20090120 Mitochondria

Materials and Methods

Identification of Haplogroup

Mitochondrial DNA sequence was aligned with the rCRS by ClustalW software and assigned haplogroups defined by sequence differences from the rCRS. The haplogroup-diagnostic nucleotide sequence variants were assembled from reference information (Kong, et al., 2006).

Mapping disease information

Disease association mapping of mitochondrial DNA was performed for diseases, such as Leber Hereditary Optic Neuropathy, Alzeimer's Disease, and Parkinsons's Disease, for coding and non-coding regions. This information was obtained from Pubmed and MITOMAP. There are forty-two reported mitochondrial DNA base substitution diseases and 235 sites were related to base substitution diseases.

Results

3.6 Mitochondria analysis

미토콘드리아 지놈 서열을 규명하였다.

토탈 1,313,175 reads에서 평균 2774X depth를 보였다.

이는 미토콘드라아는 nucleic genome에 비해 상대적으로 훨씬 많은 양을 차지하고 있기 때문이다.

미토콘드리아 영역에서의 sequencing quality를 확인하기 위해, 우리는 미토콘드리아 reference 서열로 사용되는 rCRS (revised Cambridge reference sequence) 서열과 염기 조성을 비교해 보았다. 그 결과 KSJ mtDNA에서의 염기조성은 AT 비율이 약 56%로 보였으며, rCRS에서의 AT 비율은 약 55.6%로 확인되었다(Suppl. Table1). rCRS서열과의 매우 비슷한 염기 조성 비율을 보인다. 또한 우리는 KoRef mtDNA상에서의 유전자 양상을 예측하였다. 이 예측은 rCRS의 유전자 annotation 정보를 기반으로 비교하여 그 결과를 얻었다. 그 결과 미토콘드리아에서 발견되어지는 37개 유전자들을 분석해본 결과 모든 유전자들이 stop codon이 발견되지 않고 clear하게 나타나는 것을 확인하였다(Suppl. Figure1, Table2). 이러한 결과들은 좋은 sequencing quality 를 반영해준다.

read들을 rCRS에 맵핑 시킨 결과를 바탕으로 KSJ mtDNA에서 나타내어지는 SNP를 동정하였다. 모두 44건의 SNP를 찾을 수 있었으며, 그 중 insertion 3건과 deletion 1건을 찾을 수 있었다. 찾아진 SNP들은 앞에서 밝힌 유전자 정보를 바탕으로 annotation 하였다. 또한 단백질 코딩 영역에서 발견되어진 SNP에 대해서는 아미노산 변화 여부를 확인하였다. 그 결과로 6개의 non-synonymous가 발견되었다. (Suppl. Table3) 또한 우리는 문헌데이터베이스를 기반으로 phenotype을 동정하였다. 그 결과 mtDNA의 1438번째 위치에 존재하는 SNP (A/G)의 경우에는 12S rRNA 유전자에서 diabetes Mellitus 에 맵핑되는 것을 확인 하였다.

Supplementary Table 1. Comparison rCRS with KSJ mtDNA in sequence composition.

genome	All	A	T	G	C	AT%	ATskew	GCskew	ATratio	GCratio
rCRS	16569	5124	4094	2169	5181	56	0.112	-0.41	1.252	0.419
KSJ mtDNA	16571	5113	4086	2180	5192	55.6	0.112	-0.405	1.251	0.42

Supplementary Figure 1. Annotation and visualization of KoRef mitochondria genome. Variations and genes of the genome were identified through sequence alignment against rCRS.

Supplementary Table 2. Genes involved in KSJ mitochondria genome.

Gene Name	start	stop	strand
HVS2	1	57
tRNA-Phe	579	649	plus
12s_rRNA	650	1603	plus
tRNA-Val	1604	1672	plus
16s_rRNA	1673	3230	plus
tRNA-Leu	3231	3305	plus
ND1	3308	4264	plus
tRNA-Ile	4264	4332	plus
tRNA-Gln	4330	4401	minus
tRNA-Met	4403	4470	plus
ND2	4471	5512	plus
tRNA-Trp	5513	5580	plus
tRNA-Ala	5588	5656	minus
tRNA-Asn	5658	5730	minus
tRNA-Cys	5762	5827	minus
tRNA-Tyr	5827	5892	minus
COX1	5905	7446	plus
tRNA-Ser	7446	7517	minus
tRNA-Asp	7519	7586	plus
COX2	7587	8270	plus
tRNA-Lys	8296	8365	plus
ATP8	8367	8573	plus
ATP6	8528	9208	plus
COX3	9208	9991	plus
tRNA-Gly	9992	10059	plus
ND3	10060	10405	plus
tRNA-Arg	10406	10470	plus
ND4L	10471	10767	plus
ND4	10761	12138	plus
tRNA-His	12139	12207	plus
tRNA-Ser2	12208	12266	plus
tRNA-Leu2	12267	12337	plus
ND5	12338	14149	plus
ND6	14150	14674	minus
tRNA-Glu	14675	14743	minus
CYTB	14748	15888	plus
tRNA-Thr	15889	15954	plus
tRNA-Pro	15956	16024	minus
HVS1	16025	16571

Supplementary Table 3. Nucleotide substitutions in KSJ mtDNA against rCRS genome.

#	Position	rCRS	KSJ	Class	Gene	Type	rCRS_aa	KSJ_aa	rCRS_nt	KSJ_nt
1	73	A	G	single	-	control_region
2	150	C	T	single	-	control_region
3	195	T	C	single	-	control_region
4	263	A	G	single	-	control_region
5	310	-	T	insertion	-	control_region
6	310	T	C	single	-	control_region
7	311	-	C	insertion	-	control_region
8	408	T	A	single	-	control_region
9	750	A	G	single	12s_rRNA	rRNA
10	1438	A	G	single	12s_rRNA	rRNA
11	2352	T	C	single	16s_rRNA	rRNA
12	2483	T	C	single	16s_rRNA	rRNA
13	2706	A	G	single	16s_rRNA	rRNA
14	3107	X	T	single	16s_rRNA	rRNA
15	3109	T	-	deletion	16s_rRNA	rRNA
16	4769	A	G	single	ND2	synonymous	Met	Met	ATA	ATG
17	5580	T	C	single	tRNA-Trp	tRNA
18	7028	C	T	single	COX1	synonymous	Ala	Ala	GCC	GCT
19	8701	A	G	single	ATP6	non-synonymous	Thr	Ala	ACC	GCC
20	8860	A	G	single	ATP6	non-synonymous	Thr	Ala	ACA	GCA
21	9377	A	G	single	COX3	synonymous	Trp	Trp	TGA	TGG
22	9540	T	C	single	COX3	synonymous	Leu	Leu	TTA	CTA
23	10398	A	G	single	ND3	non-synonymous	Thr	Ala	ACC	GCC
24	10819	A	G	single	ND4	synonymous	Lys	Lys	AAA	AAG
25	10873	T	C	single	ND4	synonymous	Pro	Pro	CCT	CCC
26	11017	T	C	single	ND4	synonymous	Ser	Ser	AGT	AGC
27	11719	G	A	single	ND4	synonymous	Gly	Gly	GGG	GGA
28	11722	T	C	single	ND4	synonymous	Leu	Leu	CTT	CTC
29	12705	C	T	single	ND5	synonymous	Ile	Ile	ATC	ATT
30	12850	A	G	single	ND5	non-synonymous	Ile	Val	ATC	GTC
31	14212	T	C	single	ND6	synonymous	Val	Val	GTA	GTG
32	14580	A	G	single	ND6	synonymous	Leu	Leu	TTG	CTG
33	14766	C	T	single	CYTB	non-synonymous	Thr	Ile	ACT	ATT
34	14905	G	A	single	CYTB	synonymous	Met	Met	ATG	ATA
35	15301	G	A	single	CYTB	synonymous	Leu	Leu	TTG	TTA
36	15326	A	G	single	CYTB	non-synonymous	Thr	Ala	ACA	GCA
37	15932	T	C	single	tRNA-Thr	tRNA
38	16172	T	C	single	HVS1	control_region
39	16183	A	C	single	HVS1	control_region
40	16189	T	C	single	HVS1	control_region
41	16193	-	C	insertion	HVS1	control_region
42	16223	C	T	single	HVS1	control_region
43	16320	C	T	single	HVS1	control_region
44	16519	T	C	single	HVS1	control_region

20090120 Mitochondria

Materials and Methods

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