초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구과제에서는 궁극적으로 DNA 메틸화의 유지 및 에피지네틱 유전자 발현 조절의 분자적 기작에 대한 이해를 위해 애기장대 VIM1 단백질의 기능을 규명하려고 한다. 연구의 목표를 실현하기 위하여
1) VIM1 단백질의 표적 염기 서열을 유전체 수준에서 분석하고 발현 조절의 메커니즘을 규명하고자 한다.
2) 상호보완적인 방법론을 적용하여 VIM1과 상호작용하는 Arabidopsis 단백질을 분리함으로써 VIM1이 표적 유전자 서열(target sequences)을 결정하는 기작을 밝히고자 한다

연구의 목적 및 내용
본 연구과제에서는 궁극적으로 DNA 메틸화의 유지 및 에피지네틱 유전자 발현 조절의 분자적 기작에 대한 이해를 위해 애기장대 VIM1 단백질의 기능을 규명하려고 한다. 연구의 목표를 실현하기 위하여
1) VIM1 단백질의 표적 염기 서열을 유전체 수준에서 분석하고 발현 조절의 메커니즘을 규명하고자 한다.
2) 상호보완적인 방법론을 적용하여 VIM1과 상호작용하는 Arabidopsis 단백질을 분리함으로써 VIM1이 표적 유전자 서열(target sequences)을 결정하는 기작을 밝히고자 한다.
3) VIM1과 상호작용하는 단백질의 DNA 메틸화 및 에피지네틱 유전자 발현 조절 과정에서의 기능을 규명하고자 한다.
4) X-ray crystallography를 이용하여 VIM1의 단백질 구조를 분석함으로써 epigenetic regulation 과정에서 VIM1의 작용 메커니즘을 밝히고자 한다.
연구결과
I. 유전체 수준에서 VIM1의 표적 염기 서열의 분석
○ ChIP-on-chip 방법으로 VIM1의 결합 염기 서열을 유전체 수준에서 분리 및 분석
○ 표적 유전자의 발현 조절 기작 연구: 발현 패턴 분석, DNA 메틸화 분석, 히스톤 변환 분석, smRNA 분석
II. VIM1과 상호작용하는 Arabidopsis 단백질의 분리
○ Yeast two hybrid(Y2H) 스크리닝 방법을 활용하여 VIM1과 상호작용하는 Arabidopsis 단백질의 분리
○ in vivo에서 VIM1 복합체(VIM1 complex)의 분리 및 구성 단백질의 동정
III. VIM1과 상호작용하는 단백질의 기능 규명
○ VIM1과 상호작용하는 유전자의 기초 분자유전학 연구
○ VIM1과 상호작용하는 단백질의 DNA 메틸화 및 에피지네틱 유전자 발현 조절에 관련된 기능 규명
IV. VIM1의 단백질 구조 분석
○ 대장균에서 VIM1 및 SRA 도메인 단백질의 정제
○ X선 회절법을 이용한 SRA 도메인 단백질의 결정화
연구결과의 활용계획
○ 종을 넘어 보존된 VIM1 유전자의 기능을 바탕으로 Arabidopsis의 연구결과를 다른 작물 (예: 벼, 옥수수) 혹은 인간을 비롯한 동물에서의 에피지네틱 유전자 발현에 대한 기작연구에 적용이 가능하다.
○ 식물의 에피지네틱 유전자 발현 조절의 기작을 규명하여 작물 형질전환체에서의 효율적인 도입 유전자 발현 제어 기술 개발을 위한 소재로 활용할 수 있다. 이는 금후 작물의 병저항성 증대, 품질향상 등 보다 고품질의 작물 생산에 있어 매우 용이하게 활용이 가능하다.
○ 외부 유전자를 도입하지 않고 epigenetic alleles의 활용을 통한 친환경적 유전자 조작방식의 도입에 활용이 가능할 것이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
Epigenetics is defined as a change of gene expression that occurs without a change of DNA sequence and can be heritable by certain mechanisms. DNA methylation is an important epigenetic mark for many biological processes, and has essential roles in regulating gene expression and

Purpose&contents
Epigenetics is defined as a change of gene expression that occurs without a change of DNA sequence and can be heritable by certain mechanisms. DNA methylation is an important epigenetic mark for many biological processes, and has essential roles in regulating gene expression and defending the genome against transposable elements. However, many missing links on the underlying the mechanisms of DNA methylation and epigenetic gene regulation are still remained. Our objective is to investigate the mechanisms of epigenetic gene regulation through studying the functions of the Arabidopsis VIM1 protein. Here, we will be committed to following four specific aims to determine the mechanism(s) responsible for the maintenance of DNA methylation and epigenetic transcriptional silencing through the Arabidopsis VIM1 protein.
Result
I. Whole-genome analysis of target sequences of VIM1
○ Genome-wide identification of VIM1-associated regions via ChIP-on-chip assays
○ Investigation on the mechanisms of epigenetic regulation for the target genes:gene expression, DNA methylation, histone modification, smRNA analyses
II. Identification of VIM1-interacting proteins
○ Identification of VIM1-interacting proteins via yeast two hybrid screens
○ Identification of VIM1-associated complexes in vivo
III. Study on the functions of VIM1-interacting proteins in Arabidopsis
○ Establishment of the basic molecular genetic studies on VIM1-interacting genes
○ Examination of the roles of VIM1-interacting proteins in DNA methylation and transcriptional silencing
IV. Analysis of the structure of the VIM1 protein
○ Purification of the VIM1 and SRA domain protein in E. coli
○ Crystallization of the SRA domain protein
Expected Contribution
○ The proposed studies will have more direct and immediate impact on our understanding of the action modes and the roles of the VIM1 protein.
○ We anticipate that the information generated in this proposal will lead to the identification of new functional and physical interactions with VIM1 that will guide future studies of VIM1-related proteins across species.
○ More practical applications are also anticipated from the investment in the fundamental aspects of plant epigenetics. Based on a large body of published work, it is clear that manipulation of epigenetic regulators provides a means to modify transgene silencing.
○ Another promising future end-point of such manipulation is the production of genetically transmissible epigenetic alleles in breeding stocks in the absence of transgenes.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 36
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 38
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 38
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 39
• 8. 공동연구책임자 대표적 연구실적 ... 40
• 9. 참고문헌 ... 40
• 10. 연구성과 ... 42
• 11. 기타사항 ... 46