후성유전학

후성유전학연구회

저자:후성유전학연구회
집필진대표
김영준연세대학교
윤홍덕서울대학교의과대학

집필기획팀
김태수이화여자대학교
노재석연세대학교
이정신강원대학교
이지민한국과학기술원(KAIST)

집필위원
권소희연세대학교
김경환충북대학교
김락균연세대학교의과대학
김미랑한국생명공학연구원(KRIBB)
김미영한국과학기술원(KAIST)
김선영한국생명공학연구원(KRIBB)
김애리부산대학교
김영국전남대학교
김재훈한국과학기술원(KAIST)
김정애한국생명공학연구원(KRIBB)
김태경포항공과대학교(POSTECH)
김태수이화여자대학교
노유선서울대학교
노재석연세대학교
노태영포항공과대학교(POSTECH)
유경현숙명여자대학교
유정수건국대학교의과대학
윤기준한국과학기술원(KAIST)
윤홍덕서울대학교의과대학
이선민캠브리지대학교(영국)
이정신강원대학교
이지민한국과학기술원(KAIST)
장현철국립암센터
정인경한국과학기술원(KAIST)
조원기한국과학기술원(KAIST)
조은정성균관대학교
최무림서울대학교의과대학
허진회서울대학교

PARTI
BeyondGenetics-Epigenetics1
Chapter1후성유전학소개3
01후성유전이란무엇일까?4
Chapter2후성유전학의역사7
01후성유전학의태동8
02DNA메틸화(DNAmethylation)발전8
03히스톤코드(Histonecode):후성유전암호9
04염색체와게놈:후성유전체학의발전10
Chapter3후성유전학의중요성11
01세포분화및발생과후성유전12
02생물다양성과진화13
03기억,노화,본능등생물학적난제와후성유전학의미래14
04환경및환경유래질병과후성유전학15
Chapter4후성유전학연구모델(model)17
01효모:출아효모(buddingyeast)와분열효모(fissionyeast)18
02초파리(Drosophilamelanogaster)25
03애기장대(Arabidopsisthaliana)27

PARTII
MechanismsofEpigenetics31
Chapter5크로마틴의구조33
01크로마틴34
02뉴클레오솜35
03뉴클레오솜위치선정37
04비히스톤단백질38
05크로마틴의구조체계39
06히스톤변이체41
Chapter6뉴클레오솜조립43
01DNA복제과정에서뉴클레오솜조립44
02유전자전사과정에서뉴클레오솜조립44
03히스톤샤페론45
Chapter7DNA메틸화47
01DNA메틸화의의의및역할48
02정상세포와암세포에서의DNA메틸화51
03DNAmethyltransferaseDNMT(DNA메틸화효소)의종류및기능52
04미토콘드리아DNA메틸화57
Chapter8DNA탈메틸화59
01DNAdemethylase(DNA탈메틸화효소)의종류및기능60
Chapter9RNA메틸화67
01개요68
02N6-Methyladenosine(N6-메틸아데노신;m6A)변형69
Chapter10히스톤아세틸화75
01히스톤아세틸화(acetylation)의역할76
02히스톤아세틸화효소(histoneacetyltransferase,HAT)의종류및역할77
03히스톤탈아세틸화효소(histonedeacetylase,HDAC)의종류및역할81
04히스톤아세틸화리더영역(readerdomain)인자의역할85
Chapter11히스톤메틸화89
01히스톤메틸화의역할90
02히스톤메틸화효소의종류및역할91
03히스톤탈메틸화효소의종류및역할94
04히스톤메틸화리더도메인의종류및역할96
Chapter12기타히스톤수식99
01Histonephosphorylation(히스톤인산화)100
02Histoneubiquitination(히스톤유비퀴틴화)103
03그밖의히스톤수식105
Chapter13히스톤코드의상호조절109
01히스톤아세틸화-메틸화crosstalk110
02히스톤메틸화-유비퀴틴화crosstalk116
03기타히스톤수식간의crosstalk118
Chapter14크로마틴리모델링121
01Chromatinaccessibility(크로마틴접근도)의후성유전학적의의122
02크로마틴리모델링과정의분류123
03ATP-independent(ATP-비의존적)크로마틴리모델링125
04ATP-dependent(ATP-의존적)크로마틴리모델링126
Chapter15고차원크로마틴구조135
01고차원크로마틴구조의의의및기능136
02염색체영역(chromosometerritory)및구획화(compartmentalization)141
03크로마틴의위상결합도메인(topologicallyassociatingdomain)142
04고차원크로마틴구조조절인자144
05상분리현상(phaseseparation)의의의및기능146
Chapter16Smallnon-codingRNA149
01작은조절비암호화RNA의분류150
02마이크로RNA의발견과초기연구151
03piRNA의발견과초기연구151
04Endo-siRNA의발견과초기연구151
05마이크로RNA와유전자발현조절151
06piRNA와유전자발현조절155
07Endo-siRNA와유전자발현조절157
Chapter17Longnon-codingRNA161
01긴비암호화RNA의유전체적특징162
02긴비암호화RNA의세포생리학적기능166
03질병연관성167

PARTIII
EpigeneticRegulationofBiologicalProcess171
Chapter18후성유전학정보의유지173
01DNA메틸화에의한후성유전학정보의유지174
02DNA복제중히스톤단백질의역동성175
03유사분열과후성유전학정보보존및전달179
04감수분열과후성유전학정보보존및전달182
Chapter19X염색체정보의보존기작185
01Xchromosomeinactivation(X염색체불활성화)소개187
02XCI의분자적인기작189
03요약192
Chapter20후성유전학정보의각인195
01Imprinting(각인)의발견및의의196
02각인의기작및조절198
03발생및질병에서의각인의역할203
Chapter21대사조절에의한후성유전제어207
01Methylation(메틸화)조절에관여하는대사물질의종류및기능208
02Acetylation(아세틸화)조절에관여하는대사물질의종류및기능211
03대사변화에의한세포발생및분화조절212
Chapter22후성유전학적세포방어기전217
01산화스트레스(oxidativestress)의후성유전학적제어218
02DNAdamage(DNA손상)의후성유전학적제어219
03Autophagy(자가포식작용)의후성유전학적제어223

PARTIV
EpigeneticRegulationofCellularIdentity227
Chapter23후성유전학과세포운명및분화229
01Epigeneticlandscape(후성유전학적지형)230
02세포운명및세포분화230
03배아줄기세포의정의및특징230
04배아줄기세포분화의후성유전학적조절232
05유도만능줄기세포및후성유전학적조절235
Chapter24후성유전학과근골격계분화239
01근육분화와후성유전학240
02뼈분화와후성유전학244

PARTV
EpigeneticsandHumanDisease251
Chapter25면역과후성유전학253
01면역반응254
02선천면역세포의전사적,후성유전학적조절에의한염증반응개시255
03선천면역세포의교육면역256
04적응면역세포의후성유전학적조절258
Chapter26뇌발달질환과후성유전학263
01후성유전학조절인자에생기는돌연변이에의한신경발달질환264
02크로마틴에생성되는후성유전학적변형에의해생기는신경발달질환267
Chapter27암발생및암전이273
01암발생및전이개요274
02종양발생및전이과정의후성유전학적이해275
Chapter28암후성유전체의변이281
01DNAmethylation변이에의한암발생282
02Histonemethylation변이에의한암발생284
03Histoneacetylation변이에의한암발생287
04BETbromodomain단백질에의한암발생290
05히스톤돌연변이와암292
06비번역RNA에의한종양형성조절293
Chapter29암의후성유전학적치료297
01DNAmethylation(DNA메틸화)적중치료298
02Histoneacetylation(히스톤아세틸화)적중치료299
03Histonemethylation(히스톤메틸화)적중치료302
04인핸서리더(enhancerreader)적중치료304
05후성유전학적치료의차세대전략개발304

PARTVI
ExperimentalEpigenetics307
Chapter30후성유전학실험기법309
01후성유전학연구를위한염기서열분석법(SequencingtechniquesforEpigenetics)310
02NGS를이용한후성유전학실험기법(MethodologiesforEpigeneticsusingnextgenerationsequencing)316
Chapter31후성유전학분석기법321
01NGS(NextGenerationSequencing)데이터분석의기초원리322
02단일세포를이용한NGS실험기법의기초원리327

찾아보기333

생명의기원을따라가다보면태초의첫생명체는무엇이며어떻게생겨났는지에대한궁금증이가장먼저다가옵니다.하지만원시적인초기생명체가현재우리가보고있는다양하고복잡한생명체들로발전해온과정은더이해하기어려운현상인것같습니다.생명체가살아가고진화해나가는기본원리들을밝히기위한많은선구자들의유전학적,생화학적,그리고세포생물학적인연구덕분에우리는생명현상의유전과진화가어떻게일어나는지에대하여알게되었습니다.특히최근급격한유전체분석기술의발달은생명체가어떻게설계되었는지를밝히는계기가되었으며유전체설계도를교정하여질병에대항하려는시도까지가능해지고있습니다.멘델의유전법칙에서부터현대유전체정보분석에이르기까지유전정보는많은생명현상을잘설명해주고있습니다.하지만동일한유전정보를가지는생명체사이에서도많은형질차이들이관찰되면서유전정보만이생명현상을설명해주지는못한다는사실들이알려지게되었습니다.환경에따라암수가바뀌는물고기나벌의경우유전정보의변화없이도환경의영향에따라서형질전환이일어나는좋은예입니다.또한한사람의다양한세포들은동일한유전정보를가지고있음에도신경세포,혈액세포,뼈세포와같이전혀다른모양과기능의세포로만들어지는것도유전정보만으로설명할수없는현상입니다.이러한현상들은유전정보자체를변형하지않고도각유전정보에대한활용접근성을제어함으로써일어납니다.유전정보에대한접근성제어는염색체를구성하는DNA와히스톤단백질에대한다양한화학적수식에의해일어나며이러한현상을후성유전학적현상이라합니다.

본교재를통하여후성유전학의개념이어떻게시작되었으며전통적인생물학적개념에서어떻게자리잡고있는가를살펴보고,이분야의다양한문제들을고찰하고자하였습니다.우선첫째로,후성유전의기본구성물질은무엇인지,둘째로후성유전이어떻게유전자발현을조절하는지,셋째로후성유전학연구는어떻게하는지,넷째로후성유전이발생및질병에미치는영향은무엇인지등을알아보기위해다양한모델의생명체연구결과를정리하였습니다.이를통하여후성유전학의기본개념을이해하고종합적인관점에서생명의유전과발생진화현상을이해할수있기를바랍니다.