• 제목/요약/키워드: microarray experiment

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마이크로어레이 이미지 분석을 위한 계층적 그리드 정렬 알고리즘 (A Hierarchical Grid Alignment Algorithm for Microarray Image Analysis)

  • 천봉경;진희정;이평준;조환규
    • 한국정보과학회논문지:소프트웨어및응용
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    • 제33권2호
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    • pp.143-153
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    • 2006
  • 마이크로어레이(microarray) 실험은 수백 개 혹은 수천 개의 유전자 발현(expression) 정보를 한 번에 실험을 할 수 있기 때문에, 유전자 비교분석에 있어서 획기적인 실험 방법이다. 먼저, 각 유전자의 발현량을 측정하기 위해서 마이크로어레이 실험 결과로 생성된 이미지를 분석해야 한다. 그러나 마이크로어레이 이미지는 많은 유전자들로 구성되어 있기 때문에 사용자가 일일이 수동으로 유전자인 스팟(spot)들을 분석하기는 어려운 일이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 메타그리드(meta-grid)를 이용한 그리딩(gridding) 방법과 자동 그리딩 방법이 제안되었지만, 여전히 이 방법들은 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 메타 그리딩 방법은 동일한 마이크로어레이 칩에서 생성된 이미지일 지라도, 실험 시 발생하는 오류로 인해 그리딩 시 사용자의 수작업이 필요하다. 자동 그리딩 방법은 생성된 마이크로어레이 이미지가 잡영이 많거나 발현율이 낮을 경우, 이미지 분석 작업을 수행하지 못할 수도 있다. 본 논문에서는 메타 그리딩 방법과 자동 그리딩 방법을 혼합한 새로운 그리딩 방법인 자동 메타 그리딩 방법을 위한 계층적 그리드 정렬(hierarchical grid alignment) 알고리즘을 제안한다. 자동 메타 그리딩 방법은 메타 그리드를 입력으로 하여, 계층적 그리드 정렬 알고리즘을 통해 메타 그리드를 마이크로어레이 이미지에 맞게 자동으로 정렬해주는 방법이다. 실험 결과, 본 논문에서 제안한 방법은 이전 방법들보다 휠씬 강건하고 신뢰할 수 있는 그리딩 결과를 제공하였다. 또한 같은 칩에서 생성된 다수의 이미지들을 동시에 분석하는 일괄 분석(batch analysis)시 제안한 방법을 적용함으로써, 보다 신뢰할 수 있는 일괄 분석 환경을 제공해 줄 수 있다. 분리된 빈도수가 높았다는 것과 무관하지 않을 것으로 사료된다. 특히 S. cerevisiae와 Z. rouxii 두 균주는 무염 또는 7% NaCl이 첨가된 배지에서 가장 먼저 가스를 생성하였으며 7% NaCl이 첨가된 조건하에서의 가스생산량은 Z. rouxii 및 S. cerevisiae 각각에서 0.024 ml/ml/hr, 0.013ml/ml/hr로 나타났다.분중 acetix acid ethyl ester, 3-methyl-1-butanol, acetix acid, 2-phenylethanol등의 성분이 다른 향기 성분에 비해 면적 비율이 높은 경향을 보였다.$의 반응표면을 정준분석한 결과 중속 변량인 ${\beta}-carotene$추출함량이 최대점임을 확인하였다. 3) 최적조건 즉, 압력은 350bar, 온도는 $51^{\circ}C$ 및 시간은 200min의 조건을 동시에 만족하는 관심영역에서의 ${\beta}-carotene$의 최대추출량은 생당근 100g당 10,611 ${\mu}g$으로 예측되었다.이 높은 반면 AsA는 둘다 낮은 편이었다. 무기질은 무에서 Fe, Ca, Na, K과 우엉에서는 Na, P, K의 잔존량이 높은 반면 우엉에서 Fe의 잔존율이 극히 낮았다. 6. 각종 조리시 비타민과 무기질의 잔존상태가 전체적으로 좋은 결과를 보인 채소의 순서는 사용된 횟수에 차이가 있으나 도라지>들깻잎, 양배추>무, 오이>참취, 상추>숙주>시금치, 우엉, 돌나물>당근, 호박>콩나물>가지로 나타났으며, 조리법 중에서 잔존율이 좋은 것은 비타민의 경우는 생채이었고 무기질은 생채, 볶음, 조림이었다. 또한 Vit.A는 생채, 볶음, 조림에서 Niacin은 생채, 조림, 찜에서 AsA는

Comparative Genomics Profiling of Clinical Isolates of Helicobacter pylori in Chinese Populations Using DNA Microarray

  • Han, Yue-Hua;Liu, Wen-Zhong;Shi, Yao-Zhou;Lu, Li-Qiong;Xiao, Shudong;Zhang, Qing-Hua;Zhao, Guo-Ping
    • Journal of Microbiology
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    • 제45권1호
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    • pp.21-28
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    • 2007
  • In order to search for specific genotypes related to this unique phenotype, we used whole genomic DNA microarray to characterize the genomic diversity of Helicobacter pylori (H. pylori) strains isolated from clinical patients in China. The open reading frame (ORF) fragments on our microarray were generated by PCR using gene-specific primers. Genomic DNA of H. pylori 26695 and J99 were used as templates. Thirty-four H. pylori isolates were obtained from patients in Shanghai. Results were judged based on In(x) transformed and normalized Cy3/Cy5 ratios. Our microarray included 1882 DNA fragments corresponding to 1636 ORFs of both sequenced H. pylori strains. Cluster analysis, revealed two diverse regions in the H. pylori genome that were not present in other isolates. Among the 1636 genes, 1091 (66.7%) were common to all H. pylori strains, representing the functional core of the genome. Most of the genes found in the H. pylori functional core were responsible for metabolism, cellular processes, transcription and biosynthesis of amino acids, functions that are essential to H. pylori's growth and colonization in its host. In contrast, 522 (31.9%) genes were strain-specific genes that were missing from at least one strain of H. pylori. Strain-specific genes primarily included restriction modification system components, transposase genes, hypothetical proteins and outer membrane proteins. These strain-specific genes may aid the bacteria under specific circumstances during their long-term infection in genetically diverse hosts. Our results suggest 34 H. pylori clinical strains have extensive genomic diversity. Core genes and strain-specific genes both play essential roles in H. pylori propagation and pathogenesis. Our microarray experiment may help select relatively significant genes for further research on the pathogenicity of H. pylori and development of a vaccine for H. pylori.

인간 대장암 세포주에서 sulindac sulfide 처리에 의해 차별적으로 발현되는 유전자 군의 분석 (Analysis of Differentially Expressed Genes by Sulindac Sulfide in Human Colorectal Cells)

  • 신승화;김종식
    • 생명과학회지
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    • 제17권7호통권87호
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    • pp.996-1001
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    • 2007
  • 본 연구에서는 NSAID계 약물인 sulindac, sulindac sulfone, 그리고 sulindac sulfide 처리에 의한 암세포 생존율에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 인간 대장암 세포주인 HCTl16에 각각 10 ${\mu}M$의 NSAID들을 처리하였다. 처리한약물 중 sulindac sulfide에 의한 암세포 생존율이 가장 높게 감소하는 것으로 MTS assay 결과 확인되었다. 또한 sulindac sulfide의 처리 농도가 증가됨에 따라 세포 생존율이 감소하는 것으로 확인되었다. Sulindac sulfide의 처리에 따른 이러한 암 세포 사멸의 분자생물학적 기전을 이해하기 위하여, oligo DNA microarray 실험을 수행하였다. 그 결과, 10 ${\mu}M$의 sulindac sulfide의 처리에 의해 2배 이상 발현이 증가되는 유전자가 23개 확인되었고, 반대로 2배 이상 발현이 감소되는 유전자가 33개 확인되었다. 증가되는 유전자중 3개(NAG-1, DDIT3, PCK2)를 선택하여, RT-PCR과 real-time PCR을 수행하였다. 그 결과 두 실험 모두 DNA microarray 실험결과와 동일하게 발현이 증가되었다. 이 중 sulindac, sulindac sulfone, sulindac sulfide에 의 한 NAG-1 유전자의 발현변화를 RT-PCR과 real-time PCR 방법으로 확인한 결과, sulindac sulfide에 의한 암 억제유전자인 NAG-1의 발현이 가장 많이 발현되었다. 이러한 연구결과는 세포생존율 결과와 비교하였을 때, NAG-1의 높은 발현과 암 세포 생존율의 감소가 관련이 있음을 간접적으로 시사한다. 따라서 이들 연구결과는 sulindac sulfide에 의한 화학적 암 예방법의 분자생물학적 기전을 이해하는데 도움을 줄 것으로 생각한다.

시간열 마이크로어레이 데이터를 이용한 질병 관련 유의한 패스웨이 유전자 집합의 검출 (A Method of Identifying Disease-related Significant Pathways Using Time-Series Microarray Data)

  • 김재영;신미영
    • 전자공학회논문지CI
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    • 제47권5호
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    • pp.17-24
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    • 2010
  • 최근 특정 질병의 진단이나 예후 예측을 위해 마이크로어레이 실험 데이터를 이용한 질병 관련 바이오마커 검출 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 정상인에 비해 질병 환자군에서 특이하게 발현되는 개별 유전자를 바이오 마커로 이용하는 기존의 방식과는 달리 동일한 생물학적 패스웨이에 관여하는 유전자 집합의 변화를 분석하여 특이하게 발현되는 패스웨이 유전자 집합을 바이오 마커로 사용하는 유전자 집합 분석(Gene-set analysis) 연구가 주목받고 있다. 본 논문에서는 다양한 실험 조건 요인을 가지는 시간열 마이크로어레이 실험 데이터를 이용한 유의한 패스웨이 유전자 집합을 검출하는 방법에 대해 제안한다. 시간열 마이크로어레이 데이터을 이용하여 유전자 집합 분석을 수행하기 위해서는 시간에 따른 유전자 발현값의 변화에 따라 개별 유전자의 유의성을 나타내는 스코어를 maSigPro (microarray Significant Profiles)를 이용하여 계산한 후, 이를 기반으로 전체 유전자의 순위를 결정하여 후보 유전자 집합에 대한 유의성 검증을 윌콕슨 순위합 검증을 통해 수행한다. 후보 유전자 집합의 생성을 위해서는 MSigDB (Molecular Signatures Database)의 패스웨이 정보를 이용하였으며, 본 논문에서 제안한 방법의 검증을 위해 공개된 전립선 암 관련 시간열 마이크로어레이 실험 데이터에 적용한 결과 실제로 전립선암과 관련된 것으로 밝혀진 7개의 패스웨이 중 6개의 패스웨이를 정확하게 검출할 수 있었다.

신경망 기반의 유전자조합을 이용한 마이크로어레이 데이터 분류 시스템 (The System Of Microarray Data Classification Using Significant Gene Combination Method based on Neural Network.)

  • 박수영;정채영
    • 한국정보통신학회논문지
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    • 제12권7호
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    • pp.1243-1248
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    • 2008
  • 최근 생명 정보학 기술의 발달로 마이크로 단위의 실험조작이 가능해짐에 따라 하나의 chip상에서 전체 genome의 expression pattern을 관찰할 수 있게 되었고, 동시에 수 만개의 유전자들 간치 상호작용도 연구 가능하게 되었다. 본 논문에서는 암에 걸린 흰쥐 외피 기간 세포 분화 실험에서 얻어진 3840 유전자의 마이크로어레이 cDNA를 이용해 데이터의 정규화를 거쳐 본 논문에서 제안한 유사성 척도 조합 방법으로 정보력 있는 유전자들을 추출한 후, 유사성 척도 조합 방법과 결합한 멀티퍼셉트론 신경망 분류기와 기존의 DT, NB, SVM 분류기를 이용하여 클래스 분류 시스템을 구축하고, 성능을 비교분석하였다. 피어슨 적률 상관 계수와 유클리디안 거리 계수 조합을 이용하여 선택된 200 유전사들을 멀티퍼셉트론 신경망 분류기로 분류한 결과 98.84%의 정확도를 보여 다른 분류기를 이용하여 실험을 수행한 경우보다 향상된 분류 성능을 보였다.

정보력 있는 유전자 선택 방법 조합을 이용한 마이크로어레이 분류 시스템 구현 (The Implement of System on Microarry Classification Using Combination of Signigicant Gene Selection Method)

  • 박수영;정채영
    • 한국정보통신학회논문지
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    • 제12권2호
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    • pp.315-320
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    • 2008
  • 오늘날 인간 genome프로젝트와 같은 종합적인 연구의 궁극적 목적을 달성하기 위해서는 이들 연구로부터 획득한 대량의 관련 데이터에 대해 새로운 현실적 의미를 부여할 수 있어야 한다. 이러한 맥락에서 유전자 발현 분석 시스템과 염기 서열 분석 시스템의 구축이 포스트 genome 시대를 맞이하여 새롭게 주복을 받고 있다. 최근에는 종양의 특정 부 클래스가 특정 염색체와 관련되어 있다는 사실이 밝혀지면서, 마이크로어레이는 유전자 발현 정보를 기반으로 암의 분류와 예측을 통한 진단 분야에도 활용되기 시작했다. 본 논문에서는 암에 걸린 흰쥐 외피 기간 세포 분화 실험에서 얻어진 3840 유전자의 마이크로어레이 cDNA를 이용하여 데이터의 정규화를 거쳐 정보력 있는 유전자 목록을 별도로 추출할 수 있는 시스템을 고안하고 보다 정보력 있는 유전자를 선택하기 위해 조합 방법을 제안하였다. 그리고 제안한 시스템과 방법론의 가능성을 실험을 통해 검증하였다. 그 결과 PC-ED 조합이 98.74%의 정확도와 0.04%의 MSE를 보여 단일 유사성 척도를 사용하여 유전자 목록을 생성하고 실험을 수행한 경우보다 분류 성능이 향상되었다.

Microarray 분석법 활용을 통한 뇌출혈 흰쥐에서의 우황청심원 효능 평가 (Microarray-Based Gene Expression Profiling to Elucidate the Effectiveness of Woowhangchongshim-won on ICH Model in Rats)

  • 김형우;조수진;김부여;정병한;봉승전;김용성;이장식;권정남;김영균;조수인
    • 대한본초학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.253-260
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    • 2007
  • Objectives : Intracerebral hemorrhage (ICH) is characterized by breakdown of blood vessels within the brain parenchyma. Fundamental therapeutic strategies for ICH, particularly those aimed at neuroprotection, have to be established. So in this experiment, the effects of Woowhangchongshim-won, a traditional prescription formula for treating Cerebral Apoplexy in Asian countries, were investigated. Methods : After intraperitoneal injection of chloralhydrate, rats were placed in a stereotaxic frame. ICH was induced by injection of 1 U collagenase type IV and drug was administered orally for 10 days. The molecular profile of cerebral hemorrhage in rat brain tissue was measured using micro array technique to identify up- or down- regulated genes in brain tissue. These genes induced by brain damage were mainly concerned with general metabolic process such as primary metabolic process, cellular metabolic process, macromolecule metabolic process, and biosynthetic process. Results : The number of genes increased in control and not-changed in experiment was 374, and decreased in control and not-changed in experiment was 527. We are concerned with genes that can be recovered by treatment with medicine, it is especially interesting to above types of genes. Conclusions : Upon medicine treatment to the rat having cerebral hemorrhage, expressions of some genes were restored to normal level. Further analysis using protein interaction database identified some key molecules that can be used for elucidation of therapeutical mechanism of medicine in future.

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무지개송어 신장으로부터 EST 발굴 및 연령에 따른 유전자 발현 분석 (Expressed Sequence Tags in Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) Kidney and Microarray Analysis in Young and Old Kidney)

  • 김순학;신용국;방인철
    • 생명과학회지
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    • 제13권1호
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    • pp.128-135
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    • 2003
  • 무지개 송어(Oncorhynchus mykiss) 신장조직의 유전자 발현 현황을 조사하기 위하여 무지개송어 신장 cDNA library로부터 102개의 ESTs를 조사하였다. 102개의 ESTs 중 57개의 clones 이 NCBI blast 염기서열 검색을 통해 이미 기능이 밝혀진 다른 유전자와의 유사성을 보였고, 그 결과 총 37개의 singleton으로 분류되었다. 나머지 45개의 ESTs는 기존의 밝혀진 유전자와 염기서열 유사성이 전혀 없었고, 상호 염기서열간의 유사성을 통해 40개의 유전자로 밝혀졌다. 또한, 신장조직의 유전자 구성을 기능별로 살펴보기 위하여 기능이 밝혀진 57개의 ESTs를 7개의 functional categories로 분류하였다. 그 결과, 신장조직의 구조에 관여하는 유전자가 14.5%로 가장 높았고, 그 다음으로 유전자 전이/전사에 관여하는 유전자가 11.6%로 판명되었다. 그리고 이들 77개의 유전자를 이용하여 연령에 따른 유전자 발현을 조사하기 위하여 microarray 실험을 하였다. 3개의 replicate를 이용하여 p-value <0.05를 갖는 유전자중 1.5배 이상만 down- 또는 up-regulation되는 유전자만을 조사하였다. 이들 중 2년산 무지개 송어 신장에서 1.5배 이상 감소되는 유전자는 mitochondrion, cytochrome b, rho G, spastin protein, RTK 17, RTK 18과 RTK 60이었다. 반면에 2년산 무지개 송어 신장에 서 1.5배 이상 증가되는 유전자는 calponinl, calcium binding protein, histone deacetyulase 1과 RTK 9 유전자가 유의성 있게 차이가 났다. 이상의 결과, 유전자 발현조사 및 microarray 연구가 무지개송어의 genetic improvemen떼 크게 영향을 미칠 수 있음을 시사하였다.

바이러스성 출혈성 패혈증에 감염된 넙치의 cDNA microarray 분석 : 수온에 따른 면역 유전자 발현의 차이 (cDNA microarray analysis of viral hemorrhagic septicemia infected olive flounder, Paralichthys olivaceus: immune gene expression at different water temperature)

  • 김진웅;정성주
    • 한국어병학회지
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    • 제27권1호
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    • pp.1-9
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    • 2014
  • 저수온기만 넙치에 대량 폐사를 일으키는 바이러스성 출혈성 패혈증을 폐사가 발생하는 $15^{\circ}C$, 폐사가 발생하지 않는 $20^{\circ}C$에서 인공감염시켜 넙치의 면역 유전자 발현 profile을 cDNA microarray 분석하였으며, 특히 저수온기에 폐사가 나타나는 원인을 면역 유전자 발현과 관련시켜 알아보고자 하였다. $15^{\circ}C$, $20^{\circ}C$의 감염 세포구에 공통으로 발현되는 유전자는 MHC class I, IL-8, myeloperoxidase 및 endonuclease G-like 유전자로 모든 세포표면에 존재하여 항원을 제시하거나 호중구 주화성을 자극하는 유전자들이었다. 항원 가공 및 제시, 항체 생성에 관여하는 MHC class II, immunoglobulin (Ig)과 retinoblastoma 등의 유전자는 $20^{\circ}C$에서는 발현이 증가하였으나 $15^{\circ}C$에서는 발현이 감소되었다. 이로부터 폐사가 발생하지 않는 $20^{\circ}C$는 바이러스 감염초기의 항원 제시, MHC class I과 II에 의한 항원제시, apoptosis 및 이후의 항체 생산이 정상적으로 이루어져 폐사가 발생하지 않는 것으로 생각되었다. 그러나 폐사가 발생하는 $15^{\circ}C$에서는 MHC class I매개의 항원 제시와 탐식 작용등의 선천 면역은 이루어지나 macrophage에 의한 MHC class II매개의 항원 제시와 apoptosis저하, 항체 생산 관련 유전자의 발현저하가 관찰되어 초기 macrophage에 의한 항원제시의 실패로 적응 면역이 제대로 활성화되지 않아 폐사가 발생한 것으로 사료된다.

마이크로어레이 자료의 사전 처리 순서에 따른 검색의 일치도 분석 (A Concordance Study of the Preprocessing Orders in Microarray Data)

  • 김상철;이재휘;김병수
    • 응용통계연구
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    • 제22권3호
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    • pp.585-594
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    • 2009
  • 마이크로어레이 실험의 실험자들은 원 측정치인 영상을 조사하여 통계적 분석이 가능한 자료의 형태로 변환하는데 이러한 과정을 흔히 사전 처리라고 부른다. 마이크로어레이의 사전 처리는 불량 영상의 제거(filtering), 결측치의 대치와 표준화로 세분되어질 수 있다. 표준화 방법과 결측치 대치 방법 각각에 대하여서는 많은 연구가 보고되었으나, 사전 처리를 구성하는 원소들간의 적정한 순서에 대하여서는 연구가 미흡하다. 표준화 방법과 결측치 대치 방법 중 어느 것이 먼저 실시되어야 하는지에 대하여서 아직 알려진 바가 없다. 본 연구는 사전 처리 순서에 대한 탐색적 시도로서 대장암과 위암을 대상으로 실시한 두 조의 cDNA 마이크로어레이 실험 자료를 이용하여 사전 처리를 구성하는 원소들간의 다양한 순서에 따라 검색된 특이 발현 유전자 군이 어떻게 변화하는지를 분석하고 있다. 즉, 결측치대치와 표준화의 여러가지 방법들의 조합에 따라 검색된 특이 발현 유전자 군이 얼마나 일치적인가를 확인하고자 한다. 결측치 대치 방법으로는 K 최근접 이웃 방법과 베이지안 주성분 분석을 고려하였고, 표준화 방법으로는 전체 표준화, 블럭별 국소(within-print tip group) 평활 표준화 그리고 분산 안정화를 유도하는 표준화 방법을 적용하였다. 따라서 사전 처리를 구성하는 두개 원소가 각각 2개 수준과 3개 수준을 가지고 있고, 두개 원소의 순열에 따른 모든 가능한 사전 처리 개수 수는 12개가 된다. 본 연구에서는 12개 사전 처리 방법 각각에 따라 정상 조직과 암 조직간 특이적으로 발현하는 유전자 군을 검색하였고, 사전 처리 순서를 바꾸었을때 유전자 군이 얼마나 일치적으로 유지되는지를 파악하고 있다. 표준화 방법으로 분산 안정화 표준화를 사용할 경우는 사전 처리 순서에 따라 특이 발현 유전자 군이 다소 민감하게 변하는 것을 보이고 있다.