쌀의 주요 저장 단백질중의 하나인 알콜용해성 프롤라민의 성질을 분석하고 이들을 동정하기 위하여 유전자 database로부터 얻은 17개의 프롤라민 유전자의 염기서열을 상호비교 분석하였다. 유전자로부터 유추된 단백질 서열의 다중분석결과 프롤라민들은 계통발생적으로 type에서 type IV의 4개의 군으로 크게 분류할 수 있었다. 이러한 분류는 아미노산 서열 중간과 카복실 말단쪽의 짧은 결손에 의해 여러 형태의 아미노산 서열에 의한 것임을 알 수 있었다. 1군에서 4군까지의 군들은 meththionine과 cysteine과 같은 황을 포함하는 아미노산이 각각 1, 4, 10, 30%로 구성된 특징을 보여 주었다. 또한 각 군들은 등전점이 9.2, 8.2, 6.7, 7.4인 각군별로 매우 상이한 등전점을 나타내었다. 아울러 GC3s에 대한 유효 암호수(effective codon number, Nc)와 우선 암호수(preferred codon number)의 분석과 상관 그래프를 통해서 프롤라민 유전자들의 군별 전이 효율의 차이가 현저하여 프롤라민 생산 수준의 군별차이의 가능성을 제시하였다.
현재 유전자 서열 분석이 완료된 유전체들이 점점 늘어나고 있다. 따라서 이에 대한 방대한 정보가 생성됨에 따라 다양한 생물체들에 대하여 대사 네트웍을 통한 다차원적 분석이 가능하게 되었다. 대사 네트웍은 단백질 또는 효소들의 전체적인 상호작용을 표현하기 때문에 생물학적 메카니즘에 대하여 보다 풍부한 정보를 제공해 준다. 본 논문에서는 일차원적인 유전자 서열에 의한 종의 계통 분류가 아니라 메타 수준의 생리 구조적 비교를 통하여 계통분류학에 대하여 새로운 방법의 접근을 제안하고자 한다. 제안된 방법은 기존의 상동성 비교에 의한 계통 분류와 함께 좀 더 포괄적이고 거시적인 분석을 가능하게 한다.
본 연구는 한국 재래산양의 ${\beta}$-lactoglobulin(${\beta}$-LG) 유전자 발현조절부위의 특성을 구명하기 위하여 PCR기법으로 specific primer를 이용하여 ${\beta}$-LG 발현조절부위를 증폭한 후 염기서열을 분석하여 Sheep종의 ${\beta}$-LG유전자 발현조절부위의 염기서열상의 차이를 분석하였다. 한국 재래산양의 genomic DNA로부터 PCR기법을 이용하여 ${\beta}$-LG 유전자 발현조절부위를 증폭한 결과 Sheep종에서 보고된 바와 같이 1,077bp의 단편크기로 증폭되었음을 확인할 수 있었다. Sheep종에서 보고된 ${\beta}$-LG 발현조절 부위의 염기서열과 한국재래산양에서 분석된 염기서열간의 차이는 총 897개의 염기중 46개의 nucleotide에서 차이를 나타내어 94.9%의 상동성을 보였다. 특히 한국재래산양과 Sheep종간 염기서열상의 차이는 Sheep종의 T염기가 재래산양의 C염기로 치환되었거나 반대로 Sheep종의 C염기가 재래산양에서 T염기로 치환되어 있음을 확인할 수 있었다. 이상의 결과에서 ${\beta}$-LG유전자 발현조절부위의 염기서열은 재래산양과 Sheep 종간에 높은 상동성을 보였으나 이들 종간의 발현조절부위의 염기서열상의 차이에 대한 유전자 발현조절 관계와 전사요소는 앞으로 연구가 더 진행되어야 할 것으로 사료된다.
일부 자낭균류는 Dihydroxynaphthalene(DHN) 멜라닌을 가지고 있다. 본 연구는 배에 검은별무늬병을 일으키는 V. nashicola 균이 어떠한 형태의 멜라닌을 가지고 있는지 확인하고자 DHN 멜라닌 합성유전자중의 하나인 scytalone dehydratase(SD) 유전자의 부분 염기서열을 국내 여러 지역과 일본에서 분리된 11개 균주로부터 분석하였다. PCR 방법을 사용하여 429 bp 크기의 반응산물을 11개 균주 모두로부터 증폭하였고 염기서열을 분석하였다. 증폭된 PCR 산물은 GenBank database에 비교 탐색한 결과 SD 유전자로 판정되었다. 분석된 11개 균주의 SD 유전자에는 모두 1개의 인트론과 122개 아미노산을 코딩하는 2개의 엑손이 존재하였다. 이들 11개 SD 유전자 간에 염기서열은 100% 상동성을 보였다. 결정된 V. nashicola SD 유전자의 아미노산 서열의 유사도는 다른 곰팡이와 비교할 때 69~73%로 수준이었다. 본 연구 결과는 V. nashicola 균이 DHN 멜라닌 생합성 단계를 운영하고 있음을 입증하였다.
이제까지 벌견된 SKI 유전자는 SKI2, SKI3, SKI4, SKI6, SKI7, SKI8의 5가지로서 이 중 SKI8만이 cloning된 상태이다. 본연구에서는 SKI3 유전자를 cloning한 후 이 유전자의 염기서열 분석을 통해 SKI3 유전자가 coding하는 단백질의 구조를 밝히고 SKI3 유전자의 killer효모 내에서의 분자생물학적 기능을 밝히고자 하였다.
후성유전은 DNA 염기서열이 변화하지 않고 DNA의 메틸화(methylation)및 히스톤 단백질의 변형(modification)등의 후천적 과정에 의해 유전자 발현이 조절되는 현상이다. 특히 DNA 메틸화 정도에 대한 분석은 후성유전을 이해하는 중요한 접근방법 중 하나이다. DNA 메틸화 패턴 분석을 위하여 노화관련 109개 유전자들의 단백질 상호작용 네트워크를 구축하였으며 -3000bp ~ +200bp 사이에 있는 DNA 염기서열 정보를 추출하여 기존에 알려진 메틸화 저항성 (Methylation resistant) 모티프를 네트워크로 구축하였다. 메틸화 모티프기반 단백질 네트워크에서는 기존 단백질 네트워크보다 더 복잡한 구조를 이루고 있었다. 이러한 구조는 동일한 메틸화 모티프들이 여러 유전자들의 활성을 조절할 것으로 추측되며 복잡한 모티프들을 분석하기 위한 방법으로 이용될 수 있을 것이다.
한국생물정보시스템생물학회 2006년도 Principles and Practice of Microarray for Biomedical Researchers
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pp.116-123
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2006
생물체의 cDNA를 유리기판위에 고밀도로 첨착 시킨 유전자 칩과 정량적인 방법으로 개별 유전자 발현을 진단 가능한 Real- time PCR (실시간 고분자중합연쇄반응 기술) 기법은 첨단 의학분야와 신약개발 및 독성유전체 연구분야에 활발히 도입되고 있는 기술이다. 본 발표의 첫 번째 부분에서는 유전자칩 에서 얻어진 유전자 발현패턴분석에 기반한 바이오마커 선정 및 real time PCR에 의한 확증 관련 기술 과 유전자칩에서 얻어지는 수많은 데이터를 재정렬 및 다양한 분석기법과 display기술을 활용하여 광범위한 화학물질에 대한 독성효과 분석을 가능하게 해주며, 특정 독성물질에 대한 관련유전자 그룹 발견 및 독성영향에 따른 분류방법에 관한 결과를 발표할 것이다. 또한 바이오마커 활용의 하나로 박테리아세포 기반 바이오센서 제작및 세포칩 개발등에 대한 결과도 추가될 것이다. 두 번째 부분에서는 non-model organism(유전체정보가 확보되지 않은 생물체)인 송사리를 이용하여 새로운 2K 유전자칩을 개발하고, 여기서 각종 화학물질에 대하여 얻어진 수많은 유전자칩 분석 데이타를 활용하여 각각의 화학물질이 보여주는 독성효과를 매우 효과적이고 쉽게 이해할 수 있는 display기술을 개발, 적용함으로써 유전자칩 발현에 기반한 화학물질 독성 screening 및 specificity discrimination을 가능케 하는 예가 발표될 것이다. 이 연구에서 개발한 송사리 유전자칩은 간조직의 RNA를 직접 cDNA화 하는 방식을 취하고 있어 전체 송사리의 유전정보를 필요로 하지 않아 비용 및 효율에서 전체 송사리의 유전정보를 얻는 비용과 노력을 취하지 않고 간에서 발생하는 독성학적 영향 및 유전자의 발현정도를 정밀하고 효율적인 방법으로 얻어 낸다. 현재 2000여개의 cDNA유전자중 50%이상의 유전자가 17베타에스트라디올, 페놀, 노닐페놀, 비스페놀, 감마레이조사, 잔류약품중 이보프란, 다이클로펜악, 농약중의 파라???R, 돌연변이 유발물질 중의 이티비알, 금속류중의 카드뮴을 통해 발현양상과 특정 캐미칼별 발현 특이성이 조사되었고, 이들 유전자는 염기서열 분석을 통해 염기서열이 분석되었으며, 미국 NCBI의 유전자 은행과의 비교를 통해 일부유전자는 새로운 유전자로 밝혀지고 있다. 또한 이 발표에서는 소염진통제계열 의약품인 dichlofenac 이 송사리의 각종 조직에 미치는 독성영향을 Real-time PCR을 이용하여 대표적 스트레스 유전자의 발현에 미치는 영향에 대한 분석 예가 발표될 것이다.
본 연구의 목적은 Salmonella 표준균주 4(ATCC 3종, KCTC 1종)와 분리균주 2종 모두 6종을 대상으로 Thin aggregative fimbriae(박층 응집 섬모)에 해당하는 유전자 csgA와 csgB 를 각각 비교하여 아미노산 돌연변이와 염기서열 돌연변이를 유전자 서열분석법으로 관찰하는 것이었다. 균주들의 유전자 서열을 분석한 후에 분석한 결과는 비교적 적은 아미노산 돌연변이가 관찰되었다. Salmonella csgA 유전자에서는 Ser20→Gly(AGT→GGT), csgB 유전자에서는 Asp25→Ala(GAT→GCT)와 Lys66→Thr(AAA→ACA)으로 각각 아미노산 돌연변이와 뉴클레오티드 서열(nucleotide sequence) 돌연변이가 관찰되었다. Salmonella 6종의 균주에서 S. typhimurium - TH 균주에서 높은 비율인 2개의 아미노산 돌연변이가 관찰되었으며, 반면에 S. typhimurium ATCC 13311 균주와 S. typhimurium KCTC 1925 균주에서는 nucleotide sequence 변이가 관찰되지 않았다. 이상의 결과로 볼 때에 아미노산 돌연변이 탐색연구에 S. typhimurium - TH 균주의 csgA & csgB 유전자는 유전자서열 연구에 유용하다고 판단한다.
남조세균 Anabaena (Cyanobacteria, Nostocales)는 담수 생태계에서 녹조 현상을 유발하거나 일부 종은 간독소(hepatotoxin)를 갖고 있어 수질관리 차원에서 주목 받아 왔다. 본 연구는 Anabaena RNA polymerase beta subunit (rpoB) 유전자 염기서열을 규명하였으며, 분류학적 분자 마커로 사용하기 위하여 이들 염기서열의 특성을 평가하였다. Anabaena rpoB 유전자는 16S rRNA 유전자와 비교하여 염기 유사도가 낮으며 유전자 변이가 큰 것으로 분석되었으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(Student t-test, p<0.01). Parsimony 분석을 통해 rpoB 유전자가 4.8배의 속도로 빠르게 진화하는 것으로 파악되었다. 또한 rpoB 유전자 phylogeny 분석에서 16S rRNA tree보다 높은 해상도로 Anabaena 균주를 명확하게 구분해 주었다. 본 연구 결과는 Anabaena의 종 식별, 분자계통 분류, 분자적 검출을 위해 rpoB 유전자가 매우 효과적이라는 것을 제시해 준다.
마이크로 어레이(micro array)로 표현되는 유전자 발현 패턴(gene expression pattern)들과 해당 유전자의 upstream에 위치한 DNA 서열 요소(motif)들은 유전자 발현에 밀접한 관련을 맺고 있는데 이들간의 매핑관계를 알아내는 것은 생물전산학 분야에서 중요한 문제 중 하나이다. 본 고에서는 유전자 발현 패턴 데이터와 해당 DNA에 포함된 것으로 알려진 모티프 프로파일에 대해 대응분석(correspondence analysis)을 수행하고 2차원 평면에 매핑하여 특정 유전자 발현과 밀접하게 관련된다고 여겨지는 후보 모티프를 시각적으로 직관적으로 동정하는 방법을 제시한다. 또한 유전자 발현 패턴은 일정한 길이로 나누어 가능한 모든 패턴에 대해 클러스터링을 행하여 이에 대한 인덱스로 데이터를 표현하여 패턴의 인식성과 발현 순차성을 높이는 반면 복잡도를 줄이도록 하였다. 실험에서 두가지 형태의 모티프 프로파일과 효모 Saccharomyces cerevisiae 포자형성 데이터 집합에 대하여 대응 분석을 통한 시각화된 결과를 이용해 유전자 발현과 깊게 관련되는 것으로 알려진 모티프들이 대응 유전자 발현과의 상관성이 잘 동정되고 있음을 알 수가 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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