DNA methylation is involved in tissue-specific gene control and essential for normal embryo development Octamer-binding transcription factor 4 (Oct-4) is one of the most important transcription factors for early differentiation. This study was performed whether the bovine Oct-4 is tissue specific or developmental dependent epigenetic mark, we investigated transcripts and the methylation status of CpGs of 5'-promoter region of Oct-4 in bovine preimplantation embryos. Oct-4 transcripts were highly detected in morula and blastocyst, while they were present low levels in sperm and 2- to 8-cell stage embryos. These results suggest that de novo expression of Oct-4 initiates at morula stage of embryogenesis. Here we determined that there is a tissue-dependent differentially methylated region (T-DMR) in the 5'-promoter region of Oct-4. The methylation status of the Oct-4 T-DMR was distinctively different in the oocyte from that in the sperm and adult somatic tissues and changed from zygote to blastocyst stage, suggesting that active methylation and demethylation occur during preimplantation development. Based on these results, the 5'-promoter region of Oct-4 gene is target for DNA methylation and the methylation status changes variously during embryonic development in bovine.
Marina V. Pozovnikova;Viktoria B. Leibova;Olga V. Tulinova;Elena A. Romanova;Artem P. Dysin;Natalia V. Dementieva;Anastasiia I. Azovtseva;Sergey E. Sedykh
Animal Bioscience
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v.37
no.6
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pp.965-981
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2024
Objective: Milk composition varies considerably and depends on paratypical, genetic, and epigenetic factors. MiRNAs belong to the class of small non-coding RNAs; they are one of the key tools of epigenetic control because of their ability to regulate gene expression at the post-transcriptional level. We compared the relative expression levels of miR-106b, miR-191, and miR-30d in milk to demonstrate the relationship between the content of these miRNAs with protein and fat components of milk in Holstein and Ayrshire cattle. Methods: Milk fat, protein, and casein contents were determined in the obtained samples, as well as the content of the main fatty acids (g/100 g milk), including: saturated acids, such as myristic (C14:0), palmitic (C16:0), and stearic (C18:0) acids; monounsaturated acids, including oleic (C18:1) acid; as well as long-, medium- and short-chain, polyunsaturated, and trans fatty acids. Real-time stem-loop one-tube reverse transcription polymerase chain reaction with TaqMan probes was used to measure the miRNA expression levels. Results: The miRNA expression levels in milk samples were found to be decreased in the first two months in Holstein breed, and in the first four months in Ayrshire breed. Correlation analysis did not reveal any dependence between changes in the expression level of miRNA and milk fat content, but showed a multidirectional relationship with individual milk fatty acids. Positive associations between the expression levels of miR-106b and miR-30d and protein and casein content were found in the Ayrshire breed. Receiver operating characteristic curve analysis showed that miR-106b and miR-30d expression levels can cause changes in fatty acid and protein composition of milk in Ayrshire cows, whereas miR-106b expression level determines the fatty acid composition in Holsteins. Conclusion: The data obtained in this study showed that miR-106b, miR-191, and miR-30d expression levels in milk samples have peculiarities associated with breed affiliation and the lactation period.
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.
Purpose: Oral wound healing requires gingival fibroblasts to respond to local growth factors. Epigenetic silencing through DNA methylation can potentially decrease the responsiveness of gingival fibroblasts to local growth factors. In this study, our aim was to determine whether the inhibition of DNA methylation sensitized gingival fibroblasts to transforming growth factor-${\beta}1$ (TGF-${\beta}1$). Methods: Gingival fibroblasts were exposed to 5-aza-2'-deoxycytidine (5-aza), a clinically approved demethylating agent, before stimulation with TGF-${\beta}1$. Gene expression changes were evaluated using quantitative polymerase chain reaction (PCR) analysis. DNA methylation was detected by methylation-sensitive restriction enzymes and PCR amplification. Results: We found that 5-aza enhanced TGF-${\beta}1$-induced interleukin-11 (IL11) expression in gingival fibroblasts 2.37-fold (P=0.008). 5-aza had no significant effects on the expression of proteoglycan 4 (PRG4) and NADPH oxidase 4 (NOX4). Consistent with this, 5-aza caused demethylation of the IL11 gene commonly next to a guanosine (CpG) island in gingival fibroblasts. The TGF-${\beta}$ type I receptor kinase inhibitor SB431542 impeded the changes in IL11 expression, indicating that the effects of 5-aza require TGF-${\beta}$ signaling. 5-aza moderately increased the expression of TGF-${\beta}$ type II receptor (1.40-fold; P=0.009), possibly enhancing the responsiveness of fibroblasts to TGF-${\beta}1$. As part of the feedback response, 5-aza increased the expression of the DNA methyltransferases 1 (DNMT1) (P=0.005) and DNMT3B (P=0.002), which are enzymes responsible for gene methylation. Conclusions: These in vitro data suggest that the inhibition of DNA methylation by 5-aza supports TGF-${\beta}$-induced IL11 expression in gingival fibroblasts.
The development of molecular biology has brought many changes in psychiatry. Molecular biology makes us possible to know the cause of mental disorders that provide the way to prevent the disorders, and to develop various accurate diagnostic and treatment methods for mental disorders. The author discusses the concept, cause, and treatment of mental disorders in the aspect of molecular biology. Importing the methods of molecular biology into psychiatry, we can anticipate to get a number of the goals of psychiatric genetics, including identification of specific susceptibility genes, clarification of the pathophysiological processes whereby these genes lead to symptoms, establishment of epigenetic factors that interact with these genes to produce disease, validation of nosological boundaries that more closely reflect the actions of these genes, and development of effective preventive and therapeutic interventions based on genetic counseling, gene therapy, and modification of permissive or protective environmental influences. In addition to their capacity to accelerate the discovery of new molecules participating in the nervous system's response to disease or to self-administered drugs, molecular biological strategies can also be used to determine how critical a particular gene product may be in mediating a cellular event with behavioral importance. Molecular biology probably enables us discover the environmental factors of mental disorders and allow rational drug design and gene therapies for mental disorders, by isolation of gene products that facilitate a basic understanding of the pathogenesis of these disorders. A specific genetic linkage may suggest a novel class of drugs that has not yet been tried. With respect to gene therapy, the hypothetical method would use a gene delivery system, most likely a modified virus, to insert a functional copy of a mutant gene into those brain cells that require the gene for normal function.
The incidence of inflammatory bowel disease(IBD) has increased continuously in worldwide, but no cure have been discovered. The etiology of IBD may include various factors such as genetics, epigenetic, environment as well as host immune system. Among the environmental factors of IBD, diet heavily influences gut health, especially non-digestible dietary fiber can have a great impact on selective growth of beneficial gut microbiota called probiotics. Seaweeds have been consumed in Asia countries and are a rich source for dietary fiber. Accumulated data have suggested the possibility of utilizing seaweed derived oligosaccharides as prebiotics to prevent IBD and its recurrence. In this review, seaweed derived oligosaccharides such as fucoidan and laminarin regarding gut health and potential therapeutic tools for IBD will be discussed based on studies conducted in vitro and in vivo models.
Lee, Kyoung-Hwa;Kim, Byung-Chan;Jeong, Chang Wook;Ku, Ja Hyeon;Kim, Hyeon Hoe;Kwak, Cheol
BMB Reports
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v.53
no.12
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pp.634-639
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2020
In prostate cancer, the androgen receptor (AR) transcription factor is a major regulator of cell proliferation and metastasis. To identify new AR regulators, we focused on Mixed lineage leukemia 5 (MLL5), a histone-regulating enzyme, because significantly higher MLL5 expression was detected in prostate cancer tissues than in matching normal tissues. When we expressed shRNAs targeting MLL5 gene in prostate cancer cell line, the growth rate and AR activity were reduced compared to those in control cells, and migration ability of the knockdown cells was reduced significantly. To determine the molecular mechanisms of MLL5 on AR activity, we proved that AR physically interacted with MLL5 and other co-factors, including SET-1 and HCF-1, using an immunoprecipitation method. The chromatin immunoprecipitation analysis showed reduced binding of MLL5, co-factors, and AR enzymes to AR target gene promoters in MLL5 shRNA-expressing cells. Histone H3K4 methylation on the AR target gene promoters was reduced, and H3K9 methylation at the same site was increased in MLL5 knockdown cells. Finally, xenograft tumor formation revealed that reduction of MLL5 in prostate cancer cells retarded tumor growth. Our results thus demonstrate the important role of MLL5 as a new epigenetic regulator of AR in prostate cancer.
Yang, Seoyeon;Lee, Ji-Yeon;Hur, Ho;Oh, Ji Hoon;Kim, Myoung Hee
BMB Reports
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v.51
no.9
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pp.450-455
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2018
Tamoxifen (TAM) is commonly used to treat estrogen receptor (ER)-positive breast cancer. Despite the remarkable benefits, resistance to TAM presents a serious therapeutic challenge. Since several HOX transcription factors have been proposed as strong candidates in the development of resistance to TAM therapy in breast cancer, we generated an in vitro model of acquired TAM resistance using ER-positive MCF7 breast cancer cells (MCF7-TAMR), and analyzed the expression pattern and epigenetic states of HOX genes. HOXB cluster genes were uniquely up-regulated in MCF7-TAMR cells. Survival analysis of in slico data showed the correlation of high expression of HOXB genes with poor response to TAM in ER-positive breast cancer patients treated with TAM. Gain- and loss-of-function experiments showed that the overexpression of multi HOXB genes in MCF7 renders cancer cells more resistant to TAM, whereas the knockdown restores TAM sensitivity. Furthermore, activation of HOXB genes in MCF7-TAMR was associated with histone modifications, particularly the gain of H3K9ac. These findings imply that the activation of HOXB genes mediate the development of TAM resistance, and represent a target for development of new strategies to prevent or reverse TAM resistance.
Inter-individual pharmacokinetic variation of H2-receptor antagonist is related to genetic polymorphism of CYP2C19. We investigated the frequency of CYP2C19 genetic polymorphism and the treatment duration of cimetidine by CYP2C19 genotypes in functional dyspeptic patients without definite causes who were treated with cimetidine in Korea. One hundred subjects with functional dyspepsia participated in this study from March 1, 2010 to June 30, 2011. They were tested by upper gastrointestinal endoscopy and treated for their dyspepsia with cimetidine. The single nucleotide polymorphisms (SNPs) of CYP2C19 were genotyped using the Seeplex CYP2C19 ACE Genotyping system. There were no significant differences in the demographic, clinical, or laboratory findings among the CYP2C19 subgroups which are wild type homozygote (W/W), heterozygote (W/V), and variant homozygote (V/V). The frequencies of CYP2C19 subgroups were 33 (33%) in W/W, 49 (49%) in W/V, and 18 (18%) in V/V, respectively. The mean duration of cimetidine treatment (in weeks) was the shortest in the V/V among the CYP2C19 genotypes (W/W: $5.1{\pm}1.5$, W/V: $4.0{\pm}1.7$, V/V: $2.1{\pm}0.7$; p<0.001). This study can also act as a basis for further investigation to identify the underlying genetic, epigenetic, or environmental factors in CYP2C19 enzyme activity.
Epigenetic factors, such as DNA methylation status, may regulate adipogenesis and lipogenesis, thus affecting intramuscular fat (IMF) deposition in longissimus dorsi muscle (LM) of beef cattle. In Korean cattle steers, the LM consists mainly of muscle tissue. However, the LM tissue also contains IMF. We compared the gene expression levels between the IMF and muscle portions of the LM after tissue separation. Real-time polymerase chain reaction analysis showed that the mRNA levels of both adipogenic peroxisome proliferator-activated receptor gamma isoform 1 (PPARG1) and lipogenic fatty acid binding protein 4 (FABP4) were higher (p<0.01) in the IMF than in the muscle portion of the LM. We determined DNA methylation levels of regulatory regions of the PPARG1 and FABP4 genes by pyrosequencing of genomic DNA. DNA methylation levels of two of three CpG sites in the PPARG1 gene promoter region were lower (p<0.05) in the IMF than in the muscle portion of the LM. DNA methylation levels of all five CpG sites from the FABP4 gene promoter region were also lower (p<0.001) in the IMF than in the muscle portion. Thus, mRNA levels of both PPARG1 and FABP4 genes were inversely correlated with DNA methylation levels in regulatory regions of CpG sites of the corresponding gene. Our findings suggest that DNA methylation status regulates tissue-specific expression of adipogenic and lipogenic genes in the IMF and muscle portions of LM tissue in Korean cattle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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