Gene expression is a coordinated work of whole processes of gene regulation. To conquer gene expression completely, there are many ways to describe and understand this phenomena. Inferring gene regulatory network is most well known and powerful approach to configurate the process of gene regulation. However, the increasing study about epigenetics shows that not only the genetic mechanism but also epigenetic mechanism, such as DNA methylation, histone modification, chromatin remodeling, etc are significantly influencing the gene regulation. Such foundation leads us to deeper understanding of gene regulation in the view point of epigenetics.
In this study, we attempt to find the relation between the gene regulatory network and epigenetic states analyzing histone modification data. We used well known network model, ARACNE, which is based on information theoretic approach to obtain direct interaction between genes. To analyze the epigenetic states of each nodes in the regulatory network, we use the histone modification data from the Yeast chromatin database, Chrom DB.
유전자 전사 조절 네트워크는 마이크로 어레이 데이터를 기반으로 해서 각 유전자의 mRNA발현량을 분석함으로써 유전자간의 상관관계를 얻어내고 이를 통해 네트워크를 추출해 내는 방식으로 얻어진다. 그러나 유전자 전사 조절 네트워크에서의 유전자 간 조절은 상호 관계의 가능성을 제시할 뿐 상호작용하는 두 유전자가 직접적인 조절관계가 있음을 의미하지는 않는다.
후성 유전학의 최근 연구결과를 보면 각 유전자들은 전사 개시 부위의 히스톤 단백질 변형 패턴 분석을 통해서 염색질 구조가 열려있는 상태와 응축되어있는 상태로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 효모의 크로마틴 데이터 베이스를 통해서 얻어낸 히스톤 변형 패턴 데이터를 통해 기존에 잘 알려진 유전자 전사 조절 네트워크 상의 유전자의 염색질 구조를 분석해 보았다.
유전자 전사 조절 네트워크에서 많은 다른 유전자와 상호작용을 하는 허브 유전자들을 뽑아내어 이들의 히스톤 변형 패턴을 통해 이들의 염색질 구조가 어떤 형태로 존재하는 지 통계적인 분석을 해보았다.
분석결과는 허브 유전자들은 뉴클레오솜이 허브가 아닌 유전자들에 비해 확연히 줄어든 패턴을 보인다. 허브 유전자의 염색질 구조가 열려있는 상태임을 보여준다. 또 허브 유전자에서는 H2AZK14, H3K56 인산화가 많고 H2AK7, H2BK16, H3K14 인산화는 적게 나온다. 허브 중에서도 여러 다양한 환경에서 공통적으로 허브로 작용하는 유전자들과 특정한 환경에서 허브로 작용하는 유전자의 히스톤 변형 패턴을 분석해본 결과 전자는 H3K56,H2AZK14 아세틸화, H3K4 2-메틸화가 많아진 뚜렷한 패턴을 보이고 후자는 22가지의 히스톤 변형종류 중에 대부분이 일어난 것으로 관찰되어 특별한 패턴을 찾기 힘들었다.
본 연구는 유전자 전사 조절 네트워크와 삼차원 상의 유전자의 염색질 구조를 연결시키고자 히스톤 변형 패턴 데이터를 사용하여 분석을 해보았다.
이를 통해 유전자 전사 조절 네트워크 상의 허브 유전자의 히스톤 변형 패턴, 여러 환경에서 동시다발적으로 허브로 작용하는 유전자의 히스톤 변형 패턴 등을 찾아내었다. 후속연구로는 후성유전학 데이터를 추가한 유전자 전사조절 네트워크의 개발, 유전자 전사 조절 네트워크의 잘못된 노드 제거 방법 연구 등을 생각해볼 수 있다.
