Melanogenesis is the production of melanin from tyrosine by a series of enzyme-catalyzed reactions, in which tyrosinase and DOPA oxidase play key roles. The melanin content in the skin determines skin pigmentation. Abnormalities in skin pigmentation lead to various skin pigmentation disorders. Recent research has shown that the expression of EMP2 is much lower in melanoma than in normal melanocytes, but its role in melanogenesis has not yet been elucidated. Therefore, we investigated the role of EMP2 in the melanogenesis of MNT1 human melanoma cells. We examined TRP-1, TRP-2, and TYR expression levels during melanogenesis in MNT1 melanoma cells by gene silencing of EMP2. Western blot and RT-PCR results confirmed that the expression levels of TYR and TRP-2 were decreased when EMP2 expression was knocked down by EMP2 siRNA in MNT1 cells, and these changes were reversed when EMP2 was overexpressed. We verified the EMP2 gene was knocked out of the cell line (EMP2 CRISPR/Cas9) by using a CRISPR/Cas9 system and found that the expression levels of TRP-2 and TYR were significantly lower in the EMP2 CRISPR/Cas9 cell lines. Loss of EMP2 also reduced migration and invasion of MNT1 melanoma cells. In addition, the melanosome transfer from the melanocytes to keratinocytes in the EMP2 KO cells cocultured with keratinocytes was reduced compared to the cells in the control coculture group. In conclusion, these results suggest that EMP2 is involved in melanogenesis via the regulation of TRP-2 expression.
Ji Sun Park;Young-Woo Kim;Hyungdong Kim;Sun-Ki Kim;Kyeongsoon Park
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.11
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pp.1506-1512
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2023
Quantitative analysis of adenosine triphosphate (ATP) has been widely used as a diagnostic tool in the food and medical industries. Particularly, the pathogenesis of a few diseases including inflammatory bowel disease (IBD) is closely related to high ATP concentrations. A bioluminescent D-luciferin/luciferase system, which includes a luciferase (FLuc) from the firefly Photinus pyralis as a key component, is the most commonly used method for the detection and quantification of ATP. Here, instead of isolating FLuc produced in recombinant Escherichia coli, we aimed to develop a whole-cell biocatalyst system that does not require extraction and purification of FLuc. To this end, the gene coding for FLuc was introduced into the genome of probiotic Saccharomyces boulardii using the CRISPR/Cas9-based genome editing system. The linear relationship (r2 = 0.9561) between ATP levels and bioluminescence generated from the engineered S. boulardii expressing FLuc was observed in vitro. To explore the feasibility of using the engineered S. boulardii expressing FLuc as a whole-cell biosensor to detect inflammation biomarker (i.e., ATP) in the gut, a colitis mouse model was established using dextran sodium sulfate as a colitogenic compound. Our findings demonstrated that the whole-cell biosensor can detect elevated ATP levels during gut inflammation in mice. Therefore, the simple and powerful method developed herein could be applied for non-invasive IBD diagnosis.
Cancer cells predominantly generate energy via glycolysis, even in the presence of oxygen, to support abnormal cell proliferation. Suppression of PDHA1 by PDK1 prevents the conversion of cytoplasmic pyruvate into Acetyl-CoA. Several PDK inhibitors have been identified, but their clinical applications have not been successful for unclear reasons. In this study, endogenous PDHA1 in A549 cells was silenced by the CRISPR/Cas9 system, and PDHA1WT and PDHA13SD were transduced. Since PDHA13SD cannot be phosphorylated by PDKs, it was used to evaluate the specific activity of PDK inhibitors. This study highlights that PDHA1WT and PDHA13SD A549 cells can be used as a cell-based PDK inhibitor-distinction system to examine the relationship between PDH activity and cell death by established PDK inhibitors. Leelamine, huzhangoside A and otobaphenol induced PDH activity-dependent apoptosis, whereas AZD7545, VER-246608 and DCA effectively enhanced PDHA1 activity but little toxic to cancer cells. Furthermore, the activity of phosphomimetic PDHA1 revealed the complexity of its regulation, which requires further in-depth investigation.
The expression of BCL-2 interacting cell death suppressor (BIS), an anti-stress or anti-apoptotic protein, has been shown to be regulated at the transcriptional level by heat shock factor 1 (HSF1) upon various stresses. Recently, HSF1 was also shown to bind to BIS, but the significance of these protein-protein interactions on HSF1 activity has not been fully defined. In the present study, we observed that complete depletion of BIS using a CRISPR/Cas9 system in A549 non-small cell lung cancer did not affect the induction of heat shock protein (HSP) 70 and HSP27 mRNAs under various stress conditions such as heat shock, proteotoxic stress, and oxidative stress. The lack of a functional association of BIS with HSF1 activity was also demonstrated by transient downregulation of BIS by siRNA in A549 and U87 glioblastoma cells. Endogenous BIS mRNA levels were significantly suppressed in BIS knockout (KO) A549 cells compared to BIS wild type (WT) A549 cells at the constitutive and inducible levels. The promoter activities of BIS and HSP70 as well as the degradation rate of BIS mRNA were not influenced by depletion of BIS. In addition, the expression levels of the mutant BIS construct, in which 14 bp were deleted as in BIS-KO A549 cells, were not different from those of the WT BIS construct, indicating that mRNA stability was not the mechanism for autoregulation of BIS. Our results suggested that BIS was not required for HSF1 activity, but was required for its own expression, which involved an HSF1-independent pathway.
Kim, Han-Woong;Seo, Sun-Min;Kim, Jun-Young;Lee, Jae Hoon;Lee, Han-Woong;Choi, Yang-Kyu
Journal of Veterinary Science
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v.22
no.3
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pp.36.1-36.12
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2021
Background: Mouse hepatitis virus (MHV) A59 is a highly infectious pathogen and starts in the respiratory tract and progresses to systemic infection in laboratory mice. The complement system is an important part of the host immune response to viral infection. It is not clear the role of the classical complement pathway in MHV infection. Objectives: The purpose of this study was to determine the importance of the classical pathway in coronavirus pathogenesis by comparing C1qa KO mice and wild-type mice. Methods: We generated a C1qa KO mouse using CRISPR/Cas9 technology and compared the susceptibility to MHV A59 infection between C1qa KO and wild-type mice. Histopathological and immunohistochemical changes, viral loads, and chemokine expressions in both mice were measured. Results: MHV A59-infected C1qa KO mice showed severe histopathological changes, such as hepatocellular necrosis and interstitial pneumonia, compared to MHV A59-infected wild-type mice. Virus copy numbers in the olfactory bulb, liver, and lungs of C1qa KO mice were significantly higher than those of wild-type mice. The increase in viral copy numbers in C1qa KO mice was consistent with the histopathologic changes in organs. These results indicate that C1qa deficiency enhances susceptibility to MHV A59 systemic infection in mice. In addition, this enhanced susceptibility effect is associated with dramatic elevations in spleen IFN-γ, MIP-1 α, and MCP-1 in C1qa KO mice. Conclusions: These data suggest that C1qa deficiency enhances susceptibility to MHV A59 systemic infection, and activation of the classical complement pathway may be important for protecting the host against MHV A59 infection.
Pyrococcus furiosus α-amylase can hydrolyze α-1,4 linkages in starch and related carbohydrates under hyperthermophilic condition (~ 100℃), showing great potential in a wide range of industrial applications, while its relatively low productivity from heterologous hosts has limited the industrial applications. Bacillus subtilis, a gram-positive bacterium, has been widely used in industrial production for its non-pathogenic and powerful secretory characteristics. This study was conducted to increase production of P. furiosus α-amylase in B. subtilis through three strategies. Initial experiments showed that co-expression of P. furiosus molecular chaperone peptidyl-prolyl cis-trans isomerase through genomic integration mode, using a CRISPR/Cas9 system, increased soluble amylase production. Therefore, considering that native P. furiosus α-amylase is produced within a hyperthermophilic environment and is highly thermostable, heat treatment of intact culture at 90℃ for 15 min was performed, thereby greatly increasing soluble amylase production. After optimization of the culture conditions (nitrogen source, carbon source, metal ion, temperature and pH), experiments in a 3-L fermenter yielded a soluble activity of 3,806.7 U/ml, which was 3.3- and 28.2-fold those of a control without heat treatment (1,155.1 U/ml) and an empty expression vector control (135.1 U/ml), respectively. This represents the highest P. furiosus α-amylase production reported to date and should promote innovation in the starch liquefaction process and related industrial productions. Meanwhile, heat treatment, which may promote folding of aggregated P. furiosus α-amylase into a soluble, active form through the transfer of kinetic energy, may be of general benefit when producing proteins from thermophilic archaea.
Bacteriophages infecting Acidovorax citrulli, the causal agent of bacterial fruit blotch, have been proven to be effective for the prevention and control of this disease. However, the occurrence of bacteriophage-resistant bacteria is one of hurdles in phage biocontrol and the understanding of phage resistance in this bacterium is an essential step. In this study, we aim to investigate possible phage resistance of A. citrulli and relationship between phage resistance and pathogenicity, and to isolate and characterize the genes involved in these phenomena. A phage-resistant and less-virulent mutant named as AC-17-G1 was isolated among 3,264 A. citrulli Tn5 mutants through serial spot assays and plaque assays followed by pathogenicity test using seed coating method. The mutant has the integrated Tn5 in the middle of a cupin protein gene. This mutant recovered its pathogenicity and phage sensitivity by complementation with corresponding wild-type gene. Site-directed mutation of this gene from wild-type by CRISPR/Cas9 system resulted in the loss of pathogenicity and acquisition of phage resistance. The growth of AC-17-G1 in King's B medium was much less than the wild-type, but the growth turned into normal in the medium supplemented with D-mannose 6-phosphate or D-fructose 6-phosphate indicating the cupin protein functions as a phosphomannos isomerase. Sodium dodecyl sulfa analysis of lipopolysaccharide (LPS) extracted from the mutant was smaller than that from wild-type. All these data suggest that the cupin protein is a phosphomannos isomerase involved in LPS synthesis, and LPS is an important determinant of pathogenicity and phage susceptibility of A. citrulli.
The differentiation of pluripotent stem cells has been used to study disease mechanisms and development. We previously described a method for differentiating human pluripotent stem cells (hPSCs) into salivary gland epithelial progenitors (SGEPs). Here, cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) knockout hPSCs were differentiated into SGEPs derived from CFTR knockout hESCs (CF-SGEPs) using the same protocol to investigate whether the hPSC-derived SGEPs can model the characteristics of CF. CF-a disease that affects salivary gland (SG) function-is caused by mutations of the CFTR gene. Firstly, we successfully generated CFTR knockout hPSCs with reduced CFTR protein expression using the CRISPR-Cas9 system. After 16 days of differentiation, the protein expression of CFTR decreased in SGEPs derived from CFTR knockout hESCs (CF-SGEPs). RNA-Seq revealed that multiple genes modulating SG development and function were down-regulated, and positive regulators of inflammation were up-regulated in CF-SGEPs, correlating with the salivary phenotype of CF patients. These results demonstrated that CFTR suppression disrupted the differentiation of hPSC-derived SGEPs, which modeled the SG development of CF patients. In summary, this study not only proved that the hPSC-derived SGEPs could serve as manipulable and readily accessible cell models for the study of SG developmental diseases but also opened up new avenues for the study of the CF mechanism.
Gene edited crops can be classified as SDN-1, SDN-2 and SDN-3 group depending on their mutation's range and the usage of donor DNA. The SDN-1 and SDN-2 crops, in particular, could be developed as 100% transgene-free, which do not contain any DNA fragment of the vector or guide RNA used for gene editing such as CRISPR Cas9 system. Therefore, there are no scientific methods available for the detection of these crops and differentiation with the one produced by conventional cross breeding techniques. Additionally, it would be impossible to properly implement the existing GMO regulation law, in particular, the national legislation for "GMO labelling". In this regard, Australia has announced that SDN-1 crops will not be subjected to the existing GMO regulation. Furthermore, Argentina and Brazil have established a new policy that GE crops with no transgene (100% transgene-free crops) should be exempted from the scope of the GMO. In addition, Japan has also announced that "an organism that has no remnants of inserted nucleic acid processed extracellularly is not subjected to the Cartagena Act". It means that SDN-2 crops can also be exempted from the scope of GMO. In this trend, in South Korea, I suggested that gene edited crops with no remnants of inserted foreign DNA fragments should be excluded from the existing GMO regulation. Thus, I expect that diverse elite crop lines should be developed by using advanced gene editing technologies
Chang, Yoo Jin;Bae, Jihyeon;Zhao, Yang;Lee, Geonseong;Han, Jeongpil;Lee, Yoon Hoo;Koo, Ok Jae;Seo, Sunmin;Choi, Yang-Kyu;Yeom, Su Cheong
Journal of Veterinary Science
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v.21
no.2
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pp.26.1-26.14
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2020
Pancreatic ductal adenocarcinoma is a lethal cancer type that is associated with multiple gene mutations in somatic cells. Genetically engineered mouse is hardly applicable for developing a pancreatic cancer model, and the xenograft model poses a limitation in the reflection of early stage pancreatic cancer. Thus, in vivo somatic cell gene engineering with clustered regularly interspaced short palindromic repeats is drawing increasing attention for generating an animal model of pancreatic cancer. In this study, we selected Kras, Trp53, Ink4a, Smad4, and Brca2 as target genes, and applied Campylobacter jejuni Cas9 (CjCas9) and Streptococcus pyogens Cas9 (SpCas9) for developing pancreatic cancer using adeno associated virus (AAV) transduction. After confirming multifocal and diffuse transduction of AAV2, we generated SpCas9 overexpression mice, which exhibited high double-strand DNA breakage (DSB) in target genes and pancreatic intraepithelial neoplasia (PanIN) lesions with two AAV transductions; however, wild-type (WT) mice with three AAV transductions did not develop PanIN. Furthermore, small-sized Cjcas9 was applied to WT mice with two AAV system, which, in addition, developed high extensive DSB and PanIN lesions. Histological changes and expression of cancer markers such as Ki67, cytokeratin, Mucin5a, alpha smooth muscle actin in duct and islet cells were observed. In addition, the study revealed several findings such as 1) multiple DSB potential of AAV-CjCas9, 2) peri-ductal lymphocyte infiltration, 3) multi-focal cancer marker expression, and 4) requirement of > 12 months for initiation of PanIN in AAV mediated targeting. In this study, we present a useful tool for in vivo cancer modeling that would be applicable for other disease models as well.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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