Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제9권2호
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pp.83-89
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2005
In this paper a new algorithm of learning and evolving artificial neural networks using gene expression programming (GEP) is presented. Compared with other traditional algorithms, this new algorithm has more advantages in self-learning and self-organizing, and can find optimal solutions of artificial neural networks more efficiently and elegantly. Simulation experiments show that the algorithm of evolving weights or thresholds can easily find the perfect architecture of artificial neural networks, and obviously improves previous traditional evolving methods of artificial neural networks because the GEP algorithm imitates the evolution of the natural neural system of biology according to genotype schemes of biology to crossover and mutate the genes or chromosomes to generate the next generation, and the optimal architecture of artificial neural networks with evolved weights or thresholds is finally achieved.
This paper investigates construction of gene (interaction) networks from gene expression time-series data based on evolutionary computation. To illustrate the proposed approach in a comprehensive way, we first assume an artificial gene network and then compare it with the reconstructed network from the gene expression time-series data generated by the artificial network. Next, we employ real gene expression time-series data (Spellman's yeast data) to construct a gene network by applying the proposed approach. From these experiments, we find that the proposed approach can be used as a useful tool for discovering the structure of a gene network as well as the corresponding relations among genes. The constructed gene network can further provide biologists with information to generate/test new hypotheses and ultimately to unravel the gene functions.
Gene expression is regulated in large part at the level of transcription under the control of sequence-specific transcriptional regulatory proteins. Therefore, the ability to affect gene expression at will using sequencespecific artificial transcription factors would provide researchers with a powerful tool for biotechnology research and drug discovery. Previously, we isolated 56 novel sequence-specific DNA-binding domains from the human genome by in vivo selection. We hypothesized that these domains might be more useful for regulating gene expression in higher eukaryotic cells than those selected in vitro using phage display. However, an unpredictable factor, termed the "context effect", is associated with the construction of novel zinc finger transcription factors--- DNA-binding proteins that bind specifically to 9-base pair target sequences. In this study, we directly selected active artificial zinc finger proteins from a zinc finger protein library. Direct in vivo selection of constituents of a zinc finger protein library may be an efficient method for isolating multi-finger DNA binding proteins while avoiding the context effect.
The aspartame, $\alpha$-L-aspartyl-L-phenylalanine methylester, is an artificial sweetener. Taking advantage of the fact that the aspartame is a derivative of dipeptide, synthesis of aspartame from the artificial polypeptide made by an artificial gene has been attempted. The artificial polypeptide (LAP32), a polymer of tripeptide (aspartyl-phenylalanyl-lysine), was purified from the E. coli cells harboring a recombinant plasmid containing the artificial gene. This polypeptide was then digested with trypsin and carboxypeptidase B to produce dipeptide (Asp-Phe). Using the esterase activity of $\alpha$-chymotrypsin, the dipeptide was directly converted into Asp-Phe methylester in a water-methanol system. When the methanol concentration in reaction mixture was 25%, 50% of dipeptide was converted to the dipeptide methylester without producing any by-products.
Monogenic disease의 치료를 위한 하나의 전략으로 viral vector를 이용한 gene therapy에 비해 독성이 적은 gene targeting 기술을 이용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구의 주된 관점은 자연적인 HR의 낮은 효율을 개선하기 위한 DSB 유도 방법으로, 선택성을 높일 수 있는 긴 염기서열의 인식이 가능한 artificial endonuclease의 개발이다. 본 글에서는 이러한 artificial endonuclease 중, 가장 많이 연구 되고 있는 homing endonuclease와 zinc finger nuclease를 간략히 소개하였다. 전자와 후자 모두, 인식 서열에 대한 일정 수준의 tolerance (인식 서열 일부가 특이적이지 않아 다른 염기로 구성된 경우)가 존재하여, 일정한 비율로 다른 target을 절단할 수 있는 가능성이 존재한다. 이러한 점은, meganucleases를 치료 목적으로 이용할 때 세포 독성을 나타내는 근본원인 중 하나이다. 두 종 모두 이러한 특성을 가짐에도 불구하고, 완전한 비자연적인 후자보다는 전자의 경우가 보다 효과적이며 낮은 세포독성을 보이는 것으로 보고되고 있다. 물론 실험 조건이나 적용되는 세포 종류, 인위적인 단백질의 발현 정도에 따라 세포 독성유무 또는 정도에 차이가 나타남이 확인되고 있다. 이러한 사실들에 근거할 때, gene targeting을 유도하기 위한 artificial endonuclease의 서열 특이성을 증대시키는 것이 가장 중요하나, 그 외 여러 인자들에 대한 복합적인 연구 역시 필요함을 보여준다. 현재까지 실제 치료제로 쓰인 예는 없지만, 시험관내에서 보이는 결과와 모델 개체에서 이루어진 표적화정도, 관련된 단백질 치료제들이 지닌 잠재성을 비교할 때 매우 큰 가능성을 지니고 있음은 충분히 확인할 수 있다.
본 연구에서는 Yeast Artificial Chromosome을 효율적으로 조작하고 유유전자의 기능을 보다 더 용이하게 분석하기 위해 EMCV 바이러스의 IRES 염기서열과 $\beta$-galactosidase를 포함하는 새로운 bicistronic fragmentation vector를 제조하였다. 이 벡터의 폴리클로닝 site에 네 개의희귀한 제한효소 부위를 도입하여 DNA를 용이하게 클로닝할 수 있게 만들었다. 그러므로 원하는 어떤 YAC도 효모세포에서 쉽게 상동 재조함에 의해 절편할 수 있는 장점이 있다. 이 bicistronic fragmentation vector 시스템을 이용하면하나의 메시지로부터 연구하고자 하는 유전자와 $\beta$-galactosidase를 동시에 한 세포에서 발현할 수 있기 때문에 유전자의 발현양상을 쉽게 분석할 수 있는 새로운 도구로 이용할 수 있다.
To evaluate the feasibility of using sperm-mediated gene transfer (SMGT) for carrying foreign gene into chicken oocyte, a reporter gene, CX-EGFP, was used in this study. The reporter gene was first mixed with liposome or liposome-like compound and the mixtures were further combined with ejaculated cock spermatozoa. The spermatozoa treated with liposome and CX-EGFP mixture was subsequently coincubated with DNaseI to remove the extra DNA which insured the authenticity of positive signals. The treated sperms were then subjected to transgene (reporter gene) existence analysis and artificial insemination of laying hens. Obtained results indicated that the spermatozoa were able to take-in the foreign DNA; which was confirmed by polymerase chain reaction and Southern blot analysis. In the following experiment, fresh ejaculated sperms were mixed with CX-EGFP-liposome or CX-EGFP-liposome-like complex then used for artificial insemination of each of six laying hens. Eggs laid between day-3 and day-7 post insemination were collected. Newly hatched chicks, two out of 53 from CX-EGFP/liposome treated group and two out of 21 from CXEGFP/liposome-like treated group, were proven to be transgenic. This study suggests that SMGT is a powerful method for generating transgenic chickens.
Fusogenic liposomes that incorporate Sendai virus envelope proteins, so-called Sendai virosomes, have been developed for in vitro and in vivo genetic modification of animal cells. In this study, several different virosomes of varying lipid compositions were formulated and their in vitro gene-transfer efficiencies compared. The virosomes were prepared by quantitative reconstitution of the Sendai envelope, fusion (F) and hemagglutinin-neuraminidase (HN) proteins into liposomal vesicles. Virosomes that contained luciferase reporter genes were tested in 293 transformed human kidney cells. F/HN-virosomes that were prepared with an artificial Sendai viral envelope (ASVE-virosomes) or phosphatidylserine (PS-virosomes) exhibited an 8- or 6-fold higher gene-transfer efficiency than cationic liposomes that were made with 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP). F/HN-virosomes that were prepared with phosphatidic acid (PA-virosomes) instead of PS were less efficient in gene transfer than either ASVE- or PS-virosomes. In addition, the genetransfer capability of ASVE- and PS-virosomes was maximal at a $Ca^{2+}$ concentration of 510 mM. These results suggest that the incorporated lipid components significantly affect the in vitro gene transfer that is mediated by Sendai F/HN-virosomes.
본 실험에서는 식물의 유용유전자를 개발하여 그 발현양상을 확인하기 위하여 효모를 이용하면 그 발현양상을 비교적 빠르게 확인할 수 있는 미토콘드리아 형질전환 방법을 규명하였다. 또한 미토콘드리아(mt)에 관련된 유전자를 TPI promoter를 가진 plasmid에 재조합한 후 효모에 형질전환하여 mt에서 그 유전자의 특성이 발현 되는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구의 결과로 mt에 관련된 유전자를 식물의 조직에 형질전환 하여 1개 이상의 유전자가 식물의 mt에 삽입되어 그 유전자의 특성이 발현되는데 이용되어 질수 있을 것이라 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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