4.Gene Structure
From Biospecies
1. GENERAL STRUCTURE OF CHROMATIN-ASSOCIATED DNA
DNA는 histone 단백을 가진 neclosome의 복합체로 대부분 genomic DNA같은 끈으로 연결되어 분표하고 있다. 이 구조는 chromosomal loop와 같은 loop로 정리되어있고 solenode 형태로 알려져 있다. Solenoidsde는 chromosomal fiber에서 전환되었고 이미 현미경상으로 관찰이 가능하다. 이 chapter의 목표를 위해 대부분 연관된 구조는 chromosomal loop에 모두 모여있다. 그런 이유로 chromosomal loop의 개요의 구성은 게다가 모든 구성성분을 설명하는 뼈대로 이용된다. Retroposon orgin의 반복적인 DNA은 genome에 도처에 걸쳐서 찾을 수 있다. 첫 번째로 발표된 chromosomal sequence(chromosome 22, Dunham er el., 1999)에서 human genomic DNA의 약 40%는 반복적인 DNA로 구성 되어있다. 가장 현저하게 나타나는 것은 ALU repeat sequence이다. 나중에 이름 붙이기를 제한효소(alu1)로 genomic DNA의 요약하는 특징적인 satellite band를 산출해냈다. short interspersed element(SINES)의 분류에 속하는 ALUs은 짧은 retroposon sequence로 약 300 nucleotide의 길이이다. 반복적인 DNA의 다른 분류는 long interspersed elements(LINEs)로 7kb의 길이에 달하고 retroviral sequence를 포함한다. Chromatin loop는 핵 내부의 단백질 구조를 지닌 DNA의 두 접속지점에 위치한 chromosomal DNA의 부위이다. 그래서 소위 nuclear matrix라 한다. 접촉지점은 Matrix/Scaffold Attachment Regions(S/MARs)같은 genomic DNA에서 만들어 진다. Nuclear matrix 가진 DNA 연합은 nucleosomal DNA의 전사에 필수적인 요소이다. S/MAR을 설명하고 그 속의 element를 자세히 다룬다. 일반적으로 두가지 방법이 genomic sequence에서 S/MAR을 검출한다. 첫 번째 MARfinder는 kramer에 개뱔되었고(<html>http://www.ncbr.org/MAR-search/</html>). 두번째 방법은 SMARTestfh Genomatrix software GmbH에 의해 개발되었고 학문 연구가에게 무료로 이용할 수 있다. (<html>http://genomatrix.de/</html>). Enhancer는 chromosomal loop의 조절 부위에서 찾을 수 있고 적응과 거리와 관련한 chromatin loop 안에 promoter의 무관심한 반응 promoter로부터 전사의 수준을 끌어올리게 된다. 일반적으로 in silico 방법에서 enhancer를 검출할 수 있는 길은 없다. 왜냐하면 적어도 enhancer의 subclass는 promoters와 매우 유사한 방법으로 정리된다. 전사 요인의 기본 골격을 포함한다. 어떤 경우 enhancer는 promoter를 가진 share modules로 이 module,을 경유하게 되면 찾을 수 있게 된다. 왜냐하면 module match의 분리된 이래 더 이상 promoter또는 enhancer 를 증명하지 못했다. Silencer는 기본적으로 enhancer와 아주 동일하다. 같은 요구를 따르며, promoter에 음성적 영향을 발휘하지 않는다. Enhancer와 silencer는 종종 promoter와 같이 유사한 내부 organism으로 보여진다.
2. GENERAL FUNCTIONS OF REGULATORY REGIONS
생물학적 기능적인 조절 부위는 일반적으로 모든 조절부위의 자산으로 펼쳐지지는 않는다.기능적 단위는 범위를 넓힌 조합은 통상적으로 본질적인 기능적인 자산의 범위를 한정하고 소유함으로써 규정짓는다. 몇 몇은 기능적으로 유사한 형태로 펼쳐진 DNA은 이미 element로 연관되어 있다. 이 element는 조절부위에 제한적이지도 않고 promoter 또는 enhancer의 조절기능이 개별적으로 충분하지도 않다. 조절부위의 완전한 기능은 개별적인 element의 기능을 조립하거나 부가적인 방법(independent element) 또는 시너지 효과(modules)이다. SNPs 중심은 조절 DNA 시각적으로 중요하고 우리가 coding gene을 중요시하는 유사한 방법이다. : 직접적인 기능적인 중요성을 짧게 펼친다. 그리고 많은 큰 부위는 잘 알려져 있지 않거나 보다 암시적인 기능을 한다. SNPs의 잠재적인 영향인 기능적인 sequence의 단절의 부류 같은 직접적인 결말은 매우 드마마틱하게 sequence의 부분을 의존하며 위치하고 있다.
3. TRANSCRIPTION FACTOR BINDING SITES (TF-SITES)
특정 단백의 binding site은 regulatory element사이에 매우 중요하다. 약 10-30개의 nucleotide로 구성되고 단백 binding은 동등하게 중요하지 않다. Genomic sequence의 fractal 자산을 생각나게 한다. Binding site를 보면 promoter의 적은 복사물로 보인다. 다르게 보면 gene의 작은 복사본으로 보인다. 각각의 단백 binding site은 sequence의 부분에서 다양하게 나타난다. 만약 그곳에 같은 단백질이 부착된다면 nucleotide는 sequence-specific manner의 단백질을 연결한다. 통상적으로 최선의 보존지역의 biding site를 묘사한다. 다른 nucleotide는 non-specific이 DNA backbone으로 접촉한다. 그리고 internal ‘spacers’(‘introns”)라 하고 protein에 관여하지 않는다. Protein binding site은 sequence 유사한 base 접근의 변화에 의해 후보 군을 검출하는 sequence 보존에 충분하다 TF binding site를 수집하는 많은 노력을 하였고 genomic sequence에서 TF binding site의 위치를 개발하였다. 왜냐하면 잠재적인 binding site,는 genome의 어디에서나 대부분 찾을 수 있고 조절 부위에 제한적이지 않다. 완전한 binding site의 수는 조절 부위의 바깥 쪽은 각각의 binding protein이 붙게 된다. 그래서 예상된 binding site가 풍부는 단지 algorithms 측정의 결점이 아니고 생물학적으로 반영하여 일반적으로 기능적 용어를 해석하기에는 어렵다.
4. STRUCTURAL ELEMENTS
이차원적 구조는 대부분 RNA와 protein으로 알려졌다. 그러나 promoter에서도 중요한 역할이 있다. 잠재적인 이차원적 구조는 쉽게 결정할 수 있다. 이차원적 구조는 종종 primary nucleotide sequence가 보존되지 않고 구조 안에서 강한 위치적 상호관계를 가진다. 또한 항상 가장 훌륭하고 빠른 구조의 예상을 내놓았다. 어떤 알고리즘은 RNA 하나의 최선의 구조를 제고하기 위해 에너지 계산을 하는데 많은 곳에서 rudimentary analysis이용한다. 같은 시간 안에 하나를 깊게 분석 할 수 있는 많은 sequence이 적용된다. 이런 문제를 적절한 접근이 없었다면 불가능하였다. 몇 몇의 실험실에서는 다른 방법을 이용한다.
5. ORGANIZAIONAL PRINCIPLES OF REGULATORY REGINONS
조절 부위는 단지 조절 element의 단지 통계학적인 수집만이 아니라 그 이상을 소개한다. 그러므로 다른 SNPs가 갖고 있는 상호관계를 이해하기 위해 조절 부위의 최소한 기본적인 생물체의 특징을 이해하는 것이 필요하다. Eukaryotic polymerase II promoter는 일반적으로 regulatory region을 공부하기에는 적합하다. Promoter의 TF-site는 promoter sequences안에 있는 위치와 지도하는 것에 관심을 가진 명백한 일반적인 패턴을 볼 수 없다. TF biding sites는 사실상 프로모토의 어디에서나 찾을 수 있으나 개별적인 프로모토의 가능한 위치는 보다 제한적이다. Closer에서 TF binding site의 기능을 보이고 종종 관련된 위치와 특히 sequence 전후의 binding site를 의존한다. TF-site의 전후 관계는 전사 관리의 역할의 결정하는데 중요한 것 중에 하나이다. 왜냐하면 전후 관계는 binding site 주위에 단지 몇 개의 nucleotides가 있어 전후 관계보다 오히려 binding site가 더 확장된 것처럼 보인다. 보다 중요한 것은 다른 TF binding site의 위치된 거리의 전후 관계는 종종 함께 group되거나 어떤 기능적인 group을 많은 증례에서 설명한다. 시너지 또는 적대적인 쌍의 TF binding site의 수집하는 것의 시스템적인 접근은 COMPEL database에서 만들었다. 많은 경우 특별한 프로모터 기능은 동시에 두 개 site 보다 더 많이 요구 되어진다. 이 group의 promoter subunits은 몇 개의 TF binding site로 구성되어있고 특별한 기능에 독립적인 promoter는 promoter modules에 연관되어 있다. 분자 수준의 정의는 Arnone and Davidson은 DNA region의 느슨하게 된 규정에 site가 존재가 요구되는 최근의 규정보다 더욱 특별하다. Molecular promoter module의 서열의 순서와 거리는 기능을 탐지하는데 결정적인 역할을 하고 이런 modules은 각각의 binding sites보다 오히려 중대한 결정을 하게 된다. 왜냐하면 promoter는 binding site의 세트를 overlapping하는 몇 몇의 module을 포함한다. 그런 까닭에 특별한 binding sites의 전후 관계의 보존은 모듈의 구조에 대한 부가적인 정보가 없는 초기의 sequence로부터 결정할 수 없다. 접속 단위와 같은 기능적인 것의 promoter modules의 고유의 자산은 SNPs가 promoter에서 할 수 있는 중요한 상호관계이다. SNPs 가 억제되면 Single TF binding site는 완전한 module의 기능을 파괴하는 한다. SNP를 검출하기 위해 각각의 binding site의 검사로부터 명백하지 못하다. SNP 는 같은 pmoter내의 같은 factor의 다른 binding site에 영향을 주는 것은 아주 다른 영향이다. 만약 binding site가 다른 module의 다른 부분, 또는 직접적인 기능은 없다. 그런 이유로 biding site의 확인은 SNP는 조절 SNP의 기능적 상호작용의 평가에 충분하지 못하다. 유사한 logic은 promoter sequence안의 insertions/deletion를 갖고 있다. 아주 다양한 거리를 기능적으로 관련된 promoter안의 element사이에 발견할 수 있다. insertion/deletion 현상의 결과를 해석할 수 있으며. 이와 관련된 명백한 증거는 좀처럼 찾기가 힘들다. Insertion 또는 Deletion에 영향을 받은 생물체의 module은 기능을 방해한다. 대부분의 promoter의 기능은 deleterious mutation은 진화에 진화에 의해 선택되는 것처럼 whole gene의 기능에 결정적이다. 그런 까닭에 다양한 간격은 시간 sequence가 존재하는지를 볼 수 있다.
6. RNA PROCESSING
유전적 조절은 genomic DNA sequence의 수준에서 정지되지 않는다. RNAs는 중요한 조절 신호를 자신이 가지고 있으며 그들 사이에는 특별한 subcellular 위치와 RNA 불안정성 신호를 특별하게 보호하지 않는 한 급속히 파괴하기 위한 RNA에 직접적으로 신호를 전달한다. 신호의 대부분은 mRNA의 5` and 3`번역영역 부위 내에 존재한다. (UTRs) 완전한 5` or 3` UTR를 만드는 데는 영향이 없다 이런 경우에는 리포트가 불완전하다. RNA는 충실한 genomic sequence의 복제 본이다. 모든 신호는 genomic DNA를 직접적으로 연구를 할 수 있다.인트론 시퀸스를 제거하는 것은 초기 선사단계(splicing)의 가장 중요한 진행 단계 중에 하나이다. 최근 몇 년의 splicing은 아주 명백해 졌다. 복합체와 불연속성의 신호위치에 의해 좌우된다. 완전한 splice 신호의 설치는 일반적인 프로모터의 설치와 enhancer의 넓은 범위와 닮았다. Splice enhancer, splice donor and acceptor sequence, branch point sequences는 introns안의 접근용 시퀸스에 규정한다. 생물체의 splicing element는 생물학적인 기능을 측정하는 가장 중요한 요인이다.
7. SNP IN REGULATORY REGIONS
SNPs는 모든 genome에 걸쳐 발견되고 sequence 량의 단순한 상호작용처럼 조절 sequence위치를 예상한다. 조절 element 가 중시하는 gene 조절에 의지하는 SNP의 잠재적인 효과 이상으로 토의했다. SNP는 비기능적인 spacer DNA가 위치한다. 조절에는 영향이 없다. SNP는 결정적인 전사 factor의 binding site를 파괴는 gene의 아주 드라마틱한 전사로 개조한다.
8. EXAMPLE FOR regulatory SNPs
SNPs는 세가지 다른 방향에서 TF biding sites에 영향을 미친다. Biding site는 biding 친화력이 적은 SNP 때문에 파 괴었다. 마주보고 있는 결과 또한 가능하다. 조절 sequence 범위 안에서 새로운 binding site의 산출하는 것. 두 개의 현상의 조합은 다른 단백질에게 특별하게 바뀌게 되어 변경된 binding site의 결과가 발생된다. 하나의 예에서는 잘 확립된 SNP에 의해 창조되는 것 같은 deletion된 TF binding site의 gene 조절에 영향을 미친다.RANTES gene이 암호 된 chemokine은 면역 신호이다. 운 좋게도 RANTES의 발현은 HIV-1 감염에 버티게 해주고 이 코스은 개인적으로 이롭지 못하다. RANTES promoter로 알려진 하나의 돌연변이(SNP)은 TATA box의 upstream방향에 즉시 부착되어 잠재적인 c-mab binding site를 파괴한다. 이 돌연변이는 HIV-! 감염에 의한 CD4의 급격한 감소를 지연 시킬 수 있다. 이 돌연변이는 RNTES chemokine gene의 전사과정에서 증가하고 있다. SNP per se는 양성, 음성으로 결정한다. 양성 결과는 HIV-1 감염 후 SNP가 나타났다는 것이다. Cystic fibrosis는 황폐화 시키는 질병으로 결함 있는 protein 때문이다. Binding의 결과 드라마틱하게 짧은 수명을 경험하게 된다. 한가지 증례에서는 SNP가 돌연변이 exon 11 에 의해 질병이 발생한다. Genome 에 영향을 받아 promoter의 전사 factor YY1에는 새로운 binding site가 산출되었다 새로운 YY1 binding site는 과도하게 발현된다. 결합 담백은 부가적인 단백의 promoter complex를 거쳐 지나치게 expression되어 나타난다. “bottom line”은 모든 예에서 SNP는 전사 관리 요인의 영향을 받는다. 각각의 gene의 전사를 활동적으로 포함하고 이다.
