는 것을 알게 되었습니다.

아래 그림과 같이 PAR 영역은 다른 상동 염색체와 동일하게, 염색체간의 재조합도 일어납니다. PAR1 영역에는 24개의 유전자가 존재하는 것으로 알려져 있는데, 현재까지 질병과의 관련성이 가장 잘 밝혀져 있는 유전자는 SHOX 유전자 뿐이며, 다른 유전자들의 명확한 기능에 대해서는 추가 연구가 필요한 상황입니다.

II. SNP array 판독시 주의 사항

Cytogenetics 연구에서 SNP array 또는 array CGH를 통해서, 염색체의 구조적 이상을 살펴보는 경우가 있습니다. 이때, X와 Y 염색체를 판독하는데 있어 PAR 영역의 존재를 주의하여야 합니다. 즉, 아래 그림과 같이 양쪽 끝부분 및 중간의 신호는 PAR 영역의 존재에 의해 나타나는 정상 소견입니다.

[SNP array를 통한 X 염색체 판독 과정] 양쪽 끝 및 중간에 에 B allele frequency가 0.5로 나오는 영역이 보여서, 혹시나 해당 영역에 duplication이 있는 것인지 의심이 되었는데, 해당 영역의 signal은 PAR 영역의 존재로 인한 정상 소견입니다.

[References]

Helena Mangs, A., and Brian J. Morris. “The human pseudoautosomal region (PAR): origin, function and future.” Current genomics 8.2 (2007): 129-136.

Blaschke, Rüdiger Jörg, and Gudrun Rappold. “The pseudoautosomal regions, SHOX and disease.” Current opinion in genetics & development 16.3 (2006): 233-239.

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