• Journal of Plant Biotechnology
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• 제43권1호
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• pp.12-20
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• 2016

DNA 염기서열 분석기술의 진보는 많은 근본적인 생명현상을 이해하는데 기여해왔다. 유례없는 저비용에 염기서열을 대량으로 분석을 할 수 있게 되어 단일 규모의 실험실에서도 관심이 있는 종의 신규유전체를 해독할 수 있다. 게다가 유전집단의 전체 염기서열을 편향되지 않은 채 분석하여 무수한 분자마커를 발굴할 수 있게 됨에 따라 집단유전학 연구도 두드러지게 가속화되어 왔다. 그러나 식물의 유전체가 이형접합성, 반복염기서열, 배수성과 같은 복잡한 특성이 있다는 것을 고려해 볼 때 기술이 매우 빠르게 진화함에 따라 적절한 개체 혹은 집단을 확보하는 것이 식물 연구에서 주요한 문제가 되었다. 이러한 난제는 오래되었지만 매우 효율적인 기술인 반수체 육성을 통하여 극복될 수 있을 것이다. 정상적인 개체가 갖는 염색체의 절반을 보유하는 반수체 식물은 주로 자방이나 화분과 같은 배우체 세포를 배양함으로써 빠르게 구축될 수 있다. 뒤이은 반수체 식물의 염색체 배수화는 완벽한 동형접합성을 보이는 안정된 배가반수체를 만든다. 본 논문에서는 반수체 식물을 육성하고 판별하기 위한 고전적인 방법론을 요약할 것이다. 게다가 동원체의 히스톤을 후성적으로 조절함으로써 반수체를 유도하는 방법을 설명할 것이다. 마지막으로, 유전체 시대에 반수체 식물의 활용 방안을 유전체 해독과 집단 유전학의 측면에서 논의할 것이다.

• 생명과학회지
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• 제22권8호
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• pp.999-1008
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• 2012

자기 현가적(self-sustaining) 조절 장치인 생체시계는 24시간 주기의 생체리듬을 조절하며 또한 생물체로 하여금 매일 변화하는 자연환경의 외부 신호를 인지할 수 있도록 해준다. 생체시계 유전자의 발현 조절은 전사/해독의 역환류 기작을 통해 이루어진다. 애기장대 LATE ELONGATED HYPOCOTYL (LHY)와 CIRCADIAN CLOCK-ASSOCIATED 1 (CCA1)는 아침에 최고조로 발현되며 해독된 LHY and CCA1는 저녁에 최고로 발현되는 TIMING OF CAB EXPRESSION1 (TOC1)의 발현을 억제한다. TOC1단백질은 LHY와 CCA1 발현을 촉진시킴으로써 생체시계의 핵심 진자(oscillator)를 형성한다. 동물에서 생체시계의 주요 전사 인자인CLOCK은 아세틸화효소 활성 기능을 가지며, 이는 생체시계의 기능 유지에 아세틸화의 중요함을 의미한다. 하지만 애기장대 생체시계에 아세틸화를 담당하는 인자에 대한 정보는 현재 보고된 바가 없다. 본 연구에서 DET1 (De-Etiolated1)는 암조건하에서 애기장대 생체시계 관련 핵심인자 중 하나인 LHY발현을 억제하는데 필요하며 이의 억제는 H3Ac 조절을 통해 이루어짐을 증명하였다. 하지만 LHY 아세틸화를 담당하는 효소의 발굴 및 이들 효소와 DET1과의 연결을 찾는 문제는 여전히 미재로 남아있다.

• 생명과학회지
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• 제26권1호
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• pp.140-145
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• 2016

다세포 생물의 유전자들은 발생 및 분화 그리고 조직 특이적으로 전사되며, 이러한 유전자 전사는 게놈 상에서 멀리 떨어져 존재하는 인핸서(enhancer) 부위에 의해 조절된다. 최근의 연구들은 활성화된 인핸서에서 RNA Polymerase II (Pol II)에 의해 noncoding RNA가 전사된다고 보고하고 있으며, 이들은 인핸서 RNA (eRNA)라 불리고 있다. eRNA는 인핸서 중심으로부터 양방향으로 합성되며, 5’ capping은 일어나지만, splicing이나 3’ tailing은 되지 않는다. eRNA의 전사는 전사 활성자의 결합에 의해 일어나며, 표적 유전자의 전사 수준과 비례하게 일어난다. 인위적으로 eRNA의 전사를 억제하거나 합성된 eRNA를 제거하면 표적 유전자의 전사는 억제된다. eRNA의 전사 과정은 인핸서 부분의 활성 히스톤 변형을 유도하며, 합성된 eRNA는 인핸서와 프로모터 사이의 크로마틴 고리 구조 형성을 매개한다. 또한 표적 유전자의 프로모터에 RNA Pol II를 모집하고 이들의 신장을 촉진하는 것도 eRNA의 역할로 보인다. 본 총설은 인핸서 유래 eRNA의 특징에 대해 살펴보고, eRNA의 합성 기작 및 표적 유전자의 전사 조절을 위한 eRNA의 역할을 정리해보고자 한다.

• 생명과학회지
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• 제23권1호
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• pp.31-37
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• 2013

본 연구는 줄날도래(Hydropsyche kozhantschikovi) 에탄올 추출물이 산화적 스트레스에 미치는 영향을 알아보기 위해 활성산소에 의한 세포와 DNA의 손상 억제력을 조사하였다. 줄날도래 에탄올 추출물의 DPPH 유리 라디칼과 수산화 라디칼 제거능은 대조군에 비해 각각 60.4%, 60.0%로 나타났으며, $Fe^{2+}$-chelating 효과는 37.5%로 조사되었다. 줄날도래 추출물이 활성산소에 의해 유도되는 세포손상에 미치는 억제 효과를 조사하기 위해 지질과산화의 상대적 수준과 p21 단백질의 발현율을 해보면 줄날도래 추출물은 라디칼 처리군에 비해 지질과산화를 거의 완벽하게 억제하고 있으며, p21 단백질의 발현은 대조군의 92.2%로 회복되는 것으로 조사되었다. 또한 줄날도래 추출물의 DNA 분절화 억제 활성은 대조군에 비해 74.1%로 나타나 산화적 스트레스에 의해 유발되는 DNA 분절화를 효율적으로 억제하고 있으며, H2AX 단백질의 인산화비는 라디칼 처리군의 16.7%에 해당하는 수준으로 조사되어 줄날도래 추출물은 히스톤 단백질의 인산화를 83.3% 억제하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과로 보아 줄날도래 추출물은 활성산소에 대한 항산화 효과 뿐만 아니라 세포와 DNA의 손상을 억제하는데 효과적인 것으로 사료된다.

• 생명과학회지
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• 제26권8호
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• pp.983-989
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• 2016

체내를 구성하는 모든 세포는 시간이 흐름에 따라 그들의 주위환경에 좌우되어 분화, 괴사, 세포자살, 세포노화와 같은 운명을 경험한다. 이러한 세포과정에서 발생하는 실수가 암, 염증, 노화 및 질병과 같은 표현형에서의 여러가지 이상을 발생시킨다. 천연물로부터 유래한 항 노화 화합물을 탐색하기 위해서는 새로운 전략과 접근방식이 요구된다. 그러므로, 여기서는 핵심적인 역할을 하는 타켓 단백질에 대하여 설명한다. 먼저 기질금속단백질분해효소(MMPs)는 노화마커로 암전이, 만성염증 및 피부노화에 관여한다. 특히 히스톤 탈아세틸화효소(HDACs)는 모델동물의 수명을 연장시키려고 노력하는 노화연구원들에게 큰 관심의 대상이다. 뿐만 아니라, 여기서 p53, IGF-1 및 SIRT1이 중요한 역할을 하는 세포노화와 관련된 신호경로에 대하여 기술한다. 더욱이, 자가포식과정이 노화와 관련한 신호경로에도 관여하고 있다. 세포노화의 신호경로를 조절할 수 있는 여러가지 새로운 화합물도 본 총설논문에서 소개된다. 여기서 우리는 노화기전에 대한 분자기반 및 노화마커 개발에 대한 새로운 통찰력을 제공하려고 한다. 뿐만 아니라 소개되는 화합물은 노화와 관련 있는 질병의 예방 및 치료를 위하여 의학적으로 응용이 가능하다.

• 생명과학회지
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• 제31권4호
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• pp.410-417
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• 2021

NGS (Next-generation sequencing), 즉 차세대염기서열분석은 유전체 수준의 방대한 DNA를 작은 절편으로 만들어서 그 절편들의 염기서열들을 동시에 읽어내는 기법이다. 현재 다양한 생명체의 유전체 염기서열 분석부터 cDNA (complementary DNA)나 ChIPed DNA (chromatin immunoprecipitated DNA)를 분석하는데 이 NGS 기법을 사용하고 있으며, 이 때 얻어진 데이터를 적절히 처리하고 분석하는 일은 생물학적으로 유의미한 결과를 얻기 위하여 중요하다. 하지만 대용량 데이터의 저장 및 활용, 그리고 컴퓨터 프로그래밍 바탕의 데이터 분석은 실험을 수행하는 일반 생물학자들에게 어려운 일이다. Galaxy 플랫폼은 다양한 NGS 데이터 분석 tool을 무료로 제공하는 웹 서비스이며, 생물정보학이나 프로그래밍에 대한 전문지식이 없는 연구자들에게 웹 브라우저만을 이용하여 데이터를 분석할 수 있는 환경을 제공한다. 본 논문에서는 ChIP-seq (chromatin immunoprecipitation-sequencing) 수행을 위한 라이브러리 제작 과정 및 Galaxy 플랫폼을 이용한 ChIP-seq 데이터 분석 과정을 설명하고, K562 세포주에서 수행한 히스톤 H3K4me1 ChIP-seq 결과가 public 데이터와 일치함을 보여준다. 따라서 Galaxy 플랫폼을 활용한 NGS 데이터 분석은 생물정보학에 대한 손쉬운 접근 방법을 제공할 것으로 기대된다.

• 생명과학회지
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• 제28권12호
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• pp.1397-1405
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• 2018

미토콘드리아는 세포안에서 에너지 공급, 칼슘 이온 저장, 활성산소 생성, 세포 자살과 같은 다양한 기능을 수행한다. 이러한 기능을 통해, 미토콘드리아는 줄기세포의 유지, 증식, 그리고 분화에 관여한다. 뇌에서 뇌실 하 영역(subventricular zone, SVZ)에는 일평생 새로운 신경세포를 생성하는 신경줄기세포(neural stem cell, NSC)가 존재한다. 하지만, SVZ NSCs에서 미토콘드리아의 역할에 대한 연구는 많이 알려져 있지 않다. 이번 연구에서 우리는 미토콘드리아의 complex I 저해제인 rotenone이 SVZ NSCs의 증식과 분화를 다른 방식으로 방해한다는 것을 보여주었다. 증식 중인 신경줄기세포에서, rotenone은 세포분열을 감소시켰는데, 이때 세포분열은 히스톤 H3에 인산기가 붙어있는 지를 측정하여 확인하였다. Rotenone을 50 nM 농도로 증식 중인 신경줄기세포에 처리했을 때, 세포사멸은 발생하지 않았다. 한편, 분화 중인 신경줄기세포에 rotenone을 처리한 경우, 신경세포와 희소 돌기아교 세포(oligodendrocyte)으로의 분화가 억제되었고, glial fibrillary acidic protein (GFAP)를 발현하는 성상세포(astrocyte)에는 영향이 없었다. 흥미롭게도, 4-6일 동안의 분화 과정 동안 rotenone이 처리된 신경줄기세포에서 대조군 보다 더 많은 세포 수가 관찰 되었는데, 이는 증식 과정 중의 rotenone의 효과와 다른 것이다. 이에, 우리는 rotenone이 세포 자살은 감소시켰으나, 세포 분열에는 영향을 끼치지 않았음을 관찰하였다. 세포 자살의 경우는 cleaved caspase-3를 측정함으로써 확인하였다. 이러한 결과들은 SVZ 신경줄기세포의 증식과 분화 모두에 제대로 작동하는 미토콘드리아가 있어야 함을 제안하고 있다. 게다가, 이러한 과정에서 미토콘드리아는 세포 분열과 세포자살에 관여할 수도 있을 것이다.

• 대한화장품학회지
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• 제47권2호
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• pp.107-121
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• 2021

백색증이나 백반증에서 관찰되는 피부 저색소침착은 유전적 요인, 후성유전적 요인 및 기타 요인에 의해 멜라닌 합성이 감소할 때 발생한다. 세포에서 멜라닌 합성을 촉진 할 수 있는 약물 후보를 확인하기 위해 141개의 세포 투과성 저분자 약물로 구성된 후성유전적 조절제 라이브러리를 스크리닝했다. B16/F10 쥐 흑색종 세포를 0.1 𝜇M에서 각 약물로 처리하고 멜라닌 합성 및 세포 생존력을 모니터링했다. 그 결과, (-)-네플라노신 A, 3-디아자네플라노신 A (DZNep) 및 DZNep 염산염이 세포 독성을 일으키지 않고 멜라닌 합성을 증가시키는 것으로 나타났다. 이 세 가지 구조적으로 관련된 약물은 세포 멜라닌 합성 및 세포 생존력에 유사한 용량 의존적 효과를 나타내었기 때문에 DZNep을 추가 실험을 위한 대표 약물로 선택하였다. DZNep는 세포내 멜라닌 함량과 티로시나제(TYR) 활성을 증가 시켰다. DZNep은 또한 mRNA와 단백질 수준에서 TYR, 티로시나제 관련 단백질 1 (TYRP1) 및 도파크롬 토토머라제 (DCT)의 발현을 유도했다. DZNep는 또한 멜라닌 합성의 주요 조절자인 소안구증 관련 전사 인자(MITF)의 mRNA와 단백질 발현을 유도했다. DZNep은 S-아데노실 호모시스테인 가수분해효소의 선택적 억제제이며 히스톤 메틸화효소를 저해하는 S-아데노실 호모시스테인의 세포내 축적을 유발하였다. 이 연구는 특정 세포 상황에서 S-아데노실 호모시스테인 가수분해효소를 표적함으로써 멜라닌 생성이 조절될 수 있음을 시사한다.

• 생명과학회지
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• 제19권9호
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• pp.1314-1320
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• 2009

히스톤 디아세틸라이제 저해제(HDACI)는 최근에 새로운 미래형 항암제로 주목을 받고 있으며 다른 항암요법 및 치료제와의 병용치료에도 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. HDACI은 다양한 조직기원의 암세포에서 증식억제 및 세포사멸 유도능이 시험되어 왔으나 비소세포폐암 세포에서 그 작용 및 기전이 명확히 조사된 바가 없다. 본 연구는 HDACI 중의 하나인 sodium butyrate (SB)를 비소세포폐암 세포주인 H460에 처리하여 세포생존율, 세포주기 분석, 세포사멸도를 평가하고, 이와 관련하여 세포사멸 관련 단백질, p53, ERK의 변화를 조사하고자 하였다. 3가지 다른 농도(2.5, 7.5, 20 mM)의 SB에 H460 세포가 48시간 노출되었을 때, 세포 생존율은 농도의존적으로 감소되었으나 7.5 mM 이상의 농도에서 대조군에 비해 유의한 생존을 감소를 보였고, 20 mM에서 생존을 50% 전후를 나타냈다. SB노출은 H460 세포의 사멸을 유발하였는데, 세포사의 유형은 아포토시스와 괴사가 동시에 발생함이 Annexin-V 분석으로 확인되었다. H460 세포에서 SB에 의해 유발되는 뚜렷한 세포주기의 변화양상은 G2/M기정지였으며, 이러한 세포주기의 지연현상으로 세포사멸이 초래되는 것으로 생각된다. SB처리는 아포토시스 발생관련 효소인 caspase-3과 caspase-7의 활성화를 유발하였으며, 이에 의한 PARP 단백 질의 분절화도 관찰되었다. 동시에, 항세포사별 단백질인 XIAP의 단백질 함량은 감소함을 보였다. SB 노출에 의한 세포주기의 G2/M기의 정지현상과 관련하여는 p53 단백질의 증가가 주목할 만한 하였다. SB의 H460세포에의 처리는 일반 ERK단백질의 함량 변화를 유도하지 않았으나, 인산화형의 ERK는 SB처리농도에 의존적으로 그 단백질 함량이 감소하였다. 이는 ERK가 비소세포폐암 세포인 H460에서 세포생존 및 유지와 관련된 단백질의 인산화에 계속적으로 관여하고 있다는 사실을 암시한다. 즉, SB의 처리는 ERK의 인산화를 유의하게 억제하는 기전과 관련이 있을 가능성이 높다고 추측된다. 향후 SB의 노출에 의한 PERK 감소 기전에 대한 연구가 추가적으로 진행되면 SB의 더욱 효율적인 암세포 사멸 유도 전략수립에 도움을 줄 수 있을 것이라 예상된다.

• 생명과학회지
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• 제25권11호
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• pp.1214-1222
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• 2015

본 연구는 난소 제거 수술을 시행하여 폐경기를 유도시킨 뒤 고지방 식이를 섭취한 쥐에게서 나타난 신체 변화에 있어 운동과 갈근/지황 섭취에 의한 개선 효과를 관찰하고, 그러한 효과가 골격근에서의 후성 유전적 발현 변화에 의한 것임을 규명하고자 하였다. 8주령의 쥐(rat, n=60)의 난소를 제거한 뒤 고지방 식이를 유도하면서 트레드밀 운동(exercise)을 실시하는 그룹과 비운동(sedentary) 그룹으로 나누었다. 두 그룹을 각각 estradiol, 갈근과 지황의 3:1 복합물(HT051), 그리고 물 섭취 군으로 다시 나누어 총 8주간 경구 투여를 함께 실시하였다. 그 결과 운동 그룹과 갈근/지황 섭취 그룹에서 체중이 유의하게 감소하였고, 가자미근과 족저근의 근질량 또한 운동 그룹과 갈근/지황 섭취 그룹에서 유의하게 증가하였다. 한편, 가자미근에서 물을 섭취하며 운동하지 않은 그룹의 H3K9 아세틸화가 억제 되었고 H3K9의 메틸화에는 변화가 없었다. 족저근의 경우 운동 그룹에서 H3K9 아세틸화가 현저하게 눈에 띄었고, 반대로 메틸화는 줄어든 것이 관찰되었다. 나아가 H3K9의 아세틸화와 메틸화를 조절하는 대표적인 효소 중 HDAC4, HDAC5, G9a 유전자의 mRNA 발현양을 정량한 결과, 가자미근에서는 모두 유의한 차이가 없었고 족저근에서 운동 한 그룹의 HDAC5와 G9a 유전자의 mRNA 발현양이 유의하게 감소하였지만 HDAC4의 mRNA는 차이가 없었다. 또한 운동과 갈근/지황의 상호작용 효과는 나타나지 않았다. 본 연구를 통하여 운동과 갈근/지황 섭취가 체중 감소, 근질량 증가에 영향을 미치고, 이러한 현상은 히스톤 H3K9 부분의 아세틸화와 메틸화에 의한 유전자 발현 조절이 그 기전으로 작용한다는 것을 알 수 있었다.