2.

2. 상동성 검색 (homology search)

DNA 서열분석이 용이해짐으로써 그 아미노산 서열에 대한 정보를 얻기가 훨씬 수월해졌다. 이러한 서열들로부터 그 단백질들이 어떤 기능을 가지는 것인지를 추적할 수 있다. 같은 활성 또는 기능을 가지는 단백질들은 서열상의 유사성을 가진다. 그것은 단백질의 일차구조가 삼차원구조를 결정하기 때문이다. 물론 이러한 상동 단백질 (homologous proteins)들은 그 구조나 기능은 변화가 거의 없더라도 그 서열들은 시간이 지남에 따라 크게 달라진다. 만약 특성이 밝혀지지 않은 단백질이 잘 연구된 단백질과 높은 서열상 유사성을 가진다면 많은 유용한 정보가 얻어질 수 있다. 이것이 바로 DNA와 단백질 서열들을 비교배열하는 이유이다. 상동성 검색 (homology search)은 유사성 검색 (similarity search)이라는 말과 혼용하여 사용하기도 한다.

이 실험에서는 어떤 단백질이나 DNA 서열에 상동성을 가지는 서열들을 찾는 방법에 대하여 알아보도록 하겠다. 지난 시간에 하나의 단백질에 대한 서열들을 몇가지 생물종에서 일일이 찾았지만, 이 실험에서는 하나의 서열을 이용하여 다양한 생물종에 존재하는 수많은 상동 서열들을 찾아낼 수 있다. 이 중에는 이미 찾아진 것들도 있을 것이다.

데이터베이스를 검색하는데 어떤 프로그램을 사용할 것인가에 대해서는 논쟁의 여지가 많으며 새롭게 개발된 프로그램들이 계속 나오고 있기 때문에 선택하는데 어려움이 많다. 사용할 프로그램을 선택한 후에도 프로그램의 파라미터 값들을 다시 선택해야 하고 검색 결과도 해석할 수 있어야 한다. 이러한 문제들을 극복하기 위해서 상동성 검색의 프로그램 원리와 종류의 기본적인 지식을 가지는 것이 필요하지만 여기서는 가장 기본적인 내용만 다루도록 하겠다. (보다 자세히 알고 싶은 사람은 추가자료를 읽어보기 바란다).

2-1. 검색 요령
1. 상동성 검색 시 query 서열로 사용할 수 있는 것은 염기나 아미노산 서열이다. 즉, DNA나 단백질 서열이다. Query 서열은 반드시 Fasta form으로 주어져야만 한다.

2. DNA나 단백질 서열은 각기 다른 목적으로 사용된다. 상동성 검색에 주로 사용되는 것은 단백질 서열이고, DNA 서열은 동일한 서열이나 밀접하게 연관된 것들을 찾는데 유용하다.

3. 사용되는 데이터베이스에는 여러 가지가 있고 계속 증가한다. 다양한 분석을 하기 위해서는 이들에 대하여 알고 있어야 하지만 기본적으로는 nucleotide database 인 nr과 protein database인 pdb 또는 swissprot 이 이용된다. 어떤 database를 선택하느냐에 따라 얻어지는 자료의 양과 그에 따른 소요시간이 달라진다.

기본적인 사용원칙은 다음 표와 같다.

표 1. BLAST에서 가능한 검색들^a
program	query	database	comparison	common use
blastn	DNA	DNA	DNA level	Seek identical DNA sequences and splicing patterns
blastp	protein	protein	protein level	Find homologous proteins
blastx	DNA	protein	protein level	Analyze new DNA to find genes and seek homologous proteins
tblastn	protein	DNA	protein level	Search for genes in unannotated DNA
tblastx	DNA	DNA	protein level	Discover gene structure
^a FASTA에서도 유사한 검색이 이루어진다.

이외에도 다음과 같은 특수한 database에 대한 검색도 가능한다.

4. 검색에 사용되는 프로그램에도 여러 가지가 있지만 주로 Blast 가 이용된다. 그리고 이 프로그램들을 이용할 기본적으로 주어진 값인 설정값이 사용되지만, 여러 가지 변수들을 임의로 입력할 수가 있다. 다만 입력값에 대한 원칙은 없으며, 시행착오를 통해 보다 유용한 결과를 얻을 수도 있다. Blast의 사용요령은 NCBI 웹에서도 배울 수 있다; BLAST Tutorial. 또한 기본적인 의문사항에 대해서는 별도의 설명도 주어져 있다: Frequently asked questions (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/). 몇가지 기본적인 점에 대해서는 추가자료2 를 읽어보기 바란다.

Blast search: Sequence alignments provide a powerful way to compare novel sequences with previously characterized genes. Both functional and evolutionary information can be inferred from well designed queries and alignments. BLAST 2.0, (Basic Local Alignment Search Tool), provides a method for rapid searching of nucleotide and protein databases. Since the BLAST algorithm detects local as well as global alignments, regions of similarity embedded in otherwise unrelated proteins can be detected. Both types of similarity may provide important clues to the function of uncharacterized proteins.

2-2. 검색과정

NCBI에서의 검색요령을 단계별로 구성하였다.

1. NCBI원하는 검색과정을 선택한다.

2. Query 서열을 입력한다. (서열: SR protein, cDNA)

3. 설정이 제대로 이루어졌으면 format을 실행한다.

4. 별개의 창으로 열리는 결과를 분석한다.

   2-3.과제물

  1. 지난 시간에 주어진 자료를 이용하여 상동성 검색을 실시한다.
       우선 단백질 서열을 입력하여 검색을 실시하고 Graphical Overview를 복사하여 편집한 후 제출한다.
       찾아진 것들 중 가장 상동성이 높은 것 5개를 찾아 그 자료를 제출한다. 이들 중 첫 번째는 아마도 
          query 서열에 해당할 것이므로 이것을 제외한 나머지 4개에 대하여 그 서열을 가진 생물종의 명칭과 관련논문을 자료로 제출한다.
       Query 서열과 함께, 각각의 서열을 fasta form을 복사하여 하나의 txt 파일로 저장하고 결과물로 제출한다.
 
   2. 위 과정을 DNA 서열을 입력하여 실시하고 동일한 결과물을 제출한다.