서론: 비후성 심근병증(Hypertrophic cardiomyopathy, HCM)은 MYH7과 같은 sarcomere 유전자에서의 이형접합(heterozygous, HET) 돌연변이에 의해 발생하는 단일유전자 질환이다. 최근 사람 유도 만능줄기세포 유래 심근세포(human-induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, hiPSC-CMs) 중 HET HCM 돌연변이를 보유한 세포는 HCM의 분자적 기전에 대한 새로운 통찰을 제공하였다. 그러나 MYH7 G256E와 같은 HET 미스센스 돌연변이에서 나타나는 표현형 변이의 원인과, 대립유전자 불균형이 표현형 침투성(phenotype penetrance)에 미치는 역할은 여전히 불명확하다. 가설: 우리는 MYH7 G256E와 같은 임상적으로 침투성이 다양한 HCM 미스센스 돌연변이를 보유한 hiPSC-CM이 유전자 용량(gene dose)에 의존하는 질환 표현형을 나타내며, 이는 대립유전자 불균형이 다양한 질환 표현형 침투성의 원인으로서의 취약성을 시사한다는 가설을 세웠다. 방법: 우리는 침투성이 다양한 HCM 돌연변이인 MYH7 G256E에 대해 HET 및 동형접합(homozygous, HOM) hiPSC 라인을 생성하였다. 심장 분화 30일째에 wildtype(WT), HET, HOM iPSC-CM에서 다중화된 단일세포 RNA 시퀀싱 및 정량적 프로테오믹스 분석을 수행하였다. 또한 MYH7 변이 대립유전자 발현을 조사하기 위해 추가적인 Digital Droplet PCR 연구를 수행하였다. 기능적 수축성 표현형은 Sony SI8000 Cell motion imaging 시스템으로 평가하였다. 결과: HET iPSC-CM에서 전사체 및 단백질체 수준 모두에서 큰 클론 간(clone-to-clone) 및 배치 간(batch-to-batch) 변이가 관찰되어, HET MYH7 G256E vs WT CM 간의 일관된 변이 표현형의 확인을 가렸다. 이러한 표현형은 변이 대립유전자 vs WT의 mRNA 및 단백질 발현이 1:1 bulk 비율로 나타난 것과 상관관계를 보였으나, 전반적인 MYH7 유전자 및 단백질 발현 수준은 유사하게 유지되었다. WT, HET 및 HOM CM의 전사체 및 단백질체 분석 결과, NPPB(mRNA: HET vs WT: +1.76x p .adj=7.0*10 -7 , HOM vs WT: +5.42x p.adj=1.5*10 -48 ; 단백질: HET vs WT: +1.15x, 95% CI [0.86, 1.58]; HOM vs WT: +1.51x, 95% CI [1.12, 2.01])와 같은 알려진 비후 반응(hypertrophy response) 표지자의 유전자 용량 의존적 조절이 나타났으며, 이는 기능적으로 수축성 증가(수축 속도(μm/s): WT: 5.84 +/-2.24, HET: 6.04 +/-2.89, HOM: 7.77 +/-3.352, p=0.3*10 -2 ANOVA) 및 부정맥의 더 빈번한 발생(WT: 1/46, HET: 0/55, HOM: 5/41)과 상관되었다. 결론: MYH7 G256E 변이 iPSC-CM에서의 비후성 질환 표현형은 전사체, 단백질체 및 기능 수준에서 유전자 용량 의존적 침투성을 보인다. 이는 다양한 질환 침투성의 잠재적 원인으로서 대립유전자 불균형에 대한 취약성이 있음을 시사한다.

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