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F9 EC 세포에서 레티노산에 의해 유도되는 Hoxc 유전자의 발현에 히스톤 메틸화가 미치는 영향
민혜현(Hyehyun Min),김명희(Myoung Hee Kim) 한국생명과학회 2015 생명과학회지 Vol.25 No.6
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. Hox genes encode a highly conserved family of homeodomain-containing transcription factors controlling vertebrate pattern formation along the anteroposterior body axis during embryogenesis. Retinoic acid (RA) is a key morphogen in embryogenesis and a critical regulator of both adult and embryonic cellular activity. Specifically, RA regulates Hox gene expression in mouse- or human-derived embryonic carcinoma (EC) cells. Histone modification has been reported to play a pivotal role in the process of RA-induced gene expression and cell differentiation. As histone modification is thought to play an essential role in RA-induced Hox gene expression, we examined RA-induced initiation of collinear expression of Hox genes and the corresponding histone modifications in F9 murine embryonic teratocarcinoma (EC) cells. Hox expression patterns and histone modifications were analyzed by semiquantitative RT-PCR, RNA-sequencing, and chromatin immuno-precipitation (ChIP)-PCR analyses. The Hoxc4 gene (D0) was initiated earlier than the Hoxc5 to ?c10 genes (D3) upon RA treatment (day 0 [D0], day 1 [D1], and day 3 [D3]). The Hox nonexpressing D0 sample had a strong repressive marker, H3K27me3, than the D1 and D3 samples. In the D1 and D3 samples, reduced enrichment of the H3K27me3 marker was observed in the whole cluster. The active H3K4me3 marker was closely associated with the collinear expression of Hoxc genes. Thus, the Hoxc4 gene (D1) and all Hoxc genes (D3) expressed H3K4me3 upon transcription activation. In conclusion, these data indicated that removing H3K27me3 and acquiring H3K4me3 regulated RA-induced Hoxc gene collinearity in F9 cells.
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