Action Mechanism of Enhancers for Activating Gene Transcription

김예운,김애리 대한의생명과학회 2023 Biomedical Science Letters Vol.29 No.3

Enhancers are cis-elements to regulate transcription of cell/tissue-specific genes in multicellular organisms. These elements locate in upstream or downstream regions of target genes and are found in a long distance up to 100 Kb in some cases. Transcription factors and coactivators bind to enhancers in a chromatin environment. Enhancers appear to facilitate the transcription of target genes by communicating with promoters and activating them. As transcription activation mechanism of enhancers, chromatin looping between enhancers and promoters, tracking of enhancer activity to promoters along the intervening regions, and movement of enhancers and promoters into transcription condensates have been suggested based on various molecular and cellular biology studies. These mechanisms are likely to act together rather than exclusive each other for gene transcription. Understanding of enhancer action mechanism may provide a way to regulate the transcription of cell/tissue-specific genes relating with aging or various diseases.

인핸서 RNA에 의한 유전자 전사 조절

김예운(Yea Woon Kim),김애리(AeRi Kim) 한국생명과학회 2016 생명과학회지 Vol.26 No.1

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. Genes in multicellular organisms are transcribed in development, differentiation, or tissue-specific manners. The transcription of genes is activated by enhancers, which are transcription regulatory elements located at long distances from the genes. Recent studies have reported that noncoding RNAs are transcribed from active enhancers by RNA polymerase II (RNA Pol II); these are called enhancer RNAs (eRNAs). eRNAs are transcribed bi-directionally from the enhancer core, and are capped on the 5’ end but not spliced or polyadenylated on the 3’ end. The transcription of eRNAs requires the binding of transcription activators on the enhancer and associates positively with the transcription of the target gene. The transcriptional inhibition of eRNAs or the removal of eRNA transcripts results in the transcriptional repression of the coding gene. The transcriptional procedure of eRNAs causes enhancer-specific histone modifications, such as histone H3K4me1/2. eRNA transcripts directly interact with Mediator and Rad21, a cohesin subunit, generating a chromatin loop structure between the enhancer and the promoter of the target gene. The recruitment of RNA Pol II into the promoter and its elongation through the coding region are facilitated by eRNAs. Here, we will review the features of eRNAs, and discuss the mechanism of eRNA transcription and the roles of eRNAs in the transcriptional activation of target genes.

3C (Chromatin Conformation Capture); A Technique to Study Chromatin Organization

Yea Woon Kim(김예운),AeRi Kim(김애리) 한국생명과학회 2012 생명과학회지 Vol.22 No.11

3C 는 진핵세포의 핵에서 크로마틴의 입체 구조/구성을 알아보는 연구 기법이다. 이 기법은 살아있는 세포를 포름알데히드로 처리하여 단백질들 사이의 결합 및 단백질과 DNA 사이의 결합을 고정시킨 후, 제한효소로 DNA를 절단하고, 그 절편들의 연결 빈도를 측정함으로써 DNA 절편 사이의 물리적 근접성을 보여준다. 이 기법을 이용하여 복합 유전자 좌위인 β-글로빈 좌위에서 locus control region이 전사가 활발한 유전자와 가까이 위치하고 있음이 밝혀졌으며, 이러한 결과는 크로마틴 입체 구조가 유전자 전사 조절에 관여함을 나타낸다. 또한 3C 기법은 ChIP 및 genome-wide sequencing과 결합되어 다양한 기술로 진화되었다. 본 총설은 3C의 원리 및 과정을 짚어보고, 3C 기법으로 밝혀진 β-글로빈 좌위의 크로마틴 입체 구조를 설명하고자 하며, 나아가 3C를 기본으로 한 다양한 응용 연구 기법도 살펴보고자 한다. 3C (chromatin conformation capture) is a technique to analyze chromatin organization in nuclei of eukaryotic cells. The procedure of 3C includes the formaldehyde treatment of cells to fix interactions between proteins and between proteins and DNA in chromatin, the digestion of fixed chromatin with restriction enzyme, and the ligation of fragmented DNA. The efficiency of DNA ligation represents proximity between DNA fragments in chromatin organization. Studies in the β-globin locus using 3C showed that the locus control region is in close proximity to the transcriptionally-active globin genes, indicating that chromatin organization has a role in transcriptional regulation of the genes. 3C has been advanced by combining with ChIP and genome-wide sequencing. This review presents the principle and procedure of the 3C technique, the chromatin organization of the β-globin locus explained by 3C, and advanced techniques based on 3C.

아가리쿠스로부터 분리한 $\beta$-glucan과 그 올리고당류의 HT-29 인체 대장암 세포에 대한 항암 활성에 관한 연구

이미영,김기훈,김예운,장헌길,이동석,Lee, Mi-Young,Kim, Ki-Hoon,Kim, Yea-Woon,Chang, Hun-Gil,Lee, Dong-Seok 한국미생물학회 2006 미생물학회지 Vol.42 No.4

칡을 첨가하여 배양한 아가리쿠스버섯(Agaricus blaxei Murill)으로 부터 열수추출, gel filtration chromatography, DEAE ion exchange chromatography를 통하여 아가리쿠스 $\beta$-glucan (AG)을 추출하였다. 추출한 아가리쿠스 $\beta$-glucan에 Bacillus megaterium 유래의 endo-$\beta$-(1$\rightarrow$6)-glucanase를 처리하여 올리고당류(AO)를 얻었다. 이렇게 얻은 AG와 AO를 이용하여 HT-29 인체 대장암 세포에 대한 항암 활성을 조사한 결과, 암세포의 성장 억제 효과는 시료의 처리 농도에 의존적으로 증가하였으며, apoptosis assay에서 암세포의 apoptosis 유발이 농도에 의존적으로 증가되었다. 또한, 암세포의 세포 주기를 분석한 결과, apoptosis 발생을 뜻하는 G0 (sub-G1)기와 G1기의 비율이 증가한 반면 S기와 G2/M기는 대조군에 비해 감소되었다. 이러한 결과를 바탕으로 암세포의 apoptosis 증가에 대한 AO의 작용이 어떤 유전자와 연관이 있는지를 알아보기 위하여 cDNA microarray를 통해 유전자의 발현율을 검색한 결과, apoptosis의 내부 외부 경로에 영향을 주는 유전자(TNESE9, TNFRSF9, FADD, CASP8, BAD, CRADD, CASP9 등)의 발현이 증가되었고 세포 분열 주기의 진행과 관련된 유전자(CCND2와 CDK2)의 발현이 감소되었으며, 세포 분열 주기를 지체시키는 유전자 (CDKN2A)의 발현은 증가되었다. 또한, 사이토카인을 암호하는 유전자 (IL6, IL18, IL6R 등)와 tumor suppressor와 관련된 유전자 (CEACAM1, TP53BP2, IRF1및 PHB)의 발현이 2배 이상 증가된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 HT-29 인체 대장암세포에 대한 AO의 성장 억제 작용은 G0/Gl기를 지체시켜 암세포 증식을 억제하고 apoptosis에 의해 암세포를 사멸시키는 항암 활성을 나타내는 것으로 확인되었으며, 특허 AO가 AG보다 현저한 활성을 보였다. 더 나아가 아가리쿠스 $\beta$-glucan (AG)과 올리고당류 (AO)는 항암 활성을 가진 대체 의약 소재로 개발될 수 있을 것으로 기대된다. [ $\beta$ ]-Glucans (AG) were prepared from Agaricus blazei cultured in the medium fortified with the roots of Pueraria spp. by repeated extraction with hot water, gel filtration chromatography and DEAE ion exchange chromatography. Oligosaccharides (AO) were derived from the hydrolysis of AG by an endo-$\beta$-(1$\rightarrow$6)-glucanase from Bacillus megaterium. The anti-HT-29 human colon cancer activity of AG or AO was investigated using MTT assay, apoptosis assay, cell cycle analysis, and cDNA microairay. AG and AO both inhibited proliferation and growth of HT-29 cells, and stimulated apoptosis of the cells in a dose-dependent manner. In cell cycle analysis, treating HT-29 cells with AG or AO resulted in the increase of cells in the G0 (sub-G1) and G1 phase. Especially, AO was more effective in inducing G0/G1 cell cycle arrest than AG. To screen the genes involved in the increase of apoptosis, the gene expression profile of the HT-29 cells treated with AO was examined by cDNA microarray. While several genes involved in cell cycle progression (CCND2 and CDK2) were down-regulated, many genes involved in apoptosis (TNFSF9, TNFRSF9, FADD, CASP8, BAD, CRADD, CASP9 etc), cell cycle inhibitor (CDKN2A), immune response (IL6, IL18, IL6R etc), and tumor suppressor (CEACAM1, TP53BP2, IRF1, and PHB) were up-regulated. These results suggest that AO could inhibit the proliferation and growth of HT-29 cells by G0/G1 cell cycle arrest and induction of apoptosis.

와송 다당체 및 올리고당류의 생리 활성

김기훈,김은영,김예운,백금옥,김한복,이동석,Kim Ki Hoon,Kim Eun Young,Kim Yea Oon,Baek Geum Ok,Kim Han Bok,Lee Dong Seok 한국미생물학회 2004 미생물학회지 Vol.40 No.4

와송으로부터 고온 고압의 열수 추출로 다당체 조추출물(OJP1)을 얻어 디스크 확산법, fluorescein diacetate(PDA)법 및 액체 배지 희석법을 통하여 세균과 진균에 대한 항균 활성을 조사하였다. 또한 Sephadex G-50을 통하여 다당체(FI)와 올리고당류(FII)를 분리하고, 이들의 항암 활성을 조사하였다. FI과 FII의 분자량은 각각 30$\~$50 kDa과 1$\~$3 kDa으로 추정되었다. OJP1의 항균 효과는 디스크 확산법에서 Candida albicans가 $20\pm4.9\;mm$의 억제대로 가장 높았으며, Salmonella typhimurium과 Staphylococcus aureus도 각각 $18\pm2.0\;mm$ 와 $17\pm1.0\;mm$의 억제대로 비교적 높게 나타났다. 또한 Escherichia coli와 Pseudomonas aeruginosa에 대해서도 양성 대조군인 프로폴리스보다 높게 나타났으며, FDA법, 액체배지 희석법에서도 비슷한 양상을 나타냈다. OJP1과 Fl, FII의 인체 암세포주와 Sarcoma 180 세포주에 대한 항암 활성을 측정해 본 결과, 이들은 모두 MTT assay와 형태 변화 관찰에서 강력한 암세포주 증식 억제 효과를 나타내었는데, 특히 폐암 세포주인 A549 세포와 자궁 경부암 세포주인 HeLa 세포, 위암 세포주인 AGS에서 현저한 효과를 보였다. 더 나아가 DNA 분절화를 통해 apoptosis 유발 여부를 확인해 본 결과, 대조군에 비해서 이들 물질을 처리한 실험군에서 apoptosis발생을 뜻하는 DNA 분절화 현상이 뚜fut하게 나타났다. 요컨대, OJP1과 Fl, FII는 광범위한 병원성 균주에 대하여 효과적인 항균 활성을 보였으며, 각종 암세포주에 대하여 현저한 항암 활성을 나타내는 것으로 확인되었다. Polysaccharides were prepared from Orostachys japonicus by extration with hot steam water (OJPl). The OIPl fraction was further purified by Sephadex G-50 gel filtration chromatography to produce FI (polysaccharides) and FII (oligosaccharides) fraction. The average molecular masses o fFI and FII fraction were determined to be 3050 kDa and 13 kDa, respectively. The antimicrobial activity of OIPl was tested against 8 strains of bacteria and one strain of yeast by the disc diffusion method, fluorescein diacetate (FDA) method and broth dilution method. The OIPl exhibited a very strong growth inhibition to Candida albicans. The OIPl remarkably sup­pressed the growth of Salmonella typhimurium and Staphylococcus aureus. The OIPl showed higher growth inhibition to Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa than propolis, positive control. When the anticancer activity of the OIPl, FI or FII was examined against human cancer cell lines and the Sarcoma 180 cells, these widely suppressed the proliferation of cell lines in the MTT assay and morphology study. Especially, they remarkably inhibited the growth of A549, HeLa and AGS cells. Also treatment of cancer cells with OJPl, FI or FII induced apoptotic cell death characterized by DNA fragmentation. The OJPl, FI or FII exhibiting various biological activities such as antimicrobial activity and anticancer activity is expected to be developed as new biohealth products.

ChIP-seq 라이브러리 제작 및 Galaxy 플랫폼을 이용한 NGS 데이터 분석

강유진(Yujin Kang),강진(Jin Kang),김예운(Yea Woon Kim),김애리(AeRi Kim) 한국생명과학회 2021 생명과학회지 Vol.31 No.4