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기능유전체학 #
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Category
Biology

기능 유전체학 #

유전체에 존재하는 많은 유전자와 단백질에 대한 대규모 기능연구 및 상호작용에 대한 연구를 기능 유전체학(functional genomics)라고 부릅니다.

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전사체학 #

세포속에서 만들어지는 모든 mRNA를 transcriptome(전사체)이라고 하며 이를 연구하는 학문을 transcriptomics(전사체학)라고 합니다.

기존의 Northern blotting,RT-RCR방법은 매우 제한된 숫자의 유전자만을 연구할 수 있었습니다.

*DNA chip

  • cDNA(copy or complimentary DNA) chip : 최소 500개 이상의 염기를 갖는 유전자 DNA로 만들어진 chip

  • Oligonucleotide DNA chip 약 15~25개 정도의 염기를 갖는 짧은 DNA로 만들어진 chip 우선 DNA칩을 만들고, 글라스에 유전자를 암호하는 cDNA or 올리고 DNA를 질서정연하게 배열(probe)

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1 번 그림: cDNA절편들을 하나하나 글라스에 붙이고 있음

2 번 그림: 정상세포와 암세포로부터 각각 mRNA를 추출, 대조군에서 분리된 cDNA는 Cys5(붉은형광)로 표지하고 처리군은 cDNA는 Cy3(초록색 형광)로 표지하여 DNA chip에 결합한다.

3 번 그림: 컴퓨터로 분석

DNA 마이크로어레이는 다양한 조건하에서 대량의 유전자 발현을 동시에 모니터링할 수 있어 세포 속에서 일어나는 다양한 유전자 발현의 경로를 이해하는데 매우 효과적인 연구 방법입니다. 또한 두그룹 간의 상대적인 유전자 발현의 정도를 비교하거나 여러 종류의 시료에 대해 유전자 발현의 정도를 비교하고 유전자 발현 정도를 그룹핑함으로써 상대적인 유사성을 비교하기도 합니다.

예) 다양한 종류의 암 세포주를 DNA 마이크로어레이 방법을 이용하여 대량의 유전자에 대한 유전자 발현을 조사하여 개별 세포들간의 유전자 발현 패턴의 유사성을 비교합니다.

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Microarray 실험을 통해 논문을 발표하는 경우에는 연구에 사용된 expression data를 유전자 발현 데이터베이스(public gene expression database)에 기탁하도록 되어 있습니다.

  • 대표적인 유전자 발현 데이터베이스
    GEO ( Gene Expression Omnibus)
    ArrayExpress

*RNA-seq분석법 DNA microarray는 유전자 발현정도, 즉 정량적 측정만을 조사할 수 있는 반면, RNA-seq은 보다 많은 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. NGS를 이용한 유전자 발현연구는 발현된 유전자의 유전변이형 정보, 유전자 발현량 측정, 발현된 유전자의 대립유전자형에 대한 상대적 발현 차이 분석, alternative splicing변이형 규명, fusion genes을 포함한 새로운 전사체 (novel transcript)발굴 등이 가능합니다. 또한 특정 전사인자 또는 메틸화된 부위를 전체 유전체에 결합하는 영역을 찾아내는데도 차세대 염기서열 분석 방법(Chip-seq or Methyl-seq)이 활용되어 유전자의 다양한 조절기전을 이해하는데 크게 기여하고 있습니다.

단백질체학 #

특정한 생물종에서 생물학적 정보를 전달할 수 있는 유전정보를 모두 갖고 있는 유전체로부터 만들어진 모든 단백질을 단백질체라고 합니다. 그리고 단백질체를 연구하는 분야를 단백질체학이라 하며, 단백질 탐색, 단백질 특성 규명, 단백질 발현 및 상호작용 등을 연구할 수 있습니다.

(1) 표준 분석 방법
특정한 세포나 조직에서 분리된 단백질을 2차원적으로 분석하는 2DE(2-dimensional gel electrophoresis)방법을 사용하여 분리하고 효소처리하여 단백질 조각을 질량분석기(mass spectrometry)를 이용하여 단백질의 종류를 규명하였습니다.

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결과적으로 peptide mass fingerprint데이터를 얻을 수 있고 이렇게 얻어진 peptide의 질량 데이터는 생물정보학 방법으로 database에 올려진 것과 비교하여 일치하는 단백질을 찾아냅니다.

(2) 펩타이드 분리와 질량분석기를 이용한 단백질 식별

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X축: 상대적 intensity(%), Y축:ㅣmass to charge ratio

2D gel electrophoresis를 이용한 단백질 분리와 질량분석기를 이용한 펩타이드 조각의 질량정보를 이용한 단백질 식별 방법은 수백개의 단백질을 동시에 분석할 수 있는 방법이지만 제한된 수의 시료만을 처리할 수 있고, 주로 가장 많이 존재하는 단백질 중심으로 검색되어 기술적으로 분석하기 어렵습니다.

최근에 ICAT(isotope coded affinity tag)방법과 같이 2개의 다른 그룹에서 분리된 단백질을 각각 정상의 수고 원자 또는 수소의 동위원소로 라벨링하여 편차가 큰 단백질을 찾아내는 방법들도 개발되었습니다.

단백질 상호작용 분석 Phage display 방법과 yeast two hybrid 시스템이 있습니다. Phage의 코트 단백질에 다양한 단백질을 발현시켜 특정 단백질과 반응하게 하여, 식별을 할 수 있습니다.

참고문헌 #

이종극. 『질병 유전체 분석법 3』. 서울: 도서출판 월드사이언스, 2015.

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