We studied the relationship between gene expression patterns of whole human brain, classical anatomical structures of human brain and functions of human brain. We used microarray data from Allen Human Brain Atlas (ABHA) which provides genome-wide expression profiles in two human brains. We analyzed gene expression patterns in human whole brain regions using k-means clustering, hierarchical clustering and correlation analysis. Our result shows that the gene expression patterns in two human brains are highly correlated with the anatomical structure of human brain. In addition, since the anatomical structure of human brain is known as closely related to the function of brain, we found region specific genes, which are significantly over-expressed genes in one brain region, and analyzed those genes using DAVID functional annotation tool to see the relationship between region specific genes and functions of the region. We found some cases that several region specific genes are indeed associated to the function of brain region. Our results would help understand connection between the gene expression patterns, anatomical structures and functions of human brain.
요약문
유전자 발현 정보에 기반한 인간 전체 뇌 영역의 기능적 분석
본 논문에서는 인간의 뇌 전체 영역에서의 유전자 발현 패턴과 기존의 뇌의 해부학적인 구조 및 뇌의 기능과의 관계를 분석하는 연구를 진행하였다. 먼저 뇌의 유전자 발현과 해부학적인 구조의 관계를 보기 위하여 본 논문에서는 두 사람의 전체 뇌를 약 1000개의 영역으로 나누고 각각의 영역에서 유전자 발현 데이터를 얻은 Allen Human Brain Atlas (AHBA) 마이크로어레이 데이터를 k-평균 군집화, 계층적 군집화 및 상관관계 분석 기법을 통해 분석하였다. 해당 분석 결과는 뇌 전체의 유전자 발현의 패턴이 전반적으로 뇌의 해부학적인 구조와 유사하다는 것을 보여준다. 또한 인간 뇌의 해부학적인 구조는 뇌 각 지역의 기능과 밀접한 관련을 지닌다고 알려져 있기 때문에 뇌의 유전자 발현 패턴이 뇌의 해부학적인 구조와 유사하다면 각각 뇌 지역의 기능과도 연관이 있을 수 있다. 뇌의 유전자 발현 패턴과 뇌의 기능의 관계를 밝혀 내기 위하여 각각의 뇌 지역에 대해 특정 뇌 지역에서 나머지 모든 뇌 지역에 비해 유의하게 많이 발현 되는 지역 특정 유전자들이 해당 뇌 지역의 기능과 연관이 있을 것이라 가정하고, 지역 특정 유전자들을 찾은 뒤 이들의 생물학적인 의미를 분석하여, 지역 특정 유전자들이 해당 지역의 밝혀진 기능과 관련이 있는 몇 가지 경우를 발견하였다. 본 연구를 통해 인간 뇌 전체 영역의 유전자 발현 패턴과 뇌의 해부학적인 구조, 그리고 각각 뇌 영역의 기능 간의 연결을 확인하였다
핵심어: 사람 뇌 지역, 유전자 발현, 뇌 기능, Allen Human Brain Atlas
