Maisha Tasneem;Shipan Das Gupta;Monira Binte Momin;Kazi Modasser Hossain;Tasnim Binta Osman;Fazley Rabbi
Genomics & Informatics
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v.21
no.1
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pp.7.1-7.11
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2023
The gram-positive bacterium Listeria monocytogenes is an important foodborne intracellular pathogen that is widespread in the environment. The functions of hypothetical proteins (HP) from various pathogenic bacteria have been successfully annotated using a variety of bioinformatics strategies. In this study, a HP Imo0888 (NP_464414.1) from the Listeria monocytogenes EGD-e strain was annotated using several bioinformatics tools. Various techniques, including CELLO, PSORTb, and SOSUIGramN, identified the candidate protein as cytoplasmic. Domain and motif analysis revealed that the target protein is a PemK/MazF-like toxin protein of the type II toxin-antitoxin system (TAS) which was consistent with BLASTp analysis. Through secondary structure analysis, we found the random coil to be the most frequent. The Alpha Fold 2 Protein Structure Prediction Database was used to determine the three-dimensional (3D) structure of the HP using the template structure of a type II TAS PemK/MazF family toxin protein (DB ID_AFDB: A0A4B9HQB9) with 99.1% sequence identity. Various quality evaluation tools, such as PROCHECK, ERRAT, Verify 3D, and QMEAN were used to validate the 3D structure. Following the YASARA energy minimization method, the target protein's 3D structure became more stable. The active site of the developed 3D structure was determined by the CASTp server. Most pathogens that harbor TAS create a crucial risk to human health. Our aim to annotate the HP Imo088 found in Listeria could offer a chance to understand bacterial pathogenicity and identify a number of potential targets for drug development.
Minh Tri Nguyen;Seul-Ah Kim;Ya-Yun Cheng;Sung Hoon Hong;Yong-Su Jin;Nam Soo Han
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.9
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pp.1228-1237
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2023
The CRISPR-Cas system has emerged as the most efficient genome editing technique for a wide range of cells. Delivery of the Cas9-sgRNA ribonucleoprotein complex (Cas9 RNP) has gained popularity. The objective of this study was to develop a quantitative polymerase chain reaction (qPCR)-based assay to quantify the double-strand break reaction mediated by Cas9 RNP. To accomplish this, the dextransucrase gene (dsr) from Leuconostoc citreum was selected as the target DNA. The Cas9 protein was produced using recombinant Escherichia coli BL21, and two sgRNAs were synthesized through in vitro transcription to facilitate binding with the dsr gene. Under optimized in vitro conditions, the 2.6 kb dsr DNA was specifically cleaved into 1.1 and 1.5 kb fragments by both Cas9-sgRNA365 and Cas9-sgRNA433. By monitoring changes in dsr concentration using qPCR, the endonuclease activities of the two Cas9 RNPs were measured, and their efficiencies were compared. Specifically, the specific activities of dsr365RNP and dsr433RNP were 28.74 and 34.48 (unit/㎍ RNP), respectively. The versatility of this method was also verified using different target genes, uracil phosphoribosyl transferase (upp) gene, of Bifidobacterium bifidum and specific sgRNAs. The assay method was also utilized to determine the impact of high electrical field on Cas9 RNP activity during an efficient electroporation process. Overall, the results demonstrated that the qPCR-based method is an effective tool for measuring the endonuclease activity of Cas9 RNP.
Sara Hajipour;Sayed Mostafa Hosseini;Shiva Irani;Mahmood Tavallaie
Genomics & Informatics
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v.21
no.3
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pp.38.1-38.8
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2023
Non-small cell lung cancer (NSCLC) is an important cause of cancer-associated deaths worldwide. Therefore, the exact molecular mechanisms of NSCLC are unidentified. The present investigation aims to identify the miRNAs with predictive value in NSCLC. The two datasets were downloaded from the Gene Expression Omnibus (GEO) database. Differentially expressed miRNAs (DEmiRNA) and mRNAs (DEmRNA) were selected from the normalized data. Next, miRNA-mRNA interactions were determined. Then, co-expression network analysis was completed using the WGCNA package in R software. The co-expression network between DEmiRNAs and DEmRNAs was calculated to prioritize the miRNAs. Next, the enrichment analysis was performed for DEmiRNA and DEmRNA. Finally, the drug-gene interaction network was constructed by importing the gene list to dgidb database. A total of 3,033 differentially expressed genes and 58 DEmiRNA were recognized from two datasets. The co-expression network analysis was utilized to build a gene co- expression network. Next, four modules were selected based on the Zsummary score. In the next step, a bipartite miRNA-gene network was constructed and hub miRNAs (let-7a-2-3p, let-7d-5p, let-7b-5p, let-7a-5p, and let-7b-3p) were selected. Finally, a drug-gene network was constructed while SUNITINIB, MEDROXYPROGESTERONE ACETATE, DOFETILIDE, HALOPERIDOL, and CALCITRIOL drugs were recognized as a beneficial drug in NSCLC. The hub miRNAs and repurposed drugs may act a vital role in NSCLC progression and treatment, respectively; however, these results must validate in further clinical and experimental assessments.
Mycobacterium tuberculosis (Mtb) is the causative agent of tuberculosis, one of the most deadly infections in humans. The emergence of multidrug-resistant and extensively drug-resistant Mtb strains presents a global challenge. Mtb has shown resistance to many frontline antibiotics, including rifampicin, kanamycin, isoniazid, and capreomycin. The only licensed vaccine, Bacille Calmette-Guerin, does not efficiently protect against adult pulmonary tuberculosis. Therefore, it is urgently necessary to develop new vaccines to prevent infections caused by these strains. We used a subtractive proteomics approach on 23 virulent Mtb strains and identified a conserved membrane protein (MmpL4, NP_214964.1) as both a potential drug target and vaccine candidate. MmpL4 is a non-homologous essential protein in the host and is involved in the pathogen-specific pathway. Furthermore, MmpL4 shows no homology with anti-targets and has limited homology to human gut microflora, potentially reducing the likelihood of adverse effects and cross-reactivity if therapeutics specific to this protein are developed. Subsequently, we constructed a highly soluble, safe, antigenic, and stable multi-subunit vaccine from the MmpL4 protein using immunoinformatics. Molecular dynamics simulations revealed the stability of the vaccine-bound Tolllike receptor-4 complex on a nanosecond scale, and immune simulations indicated strong primary and secondary immune responses in the host. Therefore, our study identifies a new target that could expedite the design of effective therapeutics, and the designed vaccine should be validated. Future directions include an extensive molecular interaction analysis, in silico cloning, wet-lab experiments, and evaluation and comparison of the designed candidate as both a DNA vaccine and protein vaccine.
This study aimed to isolate and identify L-(+)-lactic acid-producing bacteria from tree barks collected in Thailand and evaluate the potential strain as probiotics. Twelve strains were isolated and characterized phenotypically and genotypically. The strains exhibited a rod-shaped morphology, high-temperature tolerance, and the ability to ferment different sugars into lactic acid. Based on 16S rRNA gene analysis, all strains were identified as belonging to Weizmannia coagulans. Among the isolated strains, BKMTCR2-2 demonstrated exceptional lactic acid production, with 96.41% optical purity, 2.33 g/l of lactic acid production, 1.44 g/g of lactic acid yield (per gram of glucose consumption), and 0.0049 g/l/h of lactic acid productivity. This strain also displayed a wide range of pH tolerance, suggesting suitability for the human gastrointestinal tract and potential probiotic applications. The whole-genome sequence of BKMTCR2-2 was assembled using a hybridization approach that combined long and short reads. The genomic analysis confirmed its identification as W. coagulans and safety assessments revealed its non-pathogenic attribute compared to type strains and commercial probiotic strains. Furthermore, this strain exhibited resilience to acidic and bile conditions, along with the presence of potential probiotic-related genes and metabolic capabilities. These findings suggest that BKMTCR2-2 holds promise as a safe and effective probiotic strain with significant lactic acid production capabilities.
Accurate and efficient microbial diagnosis is crucial for effective molecular diagnostics, especially in the field of human healthcare. The gold standard equipment widely employed for detecting specific microorganisms in molecular diagnosis is quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). However, its limitations in low metagenomic DNA yield samples necessitate exploring alternative approaches. Digital PCR, by quantifying the number of copies of the target sequence, provides absolute quantification results for the bacterial strain. In this study, we compared the diagnostic efficiency of qRT-PCR and digital PCR in detecting a particular bacterial strain (Staphylococcus aureus), focusing on skin-derived DNA samples. Experimentally, specific primer for S. aureus were designed at transcription elongation factor (greA) gene and the target amplicon were cloned and sequenced to validate efficiency of specificity to the greA gene of S. aureus. To quantify the absolute amount of microorganisms present on the skin, the variable region 5 (V5) of the 16S rRNA gene was used, and primers for S. aureus identification were used to relative their amount in the subject's skin. The findings demonstrate the absolute convenience and efficiency of digital PCR in microbial diagnostics. We suggest that the high sensitivity and precise quantification provided by digital PCR could be a promising tool for detecting specific microorganisms, especially in skin-derived DNA samples with low metagenomic DNA yields, and that further research and implementation is needed to improve medical practice and diagnosis.
Tumor hypoxia, oxygen deprivation state, occurs in most cancers and promotes angiogenesis, enhancing the potential for metastasis. The vascular endothelial growth factor (VEGF) family genes play crucial roles in tumorigenesis by promoting angiogenesis. To investigate the malignant processes triggered by hypoxia-induced angiogenesis across pan-cancers, we comprehensively analyzed the relationships between the expression of VEGF family genes and hypoxic microenvironment based on integrated bioinformatics methods. Our results suggest that the expression of VEGF family genes differs significantly among various cancers, highlighting their heterogeneity effect on human cancers. Across the 33 cancers, VEGFB and VEGFD showed the highest and lowest expression levels, respectively. The survival analysis showed that VEGFA and placental growth factor (PGF) were correlated with poor prognosis in many cancers, including kidney renal cell and liver hepatocellular carcinoma. VEGFC expression was positively correlated with glioma and stomach cancer. VEGFA and PGF showed distinct positive correlations with hypoxia scores in most cancers, indicating a potential correlation with tumor aggressiveness. The expression of miRNAs targeting VEGF family genes, including hsa-miR-130b-5p and hsa-miR-940, was positively correlated with hypoxia. In immune subtypes analysis, VEGFC was highly expressed in C3 (inflammatory) and C6 (transforming growth factor β dominant) across various cancers, indicating its potential role as a tumor promotor. VEGFC expression exhibited positive correlations with immune infiltration scores, suggesting low tumor purity. High expression of VEGFA and VEGFC showed favorable responses to various drugs, including BLU-667, which abrogates RET signaling, an oncogenic driver in liver and thyroid cancers. Our findings suggest potential roles of VEGF family genes in malignant processes related with hypoxia-induced angiogenesis.
Rong Zhang;Lei Li;Huihui Li;Hansong Bai;Yuping Suo;Ju Cui;Yingmei Wang
Journal of Ginseng Research
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v.48
no.1
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pp.40-51
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2024
Background: Ginsenoside 20(S)-Rg3 shows promising tumor-suppressive effects in ovarian cancer via inhibiting NF-kB signaling. This study aimed to explore the downstream tumor suppressive mechanisms of ginsenoside Rg3 via this signaling pathway. Materials and methods: A systematical screening was applied to examine the expression profile of 41 kinesin family member genes in ovarian cancer. The regulatory effect of ginsenoside Rg3 on KIF20A expression was studied. In addition, we explored interacting proteins of KIF20A and their molecular regulations in ovarian cancer. RNA-seq data from The Cancer Genome Atlas (TCGA) was used for bioinformatic analysis. Epithelial ovarian cancer cell lines SKOV3 and A2780 were used as in vitro and in vivo cell models. Commercial human ovarian cancer tissue arrays were used for immunohistochemistry staining. Results: KIF20A is a biomarker of poor prognosis among the kinesin genes. It promotes ovarian cancer cell growth in vitro and in vivo. Ginsenoside Rg3 can suppress the transcription of KIF20A. GST pull-down and co-immunoprecipitation (IP) assays confirmed that KIF20A physically interacts with BTRC (β-TrCP1), a substrate recognition subunit for SCFβ-TrCP E3 ubiquitin ligase. In vitro ubiquitination and cycloheximide (CHX) chase assays showed that via interacting with BTRC, KIF20A reduces BTRC-mediated CDC25A poly-ubiquitination and enhances its stability. Ginsenoside Rg3 treatment partly abrogates KIF20A overexpression-induced CDC25A upregulation. Conclusion: This study revealed a novel anti-tumor mechanism of ginsenoside Rg3. It can inhibit KIF20A transcription and promote CDC25A proteasomal degradation in epithelial ovarian cancer.
Gastric cancer (GC) is the fourth most common cause of cancer-related death globally. The classification of advanced GC (AGC) according to molecular features has recently led to effective personalized cancer therapy for some patients. Specifically, AGC patients whose tumor cells express high levels of human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) can now benefit from trastuzumab, a humanized monoclonal Ab that targets HER2. However, patients with HER2negative AGC receive limited clinical benefit from this treatment. To identify potential immune therapeutic targets in HER2negative AGC, we obtained 40 fresh AGC specimens immediately after surgical resections and subjected the CD45+ immune cells in the tumor microenvironment to multi-channel/multi-panel flow cytometry analysis. Here, we report that HER2 negativity associated with reduced overall survival (OS) and greater tumor infiltration with neutrophils and non-classical monocytes. The potential pro-tumoral activities of these cell types were confirmed by the fact that high expression of neutrophil or non-classical monocyte signature genes in the gastrointestinal tumors in The Cancer Genome Atlas, Genotype-Tissue Expression and Gene Expression Omnibus databases associated with worse OS on Kaplan-Meir plots relative to tumors with low expression of these signature genes. Moreover, advanced stage disease in the AGCs of our patients associated with greater tumor frequencies of neutrophils and non-classical monocytes than early stage disease. Thus, our study suggests that these 2 myeloid populations may serve as novel therapeutic targets for HER2negative AGC.
Seo, Dong Won;Park, Hee Bok;Choi, Nu Ri;Jin, Shil;Yoo, Chae Kyoung;Sultana, Hasina;Heo, Kang Nyeong;Jo, Cheorun;Lee, Jun Heon
Korean Journal of Poultry Science
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v.42
no.1
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pp.77-86
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2015
Chicken is one of the major livestock, especially for supplying proteins to human. The chicken genome size is approximately one-third compared with that of the human genome and regarded as a valuable model animal for genetics and development biology. In this study, we constructed the genetic linkage map for Korean native chicken (KNC) using 131 microsatellite (MS) and 8 single nucleotide polymorphism (SNP) markers. As a result, the total map length was calculated as 2729.4 cM and the average genetic distance between markers was 19.64 cM. The marker orders and genetic distances were well matched with the consensus linkage map except for the physical order of ADL0278 and MCW0351 in GGA8. In addition, the recombination rates in marcrochromosomes were 3.7 times higher than that of microchromosomes. The average numbers of alleles, expected heterozygosity (Hexp) and polymorphic information content (PIC) values were calculated as 5.5, 0.63 and 0.58, respectively. These results will give useful information for the understanding of genetic structure and QTL studies in KNC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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