One of the interesting trends in genome research is the study about epigenetic modification above single gene level. Epigenetics refers study about heritable change in the genome, which accompany modification in DNA or Chromatin besides DNA sequence alteration. We used to have the idea that the coding potential of the genome lies within the arrangement of the four bases A, T, G, C; However, additional information that affects phenotype is stored in the distribution of the modified base 5-methylcytosine. This form of information storage is flexible enough to be adapted for different somatic cell types, yet is stable enough to be retained during mitosis and/or meiosis. Epigenetic modification is a modification of the genome, as opposed to being part of the genome, so is known as "epigenetics"(Greek for "upon" genetics). This modification could be methylation on Cytosine base or post translational modification on histone protein(methylation, acetylation, phosphorylation, Sumoylation)($Dimitrijevi\hat{E}$ et al 2005). In this review, we would like to focus on the relationship of DNA methylation and cancer.
Some would argue that the search for the origin and treatment of this disease will continue over the next quarter century in much the same manner as it has in the recent past, by adding further layers of complexity to a scientific literature that is already complex almost beyond measure. But we anticipate otherwise: those researching the cancer problem will be practicing a dramatically different type of science than we have experienced over the past 25 years. Surely much of this change will be apparent at the technical level. But ultimately, the more fundamental change will be conceptual.
Fungal pathogens have huge impact on health and economic wellbeing of human by causing life-threatening mycoses in immune-compromised patients or by destroying crop plants. A key determinant of fungal pathogenesis is their ability to undergo developmental change in response to host or environmental factors. Genetic pathways that regulate such morphological transitions and adaptation are therefore extensively studied during the last few decades. Given that epigenetic as well as genetic components play pivotal roles in development of plants and mammals, contribution of microbial epigenetic counterparts to this morphogenetic process is intriguing yet nearly unappreciated question to date. To bridge this gap in our knowledge, we set out to investigate histone modifications among epigenetic mechanisms that possibly regulate fungal adaptation and processes involved in pathogenesis of a model plant pathogenic fungus, Magnaporthe oryzae. M. oryzae is a causal agent of rice blast disease, which destroys 10 to 30% of the rice crop annually. Since the rice is the staple food for more than half of human population, the disease is a major threat to global food security. In addition to the socioeconomic impact of the disease it causes, the fungus is genetically tractable and can undergo well-defined morphological transitions including asexual spore production and appressorium (a specialized infection structure) formation in vitro, making it a model to study fungal development and pathogenicity. For functional and comparative analysis of histone modifications, a web-based database (dbHiMo) was constructed to archive and analyze histone modifying enzymes from eukaryotic species whose genome sequences are available. Histone modifying enzymes were identified applying a search pipeline built upon profile hidden Markov model (HMM) to proteomes. The database incorporates 22,169 histone-modifying enzymes identified from 342 species including 214 fungal, 33 plants, and 77 metazoan species. The dbHiMo provides users with web-based personalized data browsing and analysis tools, supporting comparative and evolutionary genomics. Based on the database entries, functional analysis of genes encoding histone acetyltransferases and histone demethylases is under way. Here I provide examples of such analyses that show how histone acetylation and methylation is implicated in regulating important aspects of fungal pathogenesis. Current analysis of histone modifying enzymes will be followed by ChIP-Seq and RNA-seq experiments to pinpoint the genes that are controlled by particular histone modifications. We anticipate that our work will provide not only the significant advances in our understanding of epigenetic mechanisms operating in microbial eukaryotes but also basis to expand our perspective on regulation of development in fungal pathogens.
A simple linear model to test the hypothesis based on one-on-one relationship has been used to find the causative factors of diseases. However, we now know that not just one, but many factors from different systems such as chemical exposure, genes, epigenetic changes, and proteins are involved in the pathogenesis of chronic diseases such as diabetes mellitus. So, with availability of modern technologies to understand the intricate nature of relations among complex systems, we need to move forward to the future by taking complex systems model.
Allergic diseases such as asthma, allergic rhinitis, atopic dermatitis, and food allergy, are most common chronic, noncommunicable diseases in childhood. In the past few decades, the prevalence has increased abruptly worldwide. There are 2 possible explanations for the rising prevalence of allergic diseases worldwide, that an increased disease-awareness of physician, patient, or caregivers, and an abrupt exposure to unknown hazards. Unfortunately, the underlying mechanisms remain largely unknown. Despite the continuing efforts worldwide, the etiologies and rising prevalence remain unclear. Thus, it is important to identify and control risk factors in the susceptible individual for the best prevention and management. Genetic susceptibility or environments may be a potential background for the development of allergic disease, however they alone cannot explain the rising prevalence worldwide. There is growing evidence that epigenetic change depends on the gene, environment, and their interactions, may induce a long-lasting altered gene expression and the consequent development of allergic diseases. In epigenetic mechanisms, environmental tobacco smoke (ETS) exposure during critical period (i.e., during pregnancy and early life) are considered as a potential cause of the development of childhood allergic diseases. However, the causal relationship is still unclear. This review aimed to highlight the impact of ETS exposure during the perinatal period on the development of childhood allergic diseases and to propose a future research direction.
Healthy aging can be defined as an extended lifespan and health span. Nutrition has been regarded as an important factor in healthy aging, because nutrients, bioactive food components, and diets have demonstrated beneficial effects on aging hallmarks such as oxidative stress, mitochondrial function, apoptosis and autophagy, genomic stability, and immune function. Nutrition also plays a role in epigenetic regulation of gene expression, and DNA methylation is the most extensively investigated epigenetic phenomenon in aging. Interestingly, age-associated DNA methylation can be modulated by one-carbon metabolism or inhibition of DNA methyltransferases. One-carbon metabolism ultimately controls the balance between the universal methyl donor S-adenosylmethionine and the methyltransferase inhibitor S-adenosylhomocysteine. Water-soluble B-vitamins such as folate, vitamin B6, and vitamin B12 serve as coenzymes for multiple steps in one-carbon metabolism, whereas methionine, choline, betaine, and serine act as methyl donors. Thus, these one-carbon nutrients can modify age-associated DNA methylation and subsequently alter the age-associated physiologic and pathologic processes. We cannot elude aging per se but we may at least change age-associated DNA methylation, which could mitigate age-associated diseases and disorders.
The efficient strategies to cope with unpredictable and/or harmful environmental changes have been developed by every organism in order to ensure its survival and continuity of it's own species. As a results, all living things on earth maintain dynamically internal stability via a process termed 'homeostasis' among physiological parameters despite of external environment changes. Stress is an emotional and physical response to threat homeostasis. Stress may have not only transient but rather permanent effect on the organism; recent evidence clearly show that prenatal stress could organize or imprint permanently physiological systems without any change in genetic codes, a process known as 'epigenetic programming'. In this review, a series of reproduction-associated events occurred in prenatally stressed male rats such as alteration in the structure of sexually dimorphic brain regions, modification of neurotransmitter metabolism, changes in reproductive endocrine status, and finally, disorders of sexual behavior will be introduced. The fetal brain is highly sensitive to prenatal programming and glucocorticoids in particular have powerful brain-programming properties. The chronic hyperactivation of fetal brain by maternal stress-induced glucocorticoid input will provide new program via increasing the neuroplasticities. This 'increased neuroplasticities' will be the basis for the 'increased phenotypic plasticities' rendering the organism's better adaptation to environmental challenges. In conclusion, organism who experienced 'harsh' environment in his fetal life seems to give up a certain portion of reproductive competence to make good chance of survival in his future life by epigenetic (re)programming.
DNA methylation at CpG sites, which is a epigenetic modification, is associated with gene expression without change of DNA sequences. During early mouse embryogenesis, dynamic changes of DNA methylation occur. In this study, DNA methylation patterns of porcine embryos produced in vivo and in vitro were examined at various developmental stages by the immunocytochemical staining method. Interestingly, active demethylation was not observed on the paternal pronucleus of porcine zygotes. However, differences were detected in the passive demethylation process between in vivo and in vitro embryos. There was no change in the DNA methylation state until the blastocyst stage of in vivo embryos, whereas partial demethylation was observed in several blastomeres from a 4 cell stage to a morula stage of in vitro embryos. The whole genome of inner cell mass (ICM) and trophectoderm (TE) cells in porcine blastocysts were evenly methylated without de novo methylation. Our findings demonstrate that genome-wide demethylation does not occur in pig embryos during preimplantation development unlike murine and bovine embryos. It indicates that the machinery regulating epigenetic reprogramming may be different between species.
Objective: Rare study of the non-coding and regulatory regions of the genome limits our ability to decode the mechanisms of fatty liver hemorrhage syndrome (FLHS) in chickens. Methods: Herein, we constructed the high-fat diet-induced FLHS chicken model to investigate the genome-wide active enhancers and transcriptome by H3K27ac target chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) and RNA sequencing (RNA-Seq) profiles of normal and FLHS liver tissues. Concurrently, an integrative analysis combining ChIP-seq with RNA-Seq and a comparative analysis with chicken FLHS, rat non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) and human NAFLD at the transcriptome level revealed the enhancer and super enhancer target genes and conservative genes involved in metabolic processes. Results: In total, 56 and 199 peak-genes were identified in upregulated peak-genes positively regulated by H3K27ac (Cor (peak-gene correlation) ≥0.5 and log2(FoldChange) ≥1) (PP) and downregulated peak-genes positively regulated by H3K27ac (Cor (peak-gene correlation) ≥0.5 and log2(FoldChange)≤-1) (PN), respectively; then we screened key regulatory targets mainly distributing in lipid metabolism (PCK1, APOA4, APOA1, INHBE) and apoptosis (KIT, NTRK2) together with MAPK and PPAR signaling pathway in FLHS. Intriguingly, PCK1 was also significantly covered in up-regulated super-enhancers (SEs), which further implied the vital role of PCK1 during the development of FLHS. Conclusion: Together, our studies have identified potential therapeutic biomarkers of PCK1 and elucidated novel insights into the pathogenesis of FLHS, especially for the epigenetic perspective.
X chromosome inactivation (XCI) is a process that enables mammalian females to ensure the dosage compensation for X-linked genes. Investigating the mechanism of XCI might provide deeper understandings of chromosomal silencing, epigenetic regulation of gene expressions, and even the course of evolution. Studies on mammalian XCI conducted with mice have revealed many fundamental findings on XCI. However, difference of murine and human XCI necessitates the further investigation in human XCI. Recent success in reprogramming of differentiated cells into pluripotent stem cells showed the reversibility of XCI in vitro, X chromosome reactivation (XCR), which provides another tool to study the change in X chromosome status. This review summarizes the current knowledge of XCI during early embryonic development and describes recent achievements in studies of XCI in reprogramming process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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