Lysine methylation is one of the most important histone modifications that modulate chromatin structure. In the present study, the roles of the histone lysine demethylases JMJD2a and LSD1 in CK2 downregulation-mediated senescence were investigated. The ectopic expression of JMJD2a and LSD1 suppressed the induction of senescence-associated β-galactosidase activity and heterochromatin foci formation as well as the reduction of colony-forming and cell migration ability mediated by CK2 knockdown. CK2 downregulation inhibited JMJD2a and LSD1 expression by activating the mammalian target of rapamycin (mTOR)-ribosomal p70 S6 kinase (p70S6K) pathway. In addition, the down-regulation of JMJD2a and LSD1 was involved in activating the p53-p21Cip1/WAF1-SUV39h1-trimethylation of the histone H3 Lys9 (H3K9me3) pathway in CK2-downregulated cells. Further, CK2 downregulation-mediated JMJD2a and LSD1 reduction was found to stimulate the dimethylation of Lys370 on p53 (p53K370me2) and nuclear import of SUV39h1. Therefore, this study indicated that CK2 downregulation reduces JMJD2a and LSD1 expression by activating mTOR, resulting in H3K9me3 induction by increasing the p53K370me2-dependent nuclear import of SUV39h1. These results suggest that CK2 is a potential therapeutic target for age-related diseases.
Lim, Sora;Cha, Seho;Jang, Jun Hyeong;Yang, Dahye;Choe, Joonho;Seo, Taegun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.1
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pp.189-196
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2017
Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) is associated with formation of Kaposi's sarcoma, multicentric Castleman's disease, and primary effusion lymphoma. Replication and transcription activator (RTA) genes are expressed upon reactivation of KSHV, which displays a biphasic life cycle consisting of latent and lytic replication phases. RTA protein expression results in KSHV genome amplification and successive viral lytic gene expression. Transcriptional activity of viral lytic genes is regulated through epigenetic modifications. In Raji cells latently infected with Epstein-Barr virus, various modifications, such as acetylation and methylation, have been identified at specific lysine residues in histone H4 during viral reactivation, supporting the theory that expression of specific lytic genes is controlled by histone modification processes. Data obtained from chromatin immunoprecipitation and quantitative real-time PCR analyses revealed alterations in the H4K8ac and H4K20me3 levels at lytic gene promoters during reactivation. Our results indicate that H4K20me3 is associated with the maintenance of latency, while H4K8ac contributes to KSHV reactivation in infected TREx BCBL-1 RTA cells.
Breast cancer is one of the leading causes of cancer in women all over the world and accounts for ~25% of newly observed cancers in women. Epigenetic modifications influence differential expression of genes through non-coding RNA and play a crucial role in cancer regulation. In the present study, epigenetic regulation of gene expression by in-silico analysis of histone modifications using chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) has been carried out. Histone modification data of H3K4me3 from one normal-like and four breast cancer cell lines were used to predict miRNA expression at the promoter level. Predicted miRNA promoters (based on ChIP-Seq) were used as a probe to identify gene targets. Five triple-negative breast cancer (TNBC)-specific miRNAs (miR153-1, miR4767, miR4487, miR6720, and miR-LET7I) were identified and corresponding 13 gene targets were predicted. Eight miRNA promoter peaks were predicted to be differentially expressed in at least three breast cancer cell lines (miR4512, miR6791, miR330, miR3180-3, miR6080, miR5787, miR6733, and miR3613). A total of 44 gene targets were identified based on the 3'-untranslated regions of downregulated mRNA genes that contain putative binding targets to these eight miRNAs. These include 17 and 15 genes in luminal-A type and TNBC respectively, that have been reported to be associated with breast cancer regulation. Of the remaining 12 genes, seven (A4GALT, C2ORF74, HRCT1, ZC4H2, ZNF512, ZNF655, and ZNF608) show similar relative expression profiles in large patient samples and other breast cancer cell lines thereby giving insight into predicted role of H3K4me3 mediated gene regulation via the miRNA-mRNA axis.
BirA ligase is a prokaryotic ortholog of holocarboxylase synthetase (HCS) that can biotinylate proteins. This study tested the hypothesis that BirA ligase catalyzes the biotinylation of eukaryotic histones. If so, this would mean that recombinant BirA ligase is a useful surrogate for HCS in studies of histone biotinylation. The biological activity of recombinant BirA ligase was confirmed by enzymatic biotinylation of p67. In particular, it was found that BirA ligase biotinylated both calf thymus histone H1 and human bulk histone extracts. Incubation of recombinant BirA ligase with H3-based synthetic peptides showed that lysines 4, 9, 18, and 23 in histone H3 are the targets for the biotinylation by BirA ligase. Modification of the peptides (e.g., serine phosphorylation) affected the subsequent biotinylation by BirA ligase, suggesting crosstalk between modifications. In conclusion, this study suggests that prokaryotic BirA ligase is a promiscuous enzyme and biotinylates eukaryotic histones. Moreover the biotinylation of histones by BirA ligase is consistent with the proposed role of human HCS in chromatin.
Su, Xin-Zhuan;Jiang, Hongying;Yi, Ming;Mu, Jianbing;Stephens, Robert M.
Parasites, Hosts and Diseases
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v.47
no.2
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pp.83-91
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2009
The completion of many malaria parasite genomes provides great opportunities for genomewide characterization of gene expression and high-throughput genotyping. Substantial progress in malaria genomics and genotyping has been made recently, particularly the development of various microarray platforms for large-scale characterization of the Plasmodium falciparum genome. Microarray has been used for gene expression analysis, detection of single nucleotide polymorphism (SNP) and copy number variation (CNV), characterization of chromatin modifications, and other applications. Here we discuss some recent advances in genetic mapping and genomic studies of malaria parasites, focusing on the use of high-throughput arrays for the detection of SNP and CNV in the P. falciparum genome. Strategies for genetic mapping of malaria traits are also discussed.
In an age when a small quantity of sperm can lead to pregnancy through in vitro fertilization or intracytoplasmic sperm injection, selecting healthy sperm is important. Sperm DNA fragmentation (SDF) is known to be higher in infertile men. Terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate nick end labeling (TUNEL) and the alkaline comet test are SDF tests that directly measure DNA damage and have shown closer correlations with assisted reproduction results than indirect tools such as the sperm chromatin structure assay or the sperm chromatic dispersion test. It is difficult; however, to endorse a single test as the best test overall; instead, it is best to select a testing method based on each patient's clinical condition and goals. In a couple struggling with infertility, if the male partner has a high level of SDF, he should aim to decrease SDF through lifestyle modifications, antioxidant treatment, and ensuring an appropriate duration of abstinence, and physicians need to treat the underlying diseases of such patients. If sperm DNA damage continues despite the patient's and physician's efforts, other methods, such as micromanipulation-based sperm selection or testicular sperm extraction, should be used to select healthy sperm with nuclear DNA integrity.
The p53 protein plays a pivotal role in tumor suppression. The cellular level of p53 is normally kept low by proteasome-mediated degradation, allowing cell cycle progression and cell proliferation. Under stress conditions, such as DNA damage, p53 is stabilized and activated through various post-translational modifications of itself as well as of its regulatory proteins for induction of the downstream genes responsible for cell cycle arrest, DNA repair, and apoptosis. Therefore, the level of p53 should be tightly regulated for normal cell growth and for prevention of the accumulation of mutations in DNA under stress conditions, which otherwise would lead to tumorigenesis. Since the discovery of Mdm2, a critical ubiquitin E3 ligase that destabilizes p53 in mammalian cells, nearly 20 different E3 ligases have been identified and shown to function in the control of stability, nuclear export, translocation to chromatin or nuclear foci, and oligomerization of p53. So far, a large number of excellent reviews have been published on the control of p53 function in various aspects. Therefore, this review will focus only on mammalian ubiquitin E3 ligases that mediate proteasome-dependent degradation of p53.
This study was conducted to investigate the cytogenetic properties, in vitro development, and their relationship in the bovine reconstituted embryos following cell cycle-controlled nuclear transfer. Sixteen-cell stage embryos were treated by nocodazole, and after release from nocodazole treatment, their blastomeres were separated and allowed to subsequent cleavage. Blastomeres within 1.5 h post cleavage(hpc) and at 3hpc were transferred to enucleated oocytes at MII-phase or S-phase. Donor nuclei transferred into M II-phase recipients underwent various nuclear remodeling, such as extrusion of a polar body(PB)-like structure, premature chromosome condensation(PCC) and chromatin modifications. These nuclear remodeling patterns varied by the time post cleavage of donor blastomeres. Developmental rate to the blastocyst stage differed with time post cleavage of donor blastomeres and existence of a PB-like structure. Whereas do-nor nuclei transferred into S-phase oocytes did not undergo PCC and other major modifications, and their developmental potentials less depended on the nuclei types. This result confirms that the nuclear remodeling type differs with donor and recipient cell cycle stage, which affect the development of reconstituted bovine embryos.
Histone modifications on major transcription factor target genes are one of the major regulatory mechanisms controlling adipogenesis. Plant homeodomain finger 2 (PHF2) is a Jumonji domain-containing protein and is known to demethylate the histone H3K9, a repressive gene marker. To better understand the function of PHF2 in adipocyte differentiation, we constructed stable PHF2 knock-down cells by using the mouse pre-adipocyte cell line 3T3-L1. When induced with adipogenic media, PHF2 knock-down cells showed reduced lipid accumulation compared to control cells. Differential expression using a cDNA microarray revealed significant reduction of metabolic pathway genes in the PHF2 knock-down cell line after differentiation. The reduced expression of major transcription factors and adipokines was confirmed with reverse transcription- quantitative polymerase chain reaction and Western blotting. We further performed co-immunoprecipitation analysis of PHF2 with four major adipogenic transcription factors, and we found that CCATT/enhancer binding protein (C/EBP)${\alpha}$ and C/EBP${\delta}$ physically interact with PHF2. In addition, PHF2 binding to target gene promoters was confirmed with a chromatin immunoprecipitation experiment. Finally, histone H3K9 methylation markers on the PHF2-binding sequences were increased in PHF2 knock-down cells after differentiation. Together, these results demonstrate that PHF2 histone demethylase controls adipogenic gene expression during differentiation.
It has long been known that nutritional and environmental influences during the early developmental period affect the biological mechanisms which determine animal metabolism. This phenomenon, termed 'metabolic imprinting', can cause subtle but long-lasting responses to prenatal and postnatal nutrition and even be passed onto the next generation. A large amount of research data shows that nutrient availability, in terms of quantity as well as quality, during the early developing stages can decrease the number of newborn piglets and their body weight and increase their susceptibility to death before weaning. However, investigation of potential mechanisms of 'the metabolic imprinting' effect have been scant. Therefore, it remains unknown which factors are responsible for embryonic and early postnatal nutrition and which factors are major determinants of body weight and number of new born piglets. Intrauterine undernutrition, for example, was studied using a rat model providing dams 50% restricted nutrients during pregnancy and the results showed significant decreases in birth weight of newborns. This response may be a characteristic of a subset of modulations in embryonic development which is caused by the metabolic imprinting. Underlying mechanisms of intrauterine undernutrition and growth retardation can be explained in part by epigenetics. Epigenetics modulate animal phenotypes without changes in DNA sequences. Epigenetic modifications include DNA methylation, chromatin modification and small non-coding RNA-associated gene silencing. Precise mechanisms must be identified at the morphologic, cellular, and molecular levels by using interdisciplinary nutrigenomics approaches to increase pig production. Experimental approaches for explaining these potential mechanisms will be discussed in this review.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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