Kim, Young-Jin;Ryu, Gil-Mi;Park, Chan;Kim, Kyu-Won;Oh, Berm-Seok;Kim, Young-Youl;Gu, Man-Bok
Genomics & Informatics
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v.5
no.4
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pp.143-151
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2007
To understand the mechanism of transcriptional regulation, it is essential to detect promoters and regulatory elements. Various kinds of methods have been introduced to improve the prediction accuracy of regulatory elements. Since there are few experimentally validated regulatory elements, previous studies have used criteria based solely on the level of scores over background sequences. However, selecting the detection criteria for different prediction methods is not feasible. Here, we studied the calibration of thresholds to improve regulatory element prediction. We predicted a regulatory element using MATCH, which is a powerful tool for transcription factor binding site (TFBS) detection. To increase the prediction accuracy, we used a regulatory potential (RP) score measuring the similarity of patterns in alignments to those in known regulatory regions. Next, we calibrated the thresholds to find relevant scores, increasing the true positives while decreasing possible false positives. By applying various thresholds, we compared predicted regulatory elements with validated regulatory elements from the Open Regulatory Annotation (ORegAnno) database. The predicted regulators by the selected threshold were validated through enrichment analysis of muscle-specific gene sets from the Tissue-Specific Transcripts and Genes (T-STAG) database. We found 14 known muscle-specific regulators with a less than a 5% false discovery rate (FDR) in a single TFBS analysis, as well as known transcription factor combinations in our combinatorial TFBS analysis.
Chromatin structure and dynamics that are influenced by epigenetic marks, such as histone modification and DNA methylation, play a crucial role in modulating gene transcription. To understand the relationship between histone modifications and regulatory elements in breast cancer cells, we compared our chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) histone modification patterns for histone H3K4me1, H3K4me3, H3K9/16ac, and H3K27me3 in MCF-7 cells with publicly available formaldehyde-assisted isolation of regulatory elements (FAIRE)-chip signals in human chromosomes 8, 11, and 12, identified by a method called FAIRE. Active regulatory elements defined by FAIRE were highly associated with active histone modifications, like H3K4me3 and H3K9/16ac, especially near transcription start sites. The H3K9/16ac-enriched genes that overlapped with FAIRE signals (FAIRE-H3K9/14ac) were moderately correlated with gene expression levels. We also identified functional sequence motifs at H3K4me1-enriched FAIRE sites upstream of putative promoters, suggesting that regulatory elements could be associated with H3K4me1 to be regarded as distal regulatory elements. Our results might provide an insight into epigenetic regulatory mechanisms explaining the association of histone modifications with open chromatin structure in breast cancer cells.
Transposable elements (TEs) account for approximately 45% of the human genome. TEs have proliferated randomly and integrated into functional genes during hominoid radiation. They appear as right-handed B-DNA double helices and slightly elongated left-handed Z-DNAs. Human endogenous retrovirus (HERV) families are widely distributed in human chromosomes at a ratio of 8%. They contain a 5'-long terminal repeat (LTR)-gag-pol-env-3'-LTR structure. LTRs contain the U3 enhancer and promoter region, transcribed R region, and U5 region. LTRs can influence host gene expression by acting as regulatory elements. In this review, we describe the alternative promoters derived from LTR elements that overlap Z-DNA by comparing Z-hunt and DeepZ data for human functional genes. We also present evidence showing the regulatory activity of LTR elements containing Z-DNA in GSDML. Taken together, the regulatory activity of LTR elements with Z-DNA allows us to understand gene function in relation to various human diseases.
A goat ${\beta}$-casein gene was cloned and sequenced. Our previous study had determined the nucleotide sequences of the 5' flanking region and the structural gene including all 9 exons. In the present study, investigations were done on the regulatory sequences in the 5' flanking region of the goat ${\beta}$-casein gene by aligning and comparing it with the same gene from other mammals. The results showed that -200/-1 bp of the 5' flanking sequences contained six conserved clusters, in which the sites of gene expression regulated by the transcription factor and hormone might exist. It showed that fourteen glucocorticoid receptor elements, two cAMP responsive elements, two SV40 virus enhancer core sequences, two OCT-1 binding elements and one CTF/NF-1 binding element were dispersed in the 5' flanking region of goat ${\beta}$-casein gene. Our findings are perhaps valuable for the elucidation of the molecular mechanisms that control the expression of the goat ${\beta}$-casein gene.
Proceedings of the Botanical Society of Korea Conference
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1987.07a
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pp.241-260
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1987
The regulatory mechanisms of gene expression in higher plant were not ascertained in detail because the genome size is very large and complex. However, the above-mentioned study is remarkably progressed in parallel with development of DNA recombinant technology and plant vector system. Some research results connected with the mechanisms could be summarized as follows. 1. Many plant genes including chloroplast genes are cloned. 2. The structures of some regulatory regions of gene expression are determined, and it is confirmed that new regulatory units are made by transposable elements. 3. Plant gene expression is regulated not only at transcriptional level but also at translational level. 4. The factors that regulate plant gene expression could be divided as two categorys. One is endogenous elements including the structural change of chromatin during development stage and tissue differentiation. The other is environmental stimulations such as air, water, heat, salts and light. However, some sufficient research-aid fund is essential in order to study the regulatory mechanisms of gene expression more systematically.
The recent rapid increase in genomic data related to many microorganisms and the development of computational tools to accurately analyze large amounts of data have enabled us to design several kinds of simulation approaches for the complex behaviors of cells. Among these approaches, dFBA (dynamic flux balance analysis), which utilizes FBA, differential equations, and regulatory events, has correctly predicted cellular behaviors under given environmental conditions. However, until now, dFBA has centered on substrate concentration, cell growth, and gene on/off, but a detailed hierarchical structure of a regulatory network has not been taken into account. The use of Boolean rules for regulatory events in dFBA has limited the representation of interactions between specific regulatory proteins and genes and the whole transcriptional regulation mechanism with environmental change. In this paper, we adopted the operon as the basic structure, constructed a hierarchical structure for a regulatory network with defined fundamental symbols, and introduced a weight between symbols in order to solve the above problems. Finally, the total control mechanism of regulatory elements (operons, genes, effectors, etc.) with time was simulated through the linkage of dFBA with regulatory network modeling. The lac operon, trp operon, and tna operon in the central metabolic network of E. coli were chosen as the basic models for control patterns. The suggested modeling method in this study can be adopted as a basic framework to describe other transcriptional regulations, and provide biologists and engineers with useful information on transcriptional regulation mechanisms under extracellular environmental change.
Until recently, since the Human Genome Project, the general view has been that the majority of the human genome is composed of junk DNA and has little or no selective advantage to the organism. Now we know that this conclusion is an oversimplification. In April 2003, the National Human Genome Research Institute (NHGRI) launched an international research consortium called Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) to uncover non-coding functional elements in the human genome. The result of this project has identified a set of new DNA regulatory elements, based on novel relationships among chromatin accessibility, histone modifications, nucleosome positioning, DNA methylation, transcription, and the occupancy of sequence-specific factors. The project gives us new insights into the organization and regulation of the human genome and epigenome. Here, we sought to summarize particular aspects of the ENCODE project and highlight the features and data that have recently been released. At the end of this review, we have summarized a case study we conducted using the ENCODE epigenome data.
The discussion on the adoption of the horizontal regulatory framework is underway to overcome the problems regarding the vertical regulatory framework resulting from a convergence of broadcasting and telecommunications services. Recently, however, the horizontal regulatory framework shows its limitation to regulate the ecosystem established mainly by Google and Apple. The existing horizontal regulatory framework does not fully reflect the characteristics of the two-sided market and the change in the competition structure in the broadcasting and telecommunications sector. What is important to note is that if the existing horizontal regulatory framework is simply applied to the ecosystem, a regulatory imbalance can be caused among ecosystems. The existing horizontal regulatory framework, which is subject to a value chain structure, categorizes business entities into either contents layer or transmission layer and applies the same regulation to all business entities in the same category. However, in the ecosystem, a keystone-player can be categorized into different layers depending on its strategy. Therefore, if the existing horizontal regulatory framework is applied as it is, the regulatory imbalance between keystone-players located in less regulated areas and keystone-players located in more regulated areas occurs resulting in a distortion of competition. There are two possible ways to establish a new regulatory framework to prevent the distortion of competition likely to be caused by the adoption of a horizontal regulatory system. First, a new ecosystem regulatory framework different from the existing one can be established. Second, the horizontal regulatory framework can be modified to reflect the ecosystem elements. The first approach is hard to adopt given the current situation as the approach requires the analysis of all broadcasting and telecommunications ecosystems including mobile and wired services; currently research and study on the competition conditions in the ecosystems is not enough. Therefore, this paper supports the second approach proposing a modified horizontal regulatory framework through the improvement of institutions and remedies suitable for accommodating the ecosystem elements. This paper intends to propose a way to regulate broadcasting and telecommunications ecosystems taking into consideration the ecosystem elements on top of the Telecommunications Business Act, Broadcasting Act, IPTV Act, the competition condition evaluation system of the Basic Act on Broadcasting and Telecommunications Development, and regulation on common carriers under the Telecommunications Business Act.
Flowering time is determined by florigens. These genes include, Heading date 3a (Hd3a) and Rice FT 1 (RFT1) in rice, which are specifically expressed in the vascular tissues of leaves at the floral transition stage. To study the cis-regulatory elements present in the promoter region of Hd3a, we generated transgenic plants carrying the 1.75-kb promoter fragment of Hd3a that was fused to the ${\beta}$-glucuronidase (GUS) reporter gene. Plants expressing this construct conferred a vascular cell-specific expression pattern for the reporter gene. However, GUS was expressed in leaves at all developmental stages, including the early seedling stage when Hd3a was not detected. Furthermore, the reporter was expressed in roots at all stages. This suggests that the 1.75-kb region lackings cis-elements that regulate leaf-specific expression at the appropriate developmental stages. Deletion analyses of the promoter region indicated that regulatory elements determining vascular cell-specific expression are present in the 200-bp region between -245 bp and -45 bp from the transcription initiation site. By transforming the Hd3a-GUS construct to rice cultivar 'Taichung 65' which is defective in Ehd1, we observed that Ehd1 is the major regulatory element that controls Hd3a promoter activity.
Iron regulatory proteins (IRPs) 1 and 2 bind with equally high affinity to specific RNA stem-loop sequences known as iron-responsive elements (IRE) which mediate the post-transcriptional regulation of many genes of iron metabolism. To study putative IRE-like sequences in RNA transcripts using the IRP-IRE interaction, Eight known genes from database were selected and the RNA binding activity of IRE-like sequences were compared to IRP-2. Among them, the IRE-like sequence in 3'-untranslational region (UTR) of divalent ration transporter-1 (DCT-1) shows a significant RNA binding affinity. This finding predicts that IRE consensus sequence present within 3'-UTR of DCT-1 might confer the regulation by IRP-2.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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