Fabienne Desmots-Loyer
차세대 염기서열 분석

강력한 RNA 염기서열 분석 솔루션으로 전사체 인사이트를 가속화하세요.

RNA 염기서열 분석 설명

RNA 염기서열 분석(RNA-seq)은 새로운 전사체학 및 유전자 발현 연구 발견을 이끄는 고감도, 고정확도의 차세대 염기서열 분석(NGS) 기술입니다. 생물학적 샘플 내 RNA 전사체 전체를 포착함으로써 RNA-seq은 다음을 제공합니다.

  • 유전자 발현 분석을 위한 더 넓은 동적 범위
  • 저발현 전사체 검출을 위한 더 높은 특이성
  • 암 유전체학, 면역학, 마이크로바이옴 연구 및 신약 개발에 핵심적인 신규 아이소폼 발견

RNA 염기서열 분석 워크플로우는 세포 또는 조직에서 RNA를 분리하는 단계로 시작되며, 이어지는 라이브러리 제작 과정에서 RNA는 cDNA로 변환되고, 분절되며, 염기서열 분석 어댑터가 연결됩니다. 준비된 RNA-seq 라이브러리는 염기서열 분석을 통해 수백만 개의 read를 생성하며, 이후 생물정보학 도구를 사용해 분석하여 전사체 인사이트를 도출합니다.

손상된 RNA 또는 저투입 샘플 때문에 어려움을 겪고 계신가요? 저품질 또는 FFPE 샘플에서도 On-target 유전자 발현 read 향상이나 민감도 향상 등을 통해 전사체의 복잡성을 극복하도록 설계된 QIAseq RNA-seq 솔루션으로 RNA-seq 성능을 극대화하세요. 시간과 노력까지 절감할 수 있습니다.

RNA는 전혈, 대변/마이크로바이옴, 배양 세포, 신선, 동결 또는 FFPE 조직 등 다양한 원천에서 추출할 수 있습니다. 배양 세포는 일반적으로 균질한 고품질 RNA를 제공하지만, 최적의 샘플 유형은 생물학적 질문에 따라 달라집니다. 예를 들어 소량의 종양 생검은 이질적이며 저입력인 경우가 많습니다.

RNA 품질은 시작시료의 품질과 취급 방식에 크게 좌우됩니다. 신선한 상태가 이상적이지만 즉각적인 안정화, 적절한 보관, 동결–해동 사이클 최소화가 모두 매우 중요합니다.

일반적인 단계에는 샘플 안정화, 파쇄 및 균질화, RNA 정제, 농축, 정량 및 무결성 평가를 위한 QC가 포함됩니다.

총 RNA에는 기능적 또는 단백질 코딩 RNA가 극히 적은 비율만 포함되어 있으며, 리보솜 RNA(rRNA)가 샘플 RNA의 대부분(최대 90%)을 차지합니다. 최고의 결과를 얻기 위해서는 염기서열 분석 전에 총RNA에서 rRNA를 제거해야 합니다.

이는 일반적으로 rRNA를 특이적으로 제거하거나 oligo-dT 농축을 사용해 폴리아데닐화된 RNA를 선택적으로 농축하는 방식으로 수행됩니다. rRNA 제거는 코딩 및 비코딩 RNA 정보를 모두 보존하는 반면, poly A 분획 농축은 코딩 mRNA만 보존합니다.

매우 풍부한 rRNA가 유전자 발현 및 전사체 연구의 민감도에 영향을 미쳐 판독 낭비와 RNA-seq 비용 증가로 이어지나요?

QIAseq FastSelect 기술을 사용하여 원치 않는 rRNA를 효율적인 한 단계로 >95% 제거할 수 있습니다. 포유류, 식물, 효모 또는 박테리아 RNA 샘플, 고품질 또는 분해된 RNA 샘플 또는 FFPE RNA 샘플로 작업하는 경우 QIAseq FastSelect는 RNA-seq을 변화시키고 Ribo-Zero, RiboErase 및 RiboMinus를 능가할 수 있습니다.

QIAseq FastSelect, monitor screen with barchart in a lab

벌크 RNA 염기서열 분석(벌크 RNA-seq)은 세포 집단, 조직 또는 생검에서 추출한 RNA를 풀링해 염기서열 분석하여 전사체를 분석하는 방법입니다.

단일 세포 RNA 염기서열 분석과 달리, 벌크 RNA-seq은 다양한 조건 또는 샘플 전반의 평균 유전자 발현 수준을 측정합니다. 따라서 단일 세포 해상도가 필요 없는 복잡한 조직이나 대규모 세포 집단 분석에 특히 유용합니다. 전사체 전체 프로파일링, 차등 유전자 발현 분석, 바이오마커 탐색, 기능유전체학 연구에 널리 사용됩니다.

일반적인 벌크 RNA 염기서열 분석 워크플로우에는 strand 특이적 또는 비특이적 라이브러리 제작이 포함되며, 이는 조직과 세포 집단에서 RNA를 직접 추출하고 증폭하는 단계로 시작하여 cDNA 합성, 어댑터 또는 접합부 추가를 포함합니다. 경우에 따라 총 RNA 염기서열 분석을 위해 mRNA를 농축하거나 리보솜 RNA(rRNA)를 제거해야 할 수도 있습니다. 준비된 라이브러리는 이후 고처리량 플랫폼에서 염기서열 분석을 거쳐 전사체 지형의 강력한 분석에 활용할 수 있습니다.

Strand(방향성) 라이브러리 제작은 전사체의 방향성을 보존합니다. 이는 반대 strand에서 전사체가 중첩되는 경우(antisense/lncRNA, UTR 중첩) 중요한데, 방향성 데이터는 read를 올바른 유전자에 할당해 “모호한” 카운트를 줄여 주기 때문입니다. 여러 평가에서 비방향성 데이터 대비 중첩 영역의 정량 정확도가 더 우수한 것으로 나타났습니다.

적절한 RNA 염기서열 분석 라이브러리 제작 방법의 선택은 실험 목적, 예산, 분석 대상 생물종에 대한 참조 전사체 유무 등 여러 요소에 따라 달라집니다.

여기에 언급된 QIAseq 라이브러리 제작 키트는 시판 중 대부분의 중/고처리량 시퀀서와 호환됩니다.

총 RNA-seq(전체 전사체 RNA-seq)은 mRNA를 포함해 샘플 내 75염기 이상인 모든 RNA 종류를 포착하며, 새로운 약물 치료에 대한 생물학적 반응 또는 비반응과 관련된 유전자와 경로, 그리고 비암호화 RNA를 규명합니다. 이는 유전자 및 전사체의 풍부도를 정확하게 측정할 수 있으며, 넓은 동적 범위 전반에서 새로운 전사체와 대체 스플라이싱 이벤트를 발견하는 데 이상적입니다. 주요 응용 방법에는 질환 경로 발견, 바이오마커 식별, 질병 아형 분류, 치료 반응 예측 및 모니터링이 포함됩니다.

총RNA-seq은 RNA 추출, 리보솜 RNA(rRNA) 제거, 라이브러리 제작, 염기서열 분석, 데이터 분석의 네 가지 기본 단계를 따릅니다.

총RNA 라이브러리에는 많은 중첩된 sense/antisense 및 인트론 read가 포함되므로, strand-specific 라이브러리 제작 방법(예:dUTP 2차 스트랜드 표지 또는 방향성 어댑터 연결)을 사용하면 각 read의 ’전사 방향성이 보존됩니다. 이로 인해 올바른 유전자 또는 아이소폼에 모호함 없이 할당할 수 있으며, 중첩 전사체로 인한 불확실성을 제거합니다.

QIAseq FastSelect RNA Library Kit은 총RNA 1 ng부터 전체 전사체 분석을 위한 간단한 5시간 미만 워크플로우를 제공합니다.

Young male Scientist using micro pipette with DNA
man looking at microscope slide

메신저 RNA 염기서열 분석(mRNA-seq)은 총RNA에서 폴리아데닐화된 RNA를 농축하여 코딩 전사체를 고해상도로 분석하는 방법입니다. 이 과정은 단백질 코딩 유전자가 풍부하고 다른 유형의 RNA 함량이 낮은 RNA-seq 라이브러리를 생성합니다. 폴리아데닐화되지 않은 RNA는 포함되지 않습니다. poly-A 농축에 필요한 샘플 품질과 양은 FFPE와 같이 저입력 또는 분절된 샘플에서는 어려울 수 있습니다.

연구자는 QIAseq Stranded mRNA Enrichment Kit과 같은 mRNA 농축 키트를 사용해 QIAseq FastSelect RNA Library Kit으로 단백질 코딩 mRNA 중심의 RNA-seq 라이브러리를 구축할 수 있습니다.

이 방법은 유전자 발현을 정량하고 새로운 또는 기존 아이소폼, 유전자 융합, 대립유전자 특이적 발현을 다양한 종에서 검출합니다. 전사체 수준의 바이오마커를 밝혀 질병 기전을 규명하고, 약물 개발, 환자 분류, 안전성 평가를 지원합니다.

3' RNA 염기서열 분석(3′ RNA-seq)은 각 전사체의 poly-A tail의 염기서열 분석에 집중하지만, 기존 워크플로우는 rRNA 잔존, 분절 또는 저투입 RNA, 복잡한 다단계의 프로토콜 등 요인으로 어려움이 따릅니다.

QIAseq FastSelect RNA Library Kit은 3′ RNA-seq을 단일 튜브에서 하루 만에 마칠 수 있는 워크플로우로 전환해 주며, 낮은 투입량의 샘플이나 FFPE 샘플로부터도 strand 특이적이며 rRNA가 제거된 라이브러리를 제공합니다. 염기서열 분석 비용을 절감하면서도(샘플당 약 ≈1–5M read) 최대 768개 샘플의 고처리량 멀티플렉싱과 정확한 유전자 수준 발현 정량화를 지원합니다.

주요 응용 분야에는 다음이 포함됩니다.

  • 약물 스크리닝, 코호트 연구, 바이오마커 발굴 등 대규모 차등 발현 연구
  • 어떤 유전자가 상향, 하향 조절되는지가 중요하며 비용에 민감한 프로젝트
  • 수백 개 샘플을 동시에 분석하는 임상/중개 연구
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QIAseq miRNA Library Kits

miRNA 염기서열 분석(miRNA-seq)은 microRNA(miRNA)와 같은 작은 조절 RNA를 프로파일링하는 표적 RNA-seq 접근법입니다. 이 분자들은 유전자 조절의 핵심 역할을 하며 질환 연구에서도 중요성이 커지고 있습니다. 정확한 결과는 최적화된 라이브러리 제작과 분석 워크플로우에 달려 있습니다. 체액 샘플을 사용할 경우 RNA 저량과 높은 억제제 수준이 문제를 일으킬 수 있습니다. 총 RNA 1 ng만으로도 호환되는 gel-free miRNA-seq 솔루션은 이러한 문제를 해결하고 차등 miRNA 발현의 강력한 검출을 지원합니다. QIAseq miRNA Library Kit에 포함된 사용자 친화적 웹 기반 RNA-seq Analysis Portal을 사용해 더 쉽고 빠르게 새로운 질병 인사이트를 얻을 수 있습니다.

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저투입 RNA 라이브러리 제작은 매우 까다롭지만, 그렇다고 해서 신뢰도가 반드시 낮아져야 하는 것은 아닙니다. 워크플로우의 각 단계는 RNA 추가 손실을 일으킬 수 있습니다. 저투입 RNA-seq 프로토콜은 종종 템플릿 전환 라이브리 구축 방식을 사용해 기존 연결 기반 방식보다 높은 민감도를 제공합니다. QIAseq Low Input RNA Library Kit는 총 RNA 1 ng부터 민감도를 극대화하고 strand 특이성을 유지합니다. 역전사 중 rRNA/글로빈 동시 제거 옵션을 통해 샘플 손실을 최소화하면서 5시간 이내에 깨끗한 NGS 준비가 완료된 라이브러리를 생성할 수 있습니다.

저투입 프로젝트를 넘어 확장하고 싶으신가요? QIAseq Low Input RNA Library Kit를 사용해 샘플 수, read 예산, 염기서열 분석 플랫폼에 따라 워크플로우를 맞춤 구성하는 방법을 살펴보세요.

표적 RNA-seq은 전체 전사체가 아니라 특정 RNA 전사체 하위집합의 염기서열 분석에 집중하는 방식이며, 농축 또는 앰플리콘 기반 접근법으로 수행할 수 있습니다. 이 방법은 저발현 전사체를 검출할 수 있어, 바이오마커 검증이나 특정 유전자, 경로 연구에 특히 유용합니다.

표적 ’RNA-seq로 유전자 발현 변화를 모니터링하거나 융합 유전자 및 변이를 식별하려는 경우, 라이브러리 구축과 NGS 분석 중 발생하는 PCR bias 및 염기서열 분석 artifact 같은 문제가 데이터의 민감도와 재현성을 위협할 수 있습니다.

표적 RNA 염기서열 분석용 QIAseq 패널은 독자적인 QIAseq 농축 기술과 Unique Molecular Index(UMI) 기술로 이러한 문제를 해결합니다. 두 기술을 결합해 정밀도, 정확도, 커버리지 균일성을 향상시키며, 기존 RNA-seq의 한계를 극복하고 편향을 줄여줍니다.

QIAseq Targeted RNA
지름길을 이용하세요 – 정량화 없이 라이브러리 정규화하기
시간이 많이 걸리는 라이브러리 정량화 과정이 부담되시나요? 30분 만에 qPCR 수준의 정확도로 간편하게 NGS 라이브러리 정규화를 달성하세요.

단일 세포 RNA 염기서열 분석(scRNA-seq)은 단일 세포 수준에서 RNA 전사체 이질성을 연구하여, 복잡한 조직과 생명체 내 다양한 세포 유형, 기능, 상호작용을 밝혀냅니다. 이 때문에 분화, 증식, 종양 발생과 같은 동적 과정 연구에 특히 유용합니다.

표준 scRNA-seq 워크플로우

  • 세포 분리 – 조직 또는 세포 현탁액에서 개별 세포 분리
  • mRNA 포획 및 cDNA 합성 – 폴리아데닐화된 mRNA를 추출해 cDNA로 변환
  • 라이브러리 제작 – Unique molecular identifiers(UMI) 및 세포 바코드를 추가하여 세포별로 전사체 구분
  • 염기서열 분석 – NGS 플랫폼에서 라이브러리의 염기서열 분석
  • 생물정보학 분석 – 각 세포의 유전자 발현 프로파일 생성

단일 세포 또는 제한된 RNA로 작업한다고 해서 전사체를 좁게 보아야 하는 것은 아닙니다.

QIAseq Single Cell RNA Library Kit이 분리된 세포에서 5.5시간 만에 NGS 준비가 완료된 고복잡성 라이브러리를 제공하는 방법을 살펴보세요. 최적화된 화학 및 PCR-free 프로토콜은 bias 문제를 제거하여 민감하고 정확한 전사체 coverage를 보장합니다.

PCR보다 우수한 증폭 기술인 QIAseq Single Cell REPLI-g는 단일 세포 또는 기타 저입력 DNA/RNA 샘플에서 유전체 및 전사체 연구를 가능하게 하여 신뢰할 수 있는 coverage와 균일한 표현을 제공합니다.

RNA-seq 데이터를 이해하는 데 어려움을 겪고 계신가요? 저희가 해결책을 갖고 있습니다! QIAseq RNA Library Kit과 FastSelect Kit를 사용하는 경우, 생물학자들이 데이터 분석을 간소화할 수 있도록 만들어진 직관적인 웹 기반 솔루션인 RNA-seq Analysis Portal에 무료로 액세스할 수 있습니다. GeneGlobe와 완전히 통합된 RNA-seq Analysis Portal을 사용하면 RNA-seq 데이터 생성에서부터 유전자 발현 인사이트 확보까지 원활하게 진행할 수 있습니다.

라이브러리 제작 자동화 및 가속화
NGS 라이브러리 제작을 자동화하면 연구실에 어떤 이점이 있을까요?

성공 사례

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분해되거나 품질이 낮거나 염기서열 분석하기 어려운 RNA 샘플을 사용한 RNA-seq 성공 가이드

On-target read를 충분히 얻지 못하시나요? 제한적이거나 분절된 RNA로 작업하고 계신가요? 가장 까다로운 샘플에도 최적으로 작동하도록 설계된 QIAseq RNA-seq 기술의 강점을 확인해 보세요.

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RNA 염기서열 분석 FAQ