Ensemble Genome Browser를 이용한 종별 아미노산 서열 보존 비교

DNA 염기 서열 중 exon 영역의 변이로 인해 missense variant가 발생하면, 결과적으로 단백질을 구성하는 아미노산 서열에 변화가 생기고 이는 단백질의 구조 및 역할에 영향을 미치게 됩니다. 또한 진화적인 관점에서 서로 다른 종에서의 단백질이라고 하더라도, 비슷한 역할을 하는 단백질의 서열은 서로 유사성 (Homology)을 갖게 되는데, 일반적으로는 중요한 기능을 수행하는 부위의 아미노산 서열은 보존 (Conserved sequence)되어 있는 경우가 많습니다. 이러한 원리를 바탕으로 missense 변이의 영향을 평가하는 많은 in-silico prediction tool 들이 개발되었고, 논문에서도 어떠한 단백질 변이의 영향을 평가하는 경우에 얼마나 진화적 관점에서 해당 부위가 보존되었나?를 그림으로 보여주는 경우가 많습니다. 그래서 이번 포스팅을 관심 있는 유전자의 단백 위치에서 여러 종간 아미노산 서열의 보존 정도를 Ensemble Genome Browser를 이용하여 살펴보는 방법에 대해서 정리하고자 합니다.

<관련 포스팅 보기>

아미노산 치환의 효과 예측: In silico tool의 원리와 종류

바이오 연구자를 위한 Genome Browser 비교 및 활용

 

I. 관심있는 서열의 Genomic location 찾기

이번 포스팅에서는 CFTR L74Q 변이 (rs142540482)를 예로,  74번 아미노산을 기준으로 전후 20개씩 총 41개의 아미노산 서열의 종간 보존 정도를 살펴보도록 하겠습니다. 해당 변이의 정보를 살펴보면, mRNA transcript number는 NM_000492.3: c.221G>A 치환에 의해 발생한 변이입니다. GRCh37 버젼을 기준으로 하면 해당 변이의 유전자 위치는 Chr7: 117149144 이므로, -61/+62 하면, 7:117149083-117149206 부위의 서열을 살펴보면 됩니다.

 

II. Ensemble Browser에서 Orthologue 서열 alignment하기

Comparative Genomics

Ensemble에서 제공하는 Comparative Genomics 정보를 이용하여, 종간 genomic sequence alignment를 시행합니다. Human 외에도 여러 생물 종을 선택할 수 있는데, 저는 가장 대표적인 15개의 포유류로 선택하였습니다. 그러면 아래와 같이, Human을 기준으로 종별로 alignment가 된 시퀀스를 얻을 수 있습니다.

Comparative Genomics_2

 

III. Alignment를 시행한 시퀀스를 바탕으로 아미노산 서열 구하기

마지막으로 해당 서열을 translation하여, 어떠한 아미노산 서열이 되는지를 구하면 됩니다. 시퀀스를 알 경우, 아미노산 서열로 변환해주는 도구들은 많이 있으므로, 이를 이용하면 됩니다. 여기서는 웹툴을 이용해 보도록 하겠습니다. 위에서 구한 시퀀스를 입력하면, 자동으로 아미노산 서열로 변환해 줍니다. 여기서 주의할 점은 Triplet codon의 Frame이 맞는지 확인합니다. 그렇지 않으면, frameshift된 결과를 얻게 됩니다.

translator

DNA to protein translation tool 바로가기

 

IV. Figure 만들기

그림1
[CFTR 74, 75번째 아미노산의 종간 보존 정도를 보여주는 Figure] 74번째 및 75번째 Arginine 서열이 잘 보존되어 있어, 기능적으로도 중요한 위치임을 알 수 있습니다.
  위에서 얻은 아미노산 서열 데이터를 기반으로, 원하는 figure를 작성합니다. 엑셀과 파워포인트를 잘 활용하면, 위의 그림과 같은 논문을 위한 figure를 쉽게 만들 수 있습니다. (참 쉽죠?)  위의 figure는 실제 이러한 과정으로 만들어진, 이번에 투고했던 논문에 들어간 CFTR의 종간 보존을 보여주는 figure 입니다.

글쓴이: Jihoon Yoon

인체라는 소우주를 탐험하는 호기심 많은 연구자

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