Synthetic lethal (SL) paralogous pairs are considered to perform similar functions. One of functionally similar genes is predicted to be eliminated from the genome because the loss of one gene can be compensated by the other gene. But it has been known that many SL paralogous pairs exist in various organisms. Two approaches, neofunctionalization and subfunctionalization, have tried to find the reason of conservation of SL paralogous pairs from their exclusive expression induced by diversified promoter motifs. But researches on the expression of SL paralogous pairs revealed complicated phenomena of SL paralogous pair expression which cannot be easily explained by neofunctionalization and subfunctionalization. In this research, we focused on cross-regulation and expression pattern to explore complicate regulation mechanisms of SL paralogous pairs. Using various data and systemic approaches to reveal the properties of SL paralogous pairs, we found that SL paralogous pairs cross-regulate each other significantly and their expression is controlled in a concordant way. Connecting expression regulation of SL paralogous pairs with their functional role, we found that metabolic SL paralogous pairs have significantly more cross-regulation than total SL paralogous pairs. Expression pattern analysis revealed that the expression of glycolysis-related SL paralogous pairs or pairs which are making decision in metabolic path is more flexibly changing according to environmental changes. Analysis on cross-regulation and expression pattern suggests that expression regulation of SL paralogous pairs is closely related to the function of SL paralogous pairs and environmental conditions. In conclusion, organic and flexible regulation of metabolic SL paralogous pairs can be precisely understood in terms of metabolic pathway regulation in various environmental conditions.
Synthetic lethal (SL) paralogous pair는 유사 기능을 수행하는 유전자쌍으로써 주목을 받고 있다. 기능이 유사한 유전자 쌍은 한 쪽 유전자의 돌연변이가 세포의 생장 효율에 큰 영향을 미치지 않는다는 측면에서 동시에 보존되기 어렵다. 그러나 SL paralogous pair의 존재는 다양한 생명체에서 나타나는 일반적인 현상으로 보고되었으며 neofunctionalization과 subfunctionalization은 이러한 보존 현상의 근거를 배타적 promoter motif 구성에 의한 분리된 발현 조건을 근거해 설명하고자 한다. 그러나 SL paralogous pair의 발현 특성에 대한 연구들은 neofunctionalization 과 subfunctionalization만으로 설명될 수 없는 SL paralogous pair의 특이적 발현 현상들에 대해 보고하고 있으며 본 연구에서는 특히 cross-regulation과 발현 패턴 측면에서 나타나는 SL paralogous pair의 발현 조절 특성을 다양한 데이터를 이용한 시스템적 차원에서 분석하였다. 게놈범주 (genome-wide) 규모의 interaction network 분석을 통해 cross-regulation을 통한 유전자 쌍 발현의 유기적 조절은 SL paralogous pair의 독특한 특성임을 밝혀내었다. 또한 다양한 환경 조건을 고려한 발현 패턴 분석을 통해 SL paralogous pair는 다양한 환경 조건에서 일반적으로 동일한 패턴으로 발현이 일어나는 특성이 있음을 보였다. 더불어 SL paralogous pair의 발현 특성과 기능 사이의 관계를 규명하기 위해 SL paralogous pair의 대사작용 path 조절 유형과 조절 pathway의 종류에 따른 cross-regulation, 그리고 발현 패턴에서의 특성을 분석하였다. 결과적으로 SL paralogous pair가 대사물질흐름의 방향을 결정하는 역할을 수행할 때, 그리고 그들이 조절하는 pathway가 glycolysis와 관련된 pathway일 경우 이들의 발현은 환경 조건에 매우 유동적인 특성을 가짐을 알 수 있었다. 대사작용 조절에 관여하는 SL paralogous pair의 cross-reguation에 대한 분석을 통해 대사작용을 조절하는 SL paralogous pair는 일반적인 SL paralogous pair보다 더 높은 비율로 cross-regulation을 가짐을 밝혔다. SL paralogous pair의 발현에 관여하는 환경 조건에 대한 분석 결과는 SL paralogous pair의 발현에 관여하는 환경 조건은 곧 SL paralogougs pair가 조절하는 pathway에도 영향을 미침을 보여주었다. Cross-regulation과 발현 패턴에서 나타난 SL paralogous pair의 특성은 이들 유전자 쌍의 발현이 그들의 기능 그리고 환경 조건과 매우 밀접한 관련을 맺고 있음을 보여주고 있다. 즉, SL paralogous의 유기적이고 유동적 발현 조절은 환경 조건에 따라 달라지는 pathway 흐름 조절의 측면에서 더욱 명확하게 이해될 수 있다.
