• 생명과학회지
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• 제21권4호
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• pp.616-620
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• 2011

진핵세포의 크로마틴에서 히스톤 단백질 H3와 H4의 라이신 잔기는 공유결합에 의해 변형된다. 히스톤 H3에서 27번 라이신은 아세틸화되거나(H3K27ac) 세 가지 단계로 메틸화가 될 수 있으며(H3K27me1, H3K27me2, H3K27me3), 이러한 H3K27의 변형들은 각각 독특한 형태로 유전자 전사 및 크로마틴 구조와 관련된다. 일반적으로 H3K27ac과 H3K27me1은 좌위조절부위나 활발히 전사되는 유전자처럼 활성 크로마틴에서 나타나고, 이에 반해 전사가 일어나지 않은 유전자는 높은 수준의 H3K27me2과 H3K27me3이 관찰된다. 이러한 변형들은 각각 다른 종류의 변형효소에 의해 촉매된다. 최근 연구들은 유전자 전사 및 크로마틴 구조 형성에서 H3K27의 네 가지 변형들 사이에 상관 관계가 있음을 제시하고 있다.

• 대한의생명과학회지
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• 제28권2호
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• pp.109-119
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• 2022

Histone proteins can be modified by the addition of acetyl group or methyl group to specific amino acids. The modifications have different distribution patterns in chromatin. Recently, histone modifications are studied based on ChIP-seq data, which requires reasonable analysis of sequencing data depending on their distribution patterns. Here we have analyzed histone H3K27ac and H3K27me3 ChIP-seq data and it showed that the H3K27ac is enriched at narrow regions while H3K27me3 distributes broadly. To properly analyze the ChIP-seq data, we called peaks for H3K27ac and H3K27me3 using MACS2 (narrow option and broad option) and SICER methods, and compared propriety of the peaks using signal-to-background ratio. As results, H3K27ac-enriched regions were well identified by both methods while H3K27me3 peaks were properly identified by SICER, which indicates that peak calling method is more critical for histone modifications distributed broadly. When ChIP-seq data were compared in different sequencing depth (15, 30, 60, 120 M), high sequencing depth caused high false-positive rate in H3K27ac peak calling, but it reflected more properly the broad distribution pattern of H3K27me3. These results suggest that sequencing depth affects peak calling from ChIP-seq data and high sequencing depth is required for H3K27me3. Taken together, peak calling tool and sequencing depth should be chosen depending on the distribution pattern of histone modification in ChIP-seq analysis.

• Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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• 제31권6호
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• pp.791-797
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• 2018

Objective: Trimethylation of histone 3 (H3) at 4th lysine N-termini (H3K4me3) in gene promoter region was the universal marker of active genes specific to cell lineage. On the contrary, coexistence of trimethylation at 27th lysine (H3K27me3) in the same loci-the bivalent H3K4m3/H3K27me3 was known to suspend the gene transcription in germ cells, and could also be inherited to the developed stem cell. In galline species, throughout example of H3K4m3 and H3K27me3 ChIP-seq analysis was still not provided. We therefore designed and demonstrated such procedures using ChIP-seq and mRNA-seq data of chicken follicular mesenchymal cells and male germ cells. Methods: Analytical workflow was designed and provided in this study. ChIP-seq and RNA-seq datasets of follicular mesenchymal cells and male germ cells were acquired and properly preprocessed. Peak calling by Model-based analysis of ChIP-seq 2 was performed to identify H3K4m3 or H3K27me3 enriched regions ($Fold-change{\geq}2$, $FDR{\leq}0.01$) in gene promoter regions. Integrative genomics viewer was utilized for cellular retinoic acid binding protein 1 (CRABP1), growth differentiation factor 10 (GDF10), and gremlin 1 (GREM1) gene explorations. Results: The acquired results indicated that follicular mesenchymal cells and germ cells shared several unique gene promoter regions enriched with H3K4me3 (5,704 peaks) and also unique regions of bivalent H3K4m3/H3K27me3 shared between all cell types and germ cells (1,909 peaks). Subsequent observation of follicular mesenchyme-specific genes-CRABP1, GDF10, and GREM1 correctly revealed vigorous transcriptions of these genes in follicular mesenchymal cells. As expected, bivalent H3K4m3/H3K27me3 pattern was manifested in gene promoter regions of germ cells, and thus suspended their transcriptions. Conclusion: According the results, an example of chicken H3K4m3/H3K27me3 ChIP-seq data analysis was successfully demonstrated in this study. Hopefully, the provided methodology should hereby be useful for galline ChIP-seq data analysis in the future.

• Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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• 제13권7호
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• pp.3173-3178
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• 2012

The enhancer of zeste homolog 2 (EZH2) methyl transferase and histone 3 lysine 27 (H3K27me3) protein can repress gene transcription, and their aberrant expression has been observed in various human cancers. This study determined their expression levels in gastric cancer tissues with reference to clinicopathological features and patient survival. We collected 117 gastric cancer and corresponding normal tissues for immunohistochemistry analysis. In gastric cancers, 82/117 (70.1%) were positive for EZH2 and 66/117 (56.4%) for H3K27me3 proteins in contrast to only 5.41% and 7.25% of normal gastric mucosa specimens, respectively. Kaplan-Meier survival data showed the average overall and disease-free survival of EZH2 high expression patients was 25.2 and 20.2 months, respectively, shorter than that with EZH2 low expression (40.5 and 35.9 months). The average overall survival and disease-free survival of high H3K27me3 expression patients was 23.4 and 17.4 months, shorter than without H3K27me3 expression (37.6 and 34.5 months). The average overall survival and disease-free survival of patients with both EZH2 and H3K27me3 expression was 18.8 and 12.9 months, respectively, shorter than that with either alone (34.7 and 31.2 months) or with low levels of both (43.9 and 39.9 months). Multivariate Cox regression analysis showed that H3K27me3 and EZH2 expression, tumor size differentiation and clinical stage were all independent prognostic factors for predicting patient survival. This study demonstrated that detection of both EZH2 and H3K27me3 proteins can predict poor survival of gastric cancer patients, superior to single protein detection. In addition, H3K27me3 and EZH2 protein expression could predict lymph node metastasis.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제15권4호
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• pp.273-279
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• 2011

후성유전학적 조절은 DNA 서열상의 변화 없이도 유전자의 기능을 변화시킬 수 있는 현상을 뜻한다. 염색체의 후성유전학적 상태는 히스톤 변형, DNA 변형 그리고 RNAi에 의한 유전자 침묵 등에 의해 조절된다. 본 총설에서는 배아줄기세포에서의 후성 유전학적 조절에 영향을 주는 요인으로서 히스톤(histone)의 메틸화에 초점을 맞추었다. 배아줄기세포에서 발현되는 유전자의 조절에는 두 가지 단백질 복합체가 관여한다. Polycomb repressive complex 2(PRC2)는 EED, EZH2, SUZ1를 주요인자로 포함하며, H3K27의 trimethylation(H3K27me3)을 증가시킴으로써 유전자의 발현을 억제한다. 이와는 대조적으로 Trithorax group(TrxG) 복합체는 주요인자로 MLL family를 포함하며, H3K4의 trimethylation(H3K4me3) 시킴으로써 유전자의 발현을 활성화한다. PRC2 및 TrxG는 다양한 보조 단백질을 포함한다. 배아줄기세포에서 후성유전학적 조절의 두드러진 특징은 H3K27me3과 H3K4me3이 동시에 나타나는 이가 상태(bivalent state)이다. PRC2와 TrxG 복합체 그리고 H3K4나 K3K27의 메틸화에 특이적으로 작용하는 탈메틸효소(demethylase)가 한데 어우러져 배아줄기세포에서 만능성 관련 유전자와 발달 관련 유전자의 발현을 조절함으로써 줄기세포의 유지 및 분화에 기여한다. 따라서 후성유전학적 조절인자들에 대한 보다 자세한 연구는 배아줄기세포를 보다 잘 이해하고 활용하는데 도움을 줄 것이다.

• BMB Reports
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• 제53권5호
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• pp.266-271
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• 2020

Breast cancer encompasses a major portion of human cancers and must be carefully monitored for appropriate diagnoses and treatments. Among the many types of breast cancers, triple negative breast cancer (TNBC) has the worst prognosis and the least cases reported. To gain a better understanding and a more decisive precursor for TNBC, two major histone modifications, an activating modification H3K4me3 and a repressive modification H3K27me3, were analyzed using data from normal breast cell lines against TNBC cell lines. The combination of these two histone markers on the gene promoter regions showed a great correlation with gene expression. A list of signature genes was defined as active (highly enriched H3K4me3), including NOVA1, NAT8L, and MMP16, and repressive genes (highly enriched H3K27me3), IRX2 and ADRB2, according to the distribution of these histone modifications on the promoter regions. To further enhance the investigation, potential candidates were also compared with other types of breast cancer to identify signs specific to TNBC. RNA-seq data was implemented to confirm and verify gene regulation governed by the histone modifications. Combinations of the biomarkers based on H3K4me3 and H3K27me3 showed the diagnostic value AUC 93.28% with P-value of 1.16e-226. The results of this study suggest that histone modification analysis of opposing histone modifications may be valuable toward developing biomarkers and targets for TNBC.

• 생명과학회지
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• 제25권6호
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• pp.703-708
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• 2015

Hox 유전자는 호메오도메인을 포함한 전사인자로써, 발생 과정 중 전후축을 따라 몸의 형태 형성을 조절하는 역할을 한다. 레티노산(RA)은 발생 과정에서 필수적인 형태형성인자이며 세포의 특성을 결정하는데 중요한 조절자이다. 특히, RA는 생쥐나 인간으로부터 만들어진 배아암종(EC)세포에서 Hox 유전자의 발현을 조절한다고 밝혀져 있다. 또한 RA에 의한 세포 분화와 유전자 조절 과정에 히스톤 변이가 중요한 역할을 하는 것으로 보고되어 있다. 히스톤 변이가 RA에 의해 유도되는 Hox 유전자의 발현에 특이적인 역할을 할 것으로 유추되기 때문에, 이 연구의 목적은 F9 생쥐배아 기형암종세포에서 RA에 의해 유도되는 Hoxc 유전자의 순차적인 발현이 히스톤 변이에 의해 일어나는 것인지를 조사하는 것이다. Hox 유전자의 발현 양상과 히스톤 변이는 semi-quantitative RT-PCR, RNA-sequencing과 chromatin immuno-precipitation (ChIP)-PCR 기법을 이용하여 관찰하였다. RA 처리 후(0일(D0), 1일(D1), 3일(D3)), Hoxc4 유전자의 발현(D1)은 Hoxc5부터 –c10 유전자(D3)보다 먼저 시작되었다. Hox가 발현하지 않는 D0 샘플은 전사 억제 마커인 H3K27me3이 모든 Hoxc 좌위에 강하게 표지 되어 있었으나 D1과 D3 샘플에서는 모든 좌위의 H3K27me3 표지가 확연히 줄어들어 있었다. 전사 발현 마커인 H3K4me3가 Hoxc 유전자의 순차적인 발현과 더 연관성이 있는 것으로 보이는데 D1에서 Hoxc4 발현과 함께 H3K4me3이 표지 되어 있었고, D3에서는 Hoxc 유전자 발현과 함께 모든 좌위에서 H3K4me3 마커가 존재했기 때문이다. 모든 결과를 종합해 보았을 때 F9 세포에서 RA에 의해 유도된 Hoxc 유전자의 순차적인 발현은 Hoxc 좌위에서 H3K27me3가 사라지고, H3K4me3가 표지 되는 히스톤 메틸화의 변이에 의해 결정되는 것으로 사료된다.

• BMB Reports
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• 제55권3호
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• pp.111-112
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• 2022

We visualized the distribution of heterochromatin in a single nucleus using plasmonic nanoparticle-conjugated H3K9me3 and H3K27me3 antibodies. Due to distance-dependent plasmonic coupling effects between nanoprobes, their scattering spectra shift to longer wavelengths as the distance between heterochromatin histone markers reduced during oncogene-induced senescence (OIS). These observations were supported by simulating scattering profiles based on considerations of particle numbers, interparticle distances, and the spatial arrangements of plasmonic nanoprobes. Using this plasmon-based colourimetric imaging, we estimated changes in distances between H3K9me3 and H3K27me3 during the formation of senescence-associated heterochromatin foci in OIS cells. We anticipate that the devised analytical technique combined with high-spatial imaging and spectral simulation will eventually lead to a new means of diagnosing and monitoring disease progression and cellular senescence.

• 생명과학회지
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• 제30권8호
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• pp.713-721
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• 2020

Adipogenesis의 연구는 인간의 지방생물학의 기초적인 분자기전을 이해하고, 비만, 당뇨 및 대사성 증후군의 발병기전을 밝히는데 필요하다. Adipogenesis의 많은 연구가 adipocytes 특이적인 핵심 전사인자인 PPARγ와 C/EBPα를 중심으로 하는 유전자 발현조절 및 세포 내 신호전달에 초점이 맞추어 활발하게 연구가 진행되었다. 그러나, 에피지놈 변형효소나 히스톤 돌연변이에 의한 에피지놈 관점에서 adipogenesis 연구는 미흡한 실정이다. 포유동물에서 히스톤 methylation은 유전자 발현에 대한 주요 후성유전적(epigenome) 변형 중 하나이며, 특히 히스톤 H3 lysine methylation은 다양한 조직 및 기관 발생과정과 세포 분화에 매우 중요한 히스톤 변형이다. 세포 특이적 enhancer는 adipogenesis에서 active enhancer 표지자인 H3K27ac와 함께 H3K4me1로 변형된다. MLL4는 Pparg 및 Cebpa 유전자 ehancers에서 중요한 adipogenic H3K4 mono-methyltransferase이다. 따라서 MLL4는 adipogenesis에 중요한 에피지놈 변형효소라고 할 수 있다. 유전자 발현 억제를 유발하는 대표적인 히스톤 변형인 H3K27me3은 Polycomb repressive complex 2의 효소활성 subunit인 Ezh2에 의해 매개된다. Wnt 유전자에서 Ezh2에 의한 H3K27me3 히스톤 methylation 변형은 adipogenesis를 증가시키는데, 이는 WNT 신호 전달이 adipogenesis의 억제 조절자로 알려져 있기 때문이다. 본 논문은 유전자 발현을 근본적으로 조절하는 히스톤 H3 methylation에 의한 후성 유전학적인 조절이 어떻게 adipogenesis를 조절하는지에 대해 요약한다.

• Genomics & Informatics
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• 제18권4호
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• pp.42.1-42.9
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• 2020

Chromatin immunoprecipitation coupled with high-throughput DNA sequencing (ChIP-Seq) is a powerful technology to profile the location of proteins of interest on a whole-genome scale. To identify the enrichment location of proteins, many programs and algorithms have been proposed. However, none of the commonly used peak calling programs could accurately explain the binding features of target proteins detected by ChIP-Seq. Here, publicly available data on 12 histone modifications, including H3K4ac/me1/me2/me3, H3K9ac/me3, H3K27ac/me3, H3K36me3, H3K56ac, and H3K79me1/me2, generated from a human embryonic stem cell line (H1), were profiled with five peak callers (CisGenome, MACS1, MACS2, PeakSeq, and SISSRs). The performance of the peak calling programs was compared in terms of reproducibility between replicates, examination of enriched regions to variable sequencing depths, the specificity-to-noise signal, and sensitivity of peak prediction. There were no major differences among peak callers when analyzing point source histone modifications. The peak calling results from histone modifications with low fidelity, such as H3K4ac, H3K56ac, and H3K79me1/me2, showed low performance in all parameters, which indicates that their peak positions might not be located accurately. Our comparative results could provide a helpful guide to choose a suitable peak calling program for specific histone modifications.