PIWI Argonaute proteins and Piwi-interacting RNAs (piRNAs) are expressed in all animal species and play a critical role in cellular defense by inhibiting the activation of transposable elements in the germline. Recently, new evidence suggests that PIWI proteins and piRNAs also play important roles in various somatic tissues, including neurons. This review summarizes the neuronal functions of the PIWI-piRNA pathway in multiple animal species, including their involvement in axon regeneration, behavior, memory formation, and transgenerational epigenetic inheritance of adaptive memory. This review also discusses the consequences of dysregulation of neuronal PIWI-piRNA pathways in certain neurological disorders, including neurodevelopmental and neurodegenerative diseases. A full understanding of neuronal PIWI-piRNA pathways will ultimately provide novel insights into small RNA biology and could potentially provide precise targets for therapeutic applications.
Transposons, present in the genomes of all living organisms, are genetic element that can change positions, or transpose, within the genome. Most genomes contain several kinds of transposable elements and the molecular details of the mechanisms by which these transposons move have recently been uncovered in many families of transposable elements. Transposition is brought about by an enzyme known as transposaese encoded by the autonomous transposon itself, but, in the unautonomous transposon lacking the gene encoding the transposase, movement occurs only at the presence of the enzyme encoded by the autonomous one. There are two types of transposition events, conservative and replicative transposition. In the former the transposon moves without replication, both strands of the DNA moving together from one place to the other while in the latter the transposition frequently involves DNA replication, so one copy of transposon remains at its original site as another copy insole to a new site. The insertion of transposon into a gene can prevent it expression whereas excision from the gene may restore the ability of the gene to be expressed. There are marked similarities between transposons and certain viruses having single stranded Plus (+) RNA genomes. Retrotransposons, which differ from the ordinary transposons in that they transpose via an RNA-intermediate, behave much like retroviruses and have a structure of integrated retrovial DNA when they are inserted to a new target site. An insertional mutagenesis called transposon-tagging is now being used in a number of plant species to isolate genes involved in developmental and metabolic processes which have been proven difficult to approach by the traditional methods. Attempts to device a transposon-tagging system based on the maize Ac for use in heterologous species have been made by many research workers.
Foldback intercoil (FBI) DNA is formed by the folding back at one point of a non-helical parallel track of double-stranded DNA at as sharp as $180^{\circ}$ and the intertwining of two double helixes within each other's major groove to form an intercoil with a diameter of 2.2 nm. FBI DNA has been suggested to mediate intra-molecular homologous recombination of a deletion and inversion. Inter-molecular homologous recombination, known as site-specific insertion, on the other hand, is mediated by the direct perpendicular approach of the FBI DNA tip, as the attP site, onto the target DNA, as the attB site. Transposition of DNA transposons involves the pairing of terminal inverted repeats and 5-7-bp tandem target duplication. FBI DNA configuration effectively explains simple as well as replicative transposition, along with the involvement of an enhancer element. The majority of diverse retrotransposable elements that employ a target site duplication mechanism is also suggested to follow the FBI DNA-mediated perpendicular insertion of the paired intercoil ends by non-homologous end-joining, together with gap filling. A genome-wide perspective of transposable elements in light of FBI DNA is discussed.
이동성 유전인자는 인간 유전체의 45%를 차지하며 기능성 유전자 내부로 자유롭게 들어갈 수 있다. 이들은 진화과정에서 중복현상으로 다수의 복사수로 생성되며, 생물종다양성 및 계통유전체학 분야에 기여한다. 이동성 유전인자의 대부분은 메틸화 또는 아세틸화 현상과 같은 후성유전학적 조절에 의해 제어된다. 다양한 생물종은 그들만의 고유의 이동성 유전인자를 가지고 있으며, 일반적으로 DNA트란스포존과 레트로트란스포존으로 나뉜다. 레트로트란스포존은 LTR의 유무에 따라 다시 HERV와 LINE으로 구분된다. 이동성 유전인자는 프로모터, 인핸서, 엑손화, 재배열 및 선택적 스플라이싱과 같은 다양한 생물학적 기능을 수행한다. 또한 이들은 유전체의 불안정성을 야기시켜 다양한 질병을 유발하기도 한다. 따라서, 암과 같은 질병을 진단하는 바이오 마커로 사용될 수 있다. 최근, 이동성 유전인자는 miRNA를 만들어 내는 것으로 밝혀졌으며, 이러한 miRNA는 타겟 유전자의 seed 영역에 결합함으로서 mRNA의 분해 및 번역을 억제하는 역할을 수행한다. 이동성 유전인자 유래의 miRNA는 기능성 유전자의 발현에 큰 영향을 미친다. 다양한 생물종과 조직에서 서로 다른 miRNA의 비교 분석 연구는 생물학적 기능과 관련하여 진화학과 계통학 영역에서 흥미 있는 연구 분야라 할 수 있겠다.
전위유전자 표지를 이용한 2배체 야생근연종 감자의 유용 유전자 cloning 체계를 개발하기 위하여 옥수수의 진위유전자 Ac를 조작하여 전위효소는 생산하나 이동은 불가능하도록 제작된 immobilized Ac (iAc)와 자체 이동은 불가능하나 iAc의 작용에 의해 이동이 가능한 Ds를 Agrobacterium tumefaciens를 이용한 형질전환에 의해 2배체 근연종 감자 (Solanum tuberosum Group Phureja) 계통 1.22에 도입하였다. iAc및 Ds 삽입 binary vector들을 보유하는Agrobacterium 계통들로 형질전환 처리된 1.22 기내배양신초의 잎과 줄기 절편의 경우 50mg/L 의 kanamycin이 첨가된 배지에서도 캘러스를 형성하였으며, 잎 절편으로부터 재분화신초가 획득되었다. 형질전환 처리되지 않은 1.22 신초는 100mg/L의 kanamycin이 첨가된 배지에서 전혀 발근이 되지 않았으나, 형질전환 처리에 의해 획득된 재분화 신초는 동일 배지에서 발근이 되었다. iAc와 Ds의 염기배열에 대해 특이적인 oligonucleotide primer들을 이용하여 형질전환 처리 획득 식물들로부터 추출된 DNA에 대한 PCR분석을 실시한 결과, 사용된 primer들의 iAc 와 Ds의 염기배열에 있어서의 위치에 의해 예상되는 크기의 DNA들이 형성되어 iAc 와 Ds의 1.22 genome내 도입이 확인되었다.
본 연구에서는 큰느타리버섯 유전체내에 있는 retrotransposon의 탐색을 위하여 degenerated primer를 이용하여, retrotransposon library를 대장균에 제작하였다. 제작된 library에서 총 256개의 콜로니를 선택하여 염기서열을 결정한 결과, 71개가 LTR retrotransposon이며, 이들 중 70개가 Gypsy-type LTR retrotransposon임을 염기서열분석을 통하여 확인하였다. 특히 송이에서 발견된 MarY1_TM과 진황녹슨버짐버섯의 Gypsy-8_SLL이 각각 14, 18 copy 이상 큰느타리버섯 유전체에 삽입되어 있음을 Southern blot 분석을 통하여 밝혔다. 이와 더불어, 이들이 full length retrotransposon mRNA을 생산하고 있음을 RT-PCR과 northern blot을 통하여 밝힘으로서 활성이 있는 LTR retrotransposon임을 증명하였다.
한국잠사학회 2003년도 International Symposium of Silkworm/Insect Biotechnology and Annual Meeting of Korea Society of Sericultural Science
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pp.24-27
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2003
The ribosomal RNA gene (rDNA) cluster was located in the nucleolus organizer and was genetically determined as one locus. We speculated by using sequence differences in the functional rDNA unit that the segregation time between Chinese and Japanese types of B. mandarina is about three million years ago. The differences of the amount of inserted non-LTR retrotransposons, R1Bm and R2Bm, in rDHA cluster were used for the identification of B.mori strains. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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