• 생명과학회지
• /
• 제21권4호
• /
• pp.616-620
• /
• 2011

진핵세포의 크로마틴에서 히스톤 단백질 H3와 H4의 라이신 잔기는 공유결합에 의해 변형된다. 히스톤 H3에서 27번 라이신은 아세틸화되거나(H3K27ac) 세 가지 단계로 메틸화가 될 수 있으며(H3K27me1, H3K27me2, H3K27me3), 이러한 H3K27의 변형들은 각각 독특한 형태로 유전자 전사 및 크로마틴 구조와 관련된다. 일반적으로 H3K27ac과 H3K27me1은 좌위조절부위나 활발히 전사되는 유전자처럼 활성 크로마틴에서 나타나고, 이에 반해 전사가 일어나지 않은 유전자는 높은 수준의 H3K27me2과 H3K27me3이 관찰된다. 이러한 변형들은 각각 다른 종류의 변형효소에 의해 촉매된다. 최근 연구들은 유전자 전사 및 크로마틴 구조 형성에서 H3K27의 네 가지 변형들 사이에 상관 관계가 있음을 제시하고 있다.

• 대한의생명과학회지
• /
• 제28권2호
• /
• pp.109-119
• /
• 2022

Histone proteins can be modified by the addition of acetyl group or methyl group to specific amino acids. The modifications have different distribution patterns in chromatin. Recently, histone modifications are studied based on ChIP-seq data, which requires reasonable analysis of sequencing data depending on their distribution patterns. Here we have analyzed histone H3K27ac and H3K27me3 ChIP-seq data and it showed that the H3K27ac is enriched at narrow regions while H3K27me3 distributes broadly. To properly analyze the ChIP-seq data, we called peaks for H3K27ac and H3K27me3 using MACS2 (narrow option and broad option) and SICER methods, and compared propriety of the peaks using signal-to-background ratio. As results, H3K27ac-enriched regions were well identified by both methods while H3K27me3 peaks were properly identified by SICER, which indicates that peak calling method is more critical for histone modifications distributed broadly. When ChIP-seq data were compared in different sequencing depth (15, 30, 60, 120 M), high sequencing depth caused high false-positive rate in H3K27ac peak calling, but it reflected more properly the broad distribution pattern of H3K27me3. These results suggest that sequencing depth affects peak calling from ChIP-seq data and high sequencing depth is required for H3K27me3. Taken together, peak calling tool and sequencing depth should be chosen depending on the distribution pattern of histone modification in ChIP-seq analysis.

• BMB Reports
• /
• 제53권5호
• /
• pp.266-271
• /
• 2020

Breast cancer encompasses a major portion of human cancers and must be carefully monitored for appropriate diagnoses and treatments. Among the many types of breast cancers, triple negative breast cancer (TNBC) has the worst prognosis and the least cases reported. To gain a better understanding and a more decisive precursor for TNBC, two major histone modifications, an activating modification H3K4me3 and a repressive modification H3K27me3, were analyzed using data from normal breast cell lines against TNBC cell lines. The combination of these two histone markers on the gene promoter regions showed a great correlation with gene expression. A list of signature genes was defined as active (highly enriched H3K4me3), including NOVA1, NAT8L, and MMP16, and repressive genes (highly enriched H3K27me3), IRX2 and ADRB2, according to the distribution of these histone modifications on the promoter regions. To further enhance the investigation, potential candidates were also compared with other types of breast cancer to identify signs specific to TNBC. RNA-seq data was implemented to confirm and verify gene regulation governed by the histone modifications. Combinations of the biomarkers based on H3K4me3 and H3K27me3 showed the diagnostic value AUC 93.28% with P-value of 1.16e-226. The results of this study suggest that histone modification analysis of opposing histone modifications may be valuable toward developing biomarkers and targets for TNBC.

• 생명과학회지
• /
• 제30권8호
• /
• pp.713-721
• /
• 2020

Adipogenesis의 연구는 인간의 지방생물학의 기초적인 분자기전을 이해하고, 비만, 당뇨 및 대사성 증후군의 발병기전을 밝히는데 필요하다. Adipogenesis의 많은 연구가 adipocytes 특이적인 핵심 전사인자인 PPARγ와 C/EBPα를 중심으로 하는 유전자 발현조절 및 세포 내 신호전달에 초점이 맞추어 활발하게 연구가 진행되었다. 그러나, 에피지놈 변형효소나 히스톤 돌연변이에 의한 에피지놈 관점에서 adipogenesis 연구는 미흡한 실정이다. 포유동물에서 히스톤 methylation은 유전자 발현에 대한 주요 후성유전적(epigenome) 변형 중 하나이며, 특히 히스톤 H3 lysine methylation은 다양한 조직 및 기관 발생과정과 세포 분화에 매우 중요한 히스톤 변형이다. 세포 특이적 enhancer는 adipogenesis에서 active enhancer 표지자인 H3K27ac와 함께 H3K4me1로 변형된다. MLL4는 Pparg 및 Cebpa 유전자 ehancers에서 중요한 adipogenic H3K4 mono-methyltransferase이다. 따라서 MLL4는 adipogenesis에 중요한 에피지놈 변형효소라고 할 수 있다. 유전자 발현 억제를 유발하는 대표적인 히스톤 변형인 H3K27me3은 Polycomb repressive complex 2의 효소활성 subunit인 Ezh2에 의해 매개된다. Wnt 유전자에서 Ezh2에 의한 H3K27me3 히스톤 methylation 변형은 adipogenesis를 증가시키는데, 이는 WNT 신호 전달이 adipogenesis의 억제 조절자로 알려져 있기 때문이다. 본 논문은 유전자 발현을 근본적으로 조절하는 히스톤 H3 methylation에 의한 후성 유전학적인 조절이 어떻게 adipogenesis를 조절하는지에 대해 요약한다.

• BMB Reports
• /
• 제50권11호
• /
• pp.537-538
• /
• 2017

Hypoxia affects various physiological and pathophyological processes. Hypoxia changes the expression of hypoxia-responsive genes through two main pathways. First, hypoxia activates transcription factors (TF) such as Hypoxia-inducible Factor (HIF). Second, hypoxia decreases the activity of Jumonji C domain-containing histone demethylases (JMJDs) that require $O_2$ and ${\alpha}$-Ketoglutarate (${\alpha}$-KG) as substrates. The JMJDs affect gene expression through their regulation of active or repressive histone methylations. Profiling of H3K4me3, H3K9me3, and H3K27me3 under both normoxia and hypoxia identified 75 TFs whose binding motifs were significantly enriched in the methylated regions of the genes. TFs showing similar binding strengths to their target genes might be under the 'metabolic control' which changes histone methylation and gene expression by instant changing catalytic activities of resident histone demethylases.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
• /
• 제15권4호
• /
• pp.273-279
• /
• 2011

후성유전학적 조절은 DNA 서열상의 변화 없이도 유전자의 기능을 변화시킬 수 있는 현상을 뜻한다. 염색체의 후성유전학적 상태는 히스톤 변형, DNA 변형 그리고 RNAi에 의한 유전자 침묵 등에 의해 조절된다. 본 총설에서는 배아줄기세포에서의 후성 유전학적 조절에 영향을 주는 요인으로서 히스톤(histone)의 메틸화에 초점을 맞추었다. 배아줄기세포에서 발현되는 유전자의 조절에는 두 가지 단백질 복합체가 관여한다. Polycomb repressive complex 2(PRC2)는 EED, EZH2, SUZ1를 주요인자로 포함하며, H3K27의 trimethylation(H3K27me3)을 증가시킴으로써 유전자의 발현을 억제한다. 이와는 대조적으로 Trithorax group(TrxG) 복합체는 주요인자로 MLL family를 포함하며, H3K4의 trimethylation(H3K4me3) 시킴으로써 유전자의 발현을 활성화한다. PRC2 및 TrxG는 다양한 보조 단백질을 포함한다. 배아줄기세포에서 후성유전학적 조절의 두드러진 특징은 H3K27me3과 H3K4me3이 동시에 나타나는 이가 상태(bivalent state)이다. PRC2와 TrxG 복합체 그리고 H3K4나 K3K27의 메틸화에 특이적으로 작용하는 탈메틸효소(demethylase)가 한데 어우러져 배아줄기세포에서 만능성 관련 유전자와 발달 관련 유전자의 발현을 조절함으로써 줄기세포의 유지 및 분화에 기여한다. 따라서 후성유전학적 조절인자들에 대한 보다 자세한 연구는 배아줄기세포를 보다 잘 이해하고 활용하는데 도움을 줄 것이다.

• Genomics & Informatics
• /
• 제10권3호
• /
• pp.145-152
• /
• 2012

Chromatin structure and dynamics that are influenced by epigenetic marks, such as histone modification and DNA methylation, play a crucial role in modulating gene transcription. To understand the relationship between histone modifications and regulatory elements in breast cancer cells, we compared our chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) histone modification patterns for histone H3K4me1, H3K4me3, H3K9/16ac, and H3K27me3 in MCF-7 cells with publicly available formaldehyde-assisted isolation of regulatory elements (FAIRE)-chip signals in human chromosomes 8, 11, and 12, identified by a method called FAIRE. Active regulatory elements defined by FAIRE were highly associated with active histone modifications, like H3K4me3 and H3K9/16ac, especially near transcription start sites. The H3K9/16ac-enriched genes that overlapped with FAIRE signals (FAIRE-H3K9/14ac) were moderately correlated with gene expression levels. We also identified functional sequence motifs at H3K4me1-enriched FAIRE sites upstream of putative promoters, suggesting that regulatory elements could be associated with H3K4me1 to be regarded as distal regulatory elements. Our results might provide an insight into epigenetic regulatory mechanisms explaining the association of histone modifications with open chromatin structure in breast cancer cells.

• 생명과학회지
• /
• 제31권11호
• /
• pp.995-1003
• /
• 2021

크로마틴 리모델링은 후성유전기전을 통해 유전자 발현을 조절한다. 비정상적인 히스톤 변형이 우울증 발생에 관여하는 것으로 알려져 있다. p11 (S100A10)은 인간과 설치류에서 우울증의 병태생리에 관여한다고 보고되었다. 본 연구는 우울증 동물모델인 장기간 예측 불가능한 스트레스가 마우스 해마에서 p11 유전자 promoter의 히스톤 변형에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. C57BL/6 마우스에 21일 동안 스트레스를 가하고, 강제수영검사를 수행하여 우울 유사 행동 양상을 측정하였다. Real time PCR 및 Western blotting 분석법으로 p11 발현 변화를 조사하였으며, 염색질 면역침전분석법을 수행하여 p11 promoter의 히스톤 H3 아세틸화 및 메틸화 양을 측정하였다. 장기간 예측 불가능한 스트레스는 강제수영검사에서 부동시간을 증가시켜 우울 유사 행동을 나타내었으며, 해마의 p11 mRNA 및 단백질 발현을 유의하게 감소시켰다. 또한 p11 promoter의 히스톤 H3 아세틸화(Ac-H3) 및 H3-K4 트리메틸화(H3K4met3)를 유의하게 감소시켰으며, H3-K27 트리메틸화(H3K27met3)를 증가시켰다. 본 연구결과는 만성 스트레스가 해마에서 p11 유전자의 후성유전적 억제를 야기하여 p11 유전자의 발현을 감소시킴을 시사한다.

• BMB Reports
• /
• 제55권3호
• /
• pp.111-112
• /
• 2022

We visualized the distribution of heterochromatin in a single nucleus using plasmonic nanoparticle-conjugated H3K9me3 and H3K27me3 antibodies. Due to distance-dependent plasmonic coupling effects between nanoprobes, their scattering spectra shift to longer wavelengths as the distance between heterochromatin histone markers reduced during oncogene-induced senescence (OIS). These observations were supported by simulating scattering profiles based on considerations of particle numbers, interparticle distances, and the spatial arrangements of plasmonic nanoprobes. Using this plasmon-based colourimetric imaging, we estimated changes in distances between H3K9me3 and H3K27me3 during the formation of senescence-associated heterochromatin foci in OIS cells. We anticipate that the devised analytical technique combined with high-spatial imaging and spectral simulation will eventually lead to a new means of diagnosing and monitoring disease progression and cellular senescence.

• Animal cells and systems
• /
• 제16권4호
• /
• pp.289-294
• /
• 2012

Histone methylation has diverse functions including transcriptional regulation via its lysine or arginine residue methylation. Studies indicate that deregulation of histone methylation is linked to human cancers including leukemia. Histone H3K27 methyltrnasferase response element II binding protein (RE-IIBP), as a transcriptional repressor to target gene IL-5, interacts with HDAC and is over-expressed in leukemia patient samples. In this study, we have identified that hematopoiesis-related genes GATA1 and HOXA9 are down-regulated by RE-IIBP in K562 and 293T cells. Transient reporter analysis revealed that GATA1 transcription was repressed by RE-IIBP. On the other hand, HOXA9 and PBX-related homeobox gene MEIS1 was up-regulated by RE-IIBP. These results suggest that RE-IIBP might have a role in hematopoiesis or leukemogenesis by regulating the transcription of target genes, possibly via its H3K27 methyltransferase activity.