Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.10
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pp.118-127
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2014
DNA data storage refers to any technique for storing massive digital data in base sequence of DNA and has been recognized as the future storage medium recently. This paper presents an information hiding method for DNA data storage that the massive data is hidden in non-coding strand based on DNA steganography. Our method maps the encrypted data to the data base sequence using the numerical mapping table and then hides it in the non-coding strand using the key that consists of the seed and sector length. Therefore, our method can preserve the protein, extract the hidden data without the knowledge of host DNA sequence, and detect the position of mutation error. Experimental results verify that our method has more high data capacity than conventional methods and also detects the positions of mutation errors by the parity bases.
A gene coding for triosephosphate isomerase (TPI) from a rat skeletal muscle cDNA library was cloned and its nucleotide sequence was determined. The 1, 348-bp cDNA clone contains 24 bp $5^I$ noncoding region, the entire 750 bp coding region corresponding to a protein of 249 amino acids, $547bp 3^I$ noncoding region and part of a poly(A) tail. It also contains a polyadenylation signal, AATAAA, starting from 17 bp upstream of the poly(A) tail. The calculated molecular weight of rat TPI is 27.8 kDa and the net charge is +4. The deduced amino acid sequence from rat TPI CDNA sequence has 93% and 94% homology with that of mouse and human clones, respectively. The amino acids at the residue of Asn12, Lys14, His96, Glu 166, His96, His101, Ala177, Tyr165, Glu13O, Tyr2O9, and Ser212 in catalytic site are completely identical, confirming that the functional residues in TPI proteins are highly conserved throughout evolution. The most profound characteristic of rat TPI enzyme, compared with other TPIs, is that there are five cysteine substitutions at the residue of 21, 27, 159, 195 and 204. A Glu123 instead of Gly was found in rabbit, rhesus, mouse and human sequences. Through the method of RT-PCR, the mRNA transcription level of TPI gene was found to be different among various tissues and was highest in muscle.
The RNA nucleotide sequences of the 3/-noncoding regions (3'-NCRs) of two Korean strains of turnip mosaic virus (TuMV), Ca and cqs, have been determined from their cDNA clones that encompassed the 3'-terminal regions of the viral genomic RNAs. The 3'-NCRs of both strains were 209 nucleotides long, terminated with GAC residues and poly (A) tails. The potential polyadenylational signal motif, UAUGU, was located 140 nucleotides upstream from the poly (A) tail in each of the virus. A highly conserved hexanucleotide sequence [A G U G A/U G/C], which was common in the 3'-NCRs of the potyvirus RNAs, was also found at the regions of 119 bases upstream from the 3'-end. Comparison of the 3'-NCRs of the two Korean isolates with those of four strains from Canada, China and Japan showed significantly identical genotypes (94.3∼99.5%). The secondary structure of three loops with long stems was found within the 3'-NCRs by sequence analysis. The substituted bases in the region among the six TuMV strains did not alter their secondary structures. Length of the 3'-NCRs of the know 11 potyviral RNAs and TuMV RNAs was different from one another and their nucleotide sequences showed 55.7% to 24.0% of homology. The 3'-NCR, therefore, is considered to be useful for phylogenetic studies in potyviruses.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.52
no.7
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pp.51-62
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2015
Of recent interests on high capacity DNA storage, DNA watermarking for DNA copyright protection, and DNA steganography for DNA secret communication are augmented, the reversible DNA watermarking is much needed both to embed the watermark without changing the functionality of organism and to perfectly recover the host DNA sequence. In this paper, we address two ways of DE based reversible DNA watermarking using noncoding DNA sequence. The reversible DNA watermarking should consider the string structure of a DNA sequence, the organism functionality, the perfect recovery, and the high embedding capacity. We convert the string sequence of four characters in noncoding region to the decimal coded values and embed the watermark bit into coded values by two ways; DE based multiple bits embedding (DE-MBE) using pairs of neighbor coded values and consecutive DE-MBE (C-DE-MBE). Two ways process the comparison searching to prevent the false start codon that produces false coding region. Experimental results verified that our ways have more high embedding capacity than conventional methods and produce no false start codon and recover perfectly the host sequence without the reference sequence. Especially C-DE-MBE can embed more high two times than DE-MBE.
p70 ribosomal S6 kinase (p70S6K) can integrate nutrient and growth factor signals to promote cell growth and survival. We report our molecular characterization of the complementary DNA (cDNA) that encodes the goat p70S6K gene 40S ribosomal S6 kinase 1 (S6K1) (GenBank accession GU144017) and its 3' noncoding sequence in Inner Mongolia Cashmere goats (Capra hircus). Goat S6K1 cDNA was 2,272 bp and include an open reading frame (ORF) of 1,578 bp, corresponding to a polypeptide of 525 amino acids, and a 694-residue 3' noncoding sequence with a polyadenylation signal at nucleotides 2,218 to 2,223. The relative abundance of S6K1 mRNA was measured by real-time PCR in 6 tissues, and p70S6K expression was examined by immunohistochemistry in heart and testis. The phosphorylation of p70S6K is regulated by mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling in fetal fibroblasts.
Reversible DNA watermarking is capable of continuous DNA storage and forgery prevention, and has the advantage of being able to analyze biological mutation processes by external watermarking by iterative process of concealment and restoration. In this paper, we propose a reversible DNA watermarking method based on histogram multiple shifting of noncoding DNA sequence that can prevent false start codon, maintain original sequence length, maintain high watermark capacity without biologic mutation. The proposed method transforms the non-coding region DNA sequence to the n-th code coefficients and embeds the multiple bits of the n-th code coefficients by the non-recursive histogram multiple shifting method. The multi-bit embedding process prevents the false start codon generation through comparison search between adjacent concealed nucleotide sequences. From the experimental results, it was confirmed that the proposed method has higher watermark capacity of 0.004-0.382 bpn than the conventional method and has higher watermark capacity than the additional data. Also, it was confirmed that false start codon was not generated unlike the conventional method.
The non-coding DNA in eukaryotic genomes encodes a language that programs chromatin accessibility, transcription factor binding, and various other activities. The objective of this study was to determine the effect of the primary DNA sequence on the epigenomic landscape across a 200-base pair of genomic units by integrating 127 publicly available ChromHMM BED files from the Roadmap Genomics project. Nucleotide frequency profiles of 127 chromatin annotations stratified by chromatin variability were analyzed and integrative hidden Markov models were built to detect Markov properties of chromatin regions. Our aim was to identify the relationship between DNA sequence units and their chromatin variability based on integrated ChromHMM datasets of different cell and tissue types.
In a previous paper (Kim et al., 1996a), the immediate 5' -flanking region and coding region of the human UDP-N -acetylglucosamine:-D-mannoside-1,4-Nacetylglucosaminyltransferase III (N-acetylglucosaminyitransferase- III; GnT-III) gene was reported, isolated and analyzed. Herein, we report on amplification of a new 5' -noncoding region of the GnT-III mRNA by single-strand ligation to single-stranded cDNA-PCR (5' -RACE PCR) using poly(A)+ RNA isolated from human fetal liver cells. A cDNA clone was obtained with 5' sequences (96 bp) that diverged seven nucleotides upstream from the ATG (+1) start codon. A concensus splice junction sequence, TCTCCCGCAG, was found immediately 5' to the position where the sequences of the cDNA diverged. The result suggested the presence of an intron in the 5' -noncoding region and that the cDNA was an incompletely reversetranscribed cDNA product derived from an mRNA containing a new noncoding exon. When mRNA expression of GnT-III in various human tissues and cancer cell lines was examined, Northern blot analysis indicated high expression levels of GnT-III in human fetal kidney and brain tissues, as well as for a number of leukemia and lymphoma cancer cell lines. Promoter activities of the 5' -flanking regions of exon 1 and the new noncoding region were measured in a human hepatoma cell line, HepG2, by luciferase assays. The 5'-flanking region of exon 1 was the most active, whilst that of exon 2 was inactive.
The non-coding DNA in eukaryotic genomes encodes a language which programs chromatin accessibility, transcription factor binding, and various other activities. The objective of this short report was to determine the impact of primary DNA sequence on the epigenomic landscape across 200-base pair genomic units by integrating nine publicly available ChromHMM Browser Extensible Data files of the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project. The nucleotide frequency profiles of nine chromatin annotations with the units of 200 bp were analyzed and integrative Markov chains were built to detect the Markov properties of the DNA sequences in some of the active chromatin states of different ChromHMM regions. Our aim was to identify the possible relationship between DNA sequences and the newly built chromatin states based on the integrated ChromHMM datasets of different cells and tissue types.
Analysis of molecular nature of mitochondrial DNA (mtDNA) could be powerful marker for anthropological studies of modern populations. While population genetic studies on mtDNA have been reported for several ethnic groups, no such study has been documented for the Korean population. We surveyed mtDNA polymorphisms in the HVS I of noncoding D-loop region and its upstream region from 430 unrelated healthy Korean population by polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism (PCR-RFLP) and direct sequencing analysis. PCR product with 2,790 bp spanning the specific mtDNA region (mt13715-16504) was subjected to RFLP analysis using 6 restriction enzyme (Hinf I, Hae III, Alu I, Dde I, Mbo I, Rsa I). On the PAUP analysis of PCR-RFLP results, 38 mtDNA haplotypes (Hap 1-38) were detected in the Korean populations, which were classified into 11 haplogroups (Grp 1-11) of related haplotypes encompassing all 38 haplotypes. In comparison of sequencing data with Anderson's reference sequence, the transition type was more prevalent than the transversion type. Insertions or deletions were not found. In addition, three of the polymorphic sites (A16240C, A16351G, G16384A) in HVS-I region are determined newly. The polymorphic sites were distributed randomly in the region, though the frequency at each site was variable. Thus, this research might be required for the genealogical study of Orientals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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