After the initial enthusiasm of the human genome project, it became clear that without additional data pertaining to the epigenome, i.e., how the genome is marked at specific developmental periods, in different tissues, as well as across individuals and species-the promise of the genome sequencing project in understanding biology cannot be fulfilled. This realization prompted several large-scale efforts to map the epigenome, most notably the Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) project. While there is essentially a single genome in an individual, there are hundreds of epigenomes, corresponding to various types of epigenomic marks at different developmental times and in multiple tissue types. Unprecedented advances in next-generation sequencing (NGS) technologies, by virtue of low cost and high speeds that continue to improve at a rate beyond what is anticipated by Moore's law for computer hardware technologies, have revolutionized molecular biology and genetics research, and have in turn prompted innovative ways to reduce the problem of measuring cellular events involving DNA or RNA into a sequencing problem. In this article, we provide a brief overview of the epigenome, the various types of epigenomic data afforded by NGS, and some of the novel discoveries yielded by the epigenomics projects. We also provide ample references for the reader to get in-depth information on these topics.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.415.1-415.1
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2014
Carrying out first-principles calculations, we study N-doped capped carbon nanotube (CNT) electrodes applied to DNA sequencing. While we obtain for the face-on nucleobase junction configurations a conventional conductance ordering where the largest signal results from guanine according to its high highest occupied molecular orbital (HOMO) level, we extract for the edge-on counterparts a distinct conductance ordering where the low-HOMO thymine provides the largest signal. The edge-on mode is shown to operate based on a novel molecular sensing mechanism that reflects the chemical connectivity between N-doped CNT caps that can act both as electron donors and electron acceptors and DNA functional groups that include the hyperconjugated thymine methyl group[1].
In this Paper we consider the problem of sequence alignment with quality scores. DNA sequences produced by a base-calling program (as part of sequencing) have quality scores which represent the confidence level for individual bases. However, previous sequence alignment algorithms do not consider such quality scores. To solve sequence alignment with quality scores, we propose a measure of an alignment of two sequences with orality scores. We show that an optimal alignment in this measure can be found by dynamic programming.
We investigated feasibility of using the formalin-fixed and paraffin-embedded tissue to study mitochondrial mutations in the case that fresh or frozen tissue, or blood samples are not available. Four paraffin blocks of muscle biopsies in Korean MELAS (mitochondrial myopathy, encephalopathy, lactic acidosis and stroke-like episodes) patients were chosen. Total DNA was extracted from these blocks for PCR/RFLP analysis, and sequencing was performed to study the most common mutation, A to G transition at nucleotide position 3243 underlying MELAS in the mitochondrial tRN $A^{Leu(UUR)}$ gene. We could identify the A to G mutation at nt.3243 in three MELAS patients. Our results show that the mitochondrial genome of our paraffin blocks is presumably in good condition. Our results are in accordance with the previous findings by other investigators that PCR allows molecular genetic analysis of paraffin-embedded tissues stored in most histopathology laboratories.s.
Hong, Jong Ha;Oh, Chang Seok;Kim, Sun;Kang, In Uk;Shin, Dong Hoon
Animal Bioscience
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v.35
no.8
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pp.1141-1150
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2022
Objective: To understand the domestication and spread of horses in history, genetic information is essential. However, mitogenetic traits of ancient or medieval horses have yet to be comprehensively revealed, especially for East Asia. This study thus set out to reveal the maternal lineage of skeletal horse remains retrieved from a 15th century archaeological site (Gongpyeongdong) at Old Seoul City in South Korea. Methods: We extracted DNA from the femur of Equus caballus (SNU-A001) from Joseon period Gongpyeongdong site. Mitochondrial (mt) DNA (HRS 15128-16116) of E. caballus was amplified by polymerase chain reaction. Cloning and sequencing were conducted for the mtDNA amplicons. The sequencing results were analyzed by NCBI/BLAST and phylogenetic tool of MEGA7 software. Results: By means of mtDNA cytochrome b and D-loop analysis, we found that the 15th century Korean horse belonged to haplogroup Q representing those horses that have historically been raised widely in East Asia. Conclusion: The horse is unique among domesticated animals for the remarkable impact it has on human civilization in terms of transportation and trade. Utilizing the Joseon-period horse remains, we can obtain clues to reveal the genetic traits of Korean horse that existed before the introduction of Western horses.
To understand the molecular mechanisms that regulate intramuscular fat deposition and its release, cDNA clones expressed in adipose tissues of Korean cattle were identified by differential screening from adipose tissue cDNA library. By partial nucleotide sequencing of 486 clones and a search for sequence similarity in NCBI nucleotide databases, 245 clones revealed unique clones. By a functional grouping of the clones, 14% of the clones were categorized to metabolism and enzyme-related group (stearoyl CoA desaturase, lactate dehydrogenase, fatty acid synthase, ATP citrate lyase, lipoprotein lipase, acetyl CoA synthetase, etc), and 6% to signal transduction/cell cycle-related group (C/EBP, cAMP-regulated phosphoprotein, calmodulin, cyclin G1, cyclin H, etc), and 4% to cytoskeleton and extracellular matrix components (vimentin, ankyrin 2, gelosin, syntenin, talin, prefoldin 5). The obtained 245 clones will be useful to study lipid metabolism and signal transduction pathway in adipose tissues and to study obesity in human. Some clones were subjected to full-sequencing containing open reading frame. The cDNA clone of bovine homolog of human prefoldin 5 gene had a total length of 959 nucleotides coding for 139 amino acids. Comparison of the deduced amino acid sequences of bovine prefoldin 5 with those of human and mouse showed over 95% identity. The cDNA clone of bovine homolog of human ubiquitin-like/S30 ribosomal fusion protein gene had a total length of 484 nucleotides coding for 133 amino acids. Comparison of the deduced amino acid sequences of bovine ubiquitin-like/S30 ribosomal fusion protein gene with those of human, rat and mouse showed over 97% identity. The cDNA clone of bovine homolog of human proteolipid protein 2 mRNA had a total length of 928 nucleotides coding for 152 amino acids. Comparison of the deduced amino acid sequences of bovine proteolipid protein 2 with those of human and mouse showed 87.5% similarity. The cDNA clone of bovine homolog of rat thymosin beta 4 had a total length of 602 nucleotides coding for 44 amino acids. Comparison of the deduced amino acid sequences of bovine thymosin beta 4 gene with those of human, mouse and rat showed 93.1% similarity. The cDNA clone of bovine homolog of human myotrophin mRNA had a total length of 790 nucleotides coding for 118 amino acids. Comparison of the deduced amino acid sequences of bovine myotrophin gene with those of human, mouse and rat showed 83.9% similarity. The functional role of these clones in adipose tissues needs to be established.
Interdigitating dendritic cell sarcoma (IDCS) is an aggressive neoplasm and is an extremely rare disease, with a challenging diagnosis. Etiology of IDCS is also unknown and most studies with only case reports. In our case, immunohistochemistry showed that the tumor cells were positive for S100, CD45, and CD68, but negative for CD1a and CD21. This study aimed to investigate the causative factors of IDCS by sequencing the protein-coding regions of IDCS. We performed whole-exome sequencing with genomic DNA from blood and sarcoma tissue of the IDCS patient using the Illumina Hiseq 2500 platform. After that, we conducted Sanger sequencing for validation of sarcoma-specific variants and gene ontology analysis using DAVID bioinformatics resources. Through comparing sequencing data of sarcoma with normal blood, we obtained 15 nonsynonymous single nucleotide polymorphisms (SNPs) as sarcoma-specific variants. Although the 15 SNPs were not validated by Sanger sequencing due to tumor heterogeneity and low sensitivity of Sanger sequencing, we examined the function of the genes in which each SNP is located. Based on previous studies and gene ontology database, we found that POLQ encoding DNA polymerase theta enzyme and FNIP1 encoding tumor suppressor folliculin-interacting protein might have contributed to the IDCS. Our study provides potential causative genetic factors of IDCS and plays a role in advancing the understanding of IDCS pathogenesis.
Kim, Min-Jeong;Kwon, Chang Hyuk;Kim, Dong-In;Im, Hee Su;Park, Sungil;Kim, Ji Ho;Bae, Jin-Sik;Lee, Myunghee;Lee, Min Seob
Journal of Genetic Medicine
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v.12
no.2
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pp.79-84
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2015
Purpose: We developed and validated a fetal trisomy detection method for use as a noninvasive prenatal test (NIPT) including a Clinical Laboratory Improvement Amendments (CLIA)-certified bioinformatics pipeline on a cloud-based computing system using both Illumina and Life Technology sequencing platforms for 221 Korean clinical samples. We determined the necessary proportions of the fetal fraction in the cell-free DNA (cfDNA) sample for NIPT of trisomies 13, 18, and 21 through a limit of quantification (LOQ) test. Materials and Methods: Next-generation sequencing libraries from 221 clinical samples and three positive controls were generated using Illumina and Life Technology chemistries. Sequencing results were uploaded to a cloud and mapped on the human reference genome (GRCh37/hg19) using bioinformatics tools. Based on Z-scores calculated by normalization of the mapped read counts, final aneuploidy reports were automatically generated for fetal aneuploidy determination. Results: We identified in total 29 aneuploid samples, and additional analytical methods performed to confirm the results showed that one of these was a false-positive. The LOQ test showed that the proportion of fetal fraction in the cfDNA sample would affect the interpretation of the aneuploidy results. Conclusion: Noninvasive chromosome examination (NICE), a CLIA-certified NIPT with a cloud-based bioinformatics platform, showed unambiguous success in fetus aneuploidy detection.
Lee, Sang-Hoon;Bidle, Kay;Falkowski, Paul;Marchant, David
Ocean and Polar Research
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v.27
no.2
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pp.205-214
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2005
From ancient Antarctic glacier ice, we extracted total genomic DNA that was suitable for prokaryotic 16S rDNA gene cloning and sequencing, and bacterial artificial chromosome (BAC) library and end-sequencing. The ice samples were from the Dry Valley region. Age dating by $^{40}Ar/^{39}Ar$ analysis on the volcanic ashes deposited in situ indicated the ice samples are minimum 100,000-300,000 yr (sample DLE) and 8 million years (sample EME) old. Further assay proved the ice survived freeze-thaw cycles or other re-working processes. EME, which was from a small lobe of the basal Taylor glacier, is the oldest known ice on Earth. Microorganisms, preserved frozen in glacier ice and isolated from the rest of the world over a geological time scale, can provide valuable data or insight for the diversity, distribution, survival strategy, and evolutionary relationships to the extant relatives. From the 16S gene cloning study, we detected no PCR amplicons with Archaea-specific primers, however we found many phylotypes belonging to Bacteria divisions, such as Actinobacteria, Acidobacteria, Proteobacteria $({\alpha},\;{\beta},\;and\;{\gamma})$, Firmicutes, and Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroid$. BAC cloning and sequencing revealed protein codings highly identical to phenylacetic acid degradation protein paaA, chromosome segregation ATPases, or cold shock protein B of present day bacteria. Throughput sequencing of the BAC clones is underway. Viable and culturable cells were recovered from the DLE sample, and characterized by their 16S rDNA sequences. Further investigation on the survivorship and functional genes from the past should help unveil the evolution of life on Earth, or elsewhere, if any.
Traditional morphological identification difficulties, such as phenotypic plasticity, misidentification of cryptic species, and larval stage species, can be compensated for by using DNA analysis techniques, such as DNA barcoding, in surveying zooplankton populations, including species identification. Recently, the rapid development of DNA sequencing techniques has allowed DNA-based community analysis not only for zooplankton assemblages in various aquatic ecosystems but also for the gut contents of zooplankton that are limited by conventional methods such as visual and microscopic identification. Therefore, the application of DNA sequencing can help understand biological interactions through the analysis of zooplankton food sources. The present paper introduces the major DNA-based approaches in zooplankton research topics, including taxonomic approaches by DNA barcoding, community-level approaches by metabarcoding, and gut content analyses, summarizes the analysis methods, and finally suggests the methodological topics that need to be considered for future applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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