Silencing of a specific gene using RNAi (RNA interference) is a valuable tool for functional analysis of a target gene. However, information on RNAi for analysis of gene function in farm animals is relatively nil. In the present study, we have validated the interfering effects of siRNA (small interfering RNA) using both quantitative and qualitative gene silencing in buffalo granulosa cells. Qualitative gene knockdown was validated using a fluorescent vector, enhanced green fluorescence protein (EGFP) and fluorescently labeled siRNA (Cy3) duplex. While quantitatively, siRNA targeted against the luciferase and CYP19 mRNA was used to validate the technique. CYP19 gene, a candidate fertility gene, was selected as a model to demonstrate the technique optimization. However, to sustain the expression of CYP19 gene in culture conditions using serum is difficult because granulosa cells have the tendency to luteinize in presence of serum. Therefore, serum free culture conditions were optimized for transfection and were found to be more suitable for the maintenance of CYP19 gene transcripts in comparison to culture conditions with serum. Decline in fluorescence intensity of green fluorescent protein (EGFP) was observed following co-transfection with plasmid generating siRNA targeted against EGFP gene. Quantitative decrease in luminescence was seen when co-transfected with siRNA against the luciferase gene. A significant suppressive effect on the mRNA levels of CYP19 gene at 100 nM siRNA concentration was observed. Also, measurement of estradiol levels using ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) showed a significant decline in comparison to control. In conclusion, the present study validated gene silencing using RNAi in cultured buffalo granulosa cells which can be used as an effective tool for functional analysis of target genes.
Ceruloplasmin (Cp) is a copper protein with important functions in iron homeostasis and in inflammation. Cp mRNA expression is induced by interferon (IFN)-${\gamma}$ in U937 monocytic cells, but synthesis of Cp protein is halted after about 12 h by transcript-specific translational silencing. The silencing mechanism requires binding of a 4-component cytosolic inhibitor complex, IFN-gamma-activated inhibitor of translation (GAIT), to a defined structural element (GAIT element) in the Cp 3'-UTR. Translational silencing of Cp mRNA requires the essential proteins of mRNA circularization, suggesting that the translational inhibition requires end-to-end mRNA closure. These studies describe a new mechanism of translational control, and may shed light on the role that macrophage-derived Cp plays at the intersection of iron homeostasis and inflammation.
A transient ihpRNA-induced gene silencing system based on Agrobacterium-mediated injection infiltration has been established to evaluate candidate genes involved in proanthocyanidin (PAs) biosynthesis in persimmon (Diospyros kaki Thunb.). We chose DkPDS (phytoene desaturase) as a gene-silencing target to evaluate the newly developed transient gene silencing system. Our qRT-PCR analysis indicated that two ihpRNA constructs (pHG-PDS5' and pHG-PDS3') targeted DkPDS, which also led to significantly reduce expression of DkPDS in 'Mopanshi' persimmon leaves. To further confirm the reliability of the system, we successfully utilized it for DkLAR (leucoanthocyanidin reductase) gene silencing. The expression levels of DkLAR in 'Mopanshi' and 'Eshi 1' leaves were ca. 6-fold and ca. 5-fold lower than those in leaves harboring empty vector (pHG-GFP), respectively. DMACA (4-dimethylaminocinnamaldehyde) staining and the Folin-Ciocalteau assay showed that the accumulation of PAs was markedly inhibited in 'Mopanshi', 'Eshi 1' and 'Youhou' leaves. These results indicate that DkLAR plays an important role in the accumulation of PAs in persimmon. The transient ihpRNA-induced gene silencing method developed in this study is a highly efficient and useful tool for functional analysis of persimmon genes involved in PA biosynthesis.
Alternanthera mosaic virus (AltMV) is a member of the genus Potexvirus which has been known for less than twenty years, and has been detected in Australasia, Europe, North and South America, and Asia. The natural host range to date includes species in at least twenty-four taxonomically diverse plant families, with species in at least four other families known to be infected experimentally. AltMV has been shown to differ from Potato virus X (PVX), the type member of the genus Potexvirus, in a number of ways, including the subcellular localization of the Triple Gene Block 3 (TGB3) protein and apparent absence of interactions between TGB3 and TGB2. Differences between AltMV variants have allowed identification of viral determinants of pathogenicity, and identification of residues involved in interactions with host proteins. Infectious clones of AltMV differing significantly in symptom severity and efficiency of RNA silencing suppression have been produced, suitable either for high level protein expression (with efficient RNA silencing suppression) or for Virus-Induced Gene Silencing (VIGS; with weaker RNA silencing suppression), demonstrating a range of utility not available with most other plant viral vectors. The difference in silencing suppression efficiency was shown to be due to a single amino acid residue substitution in TGB1, and to differences in subcellular localization of TGB1 to the nucleus and nucleolus. The current state of knowledge of AltMV biology, including host range, strain differentiation, host interactions, and utility as a plant viral vector for both protein expression and VIGS are summarized.
Lee, Seung Cho;Parent, Jean-Sebastien;Ernst, Evan;Berger, Frederic;Grimanelli, Daniel;Martienssen, Robert A.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.20-20
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2017
Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.
Lee, Seung Cho;Parent, Jean-Sebastien;Ernst, Evan;Berger, Frederic;Grimanelli, Daniel;Martienssen, Robert A.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.97-97
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2017
Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.
Shin, Kyoung-Hwa;Choi, Boram;Park, Yang-Seo;Cho, Nam Jeong
Molecules and Cells
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v.26
no.6
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pp.554-557
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2008
Double-stranded RNA (dsRNA) induces gene silencing in a sequence-specific manner by a process known as RNA interference (RNAi). The RNA-induced silencing complex (RISC) is a multi-subunit ribonucleoprotein complex that plays a key role in RNAi. VIG (Vasa intronic gene) has been identified as a component of Drosophila RISC; however, the role VIG plays in regulating RNAi is poorly understood. Here, we examined the spatial and temporal expression patterns of VIG-1, the C. elegans ortholog of Drosophila VIG, using a vig-1::gfp fusion construct. This construct contains the 908-bp region immediately upstream of vig-1 gene translation initiation site. Analysis by confocal microscopy demonstrated GFP-VIG-1 expression in a number of tissues including the pharynx, body wall muscle, hypodermis, intestine, reproductive system, and nervous system at the larval and adult stages. Furthermore, western blot analysis showed that VIG-1 is present in each developmental stage examined. To investigate regulatory sequences for vig-1 gene expression, we generated constructs containing deletions in the upstream region. It was determined that the GFP expression pattern of a deletion construct (${\Delta}-908$ to -597) was generally similar to that of the non-deletion construct. In contrast, removal of a larger segment (${\Delta}-908$ to -191) resulted in the loss of GFP expression in most cell types. Collectively, these results indicate that the 406-bp upstream region (-596 to -191) contains essential regulatory sequences required for VIG-1 expression.
In eukaryotes, small RNAs play important roles in both gene regulation and resistance to viral infection. Argonaute proteins have been identified as a key component of the effector complexes of various RNA-silencing pathways, but the mechanistic roles of Argonaute proteins in these pathways are not clearly understood. To address this question, we performed single-molecule fluorescence experiments using an RNA-induced silencing complex (core-RISC) composed of a small RNA and human Argonaute 2. We found that target binding of core-RISC starts at the seed region of the guide RNA. After target binding, four distinct reactions followed: target cleavage, transient binding, stable binding, and Argonaute unloading. Target cleavage required extensive sequence complementarity and accelerated core-RISC dissociation for recycling. In contrast, the stable binding of core-RISC to target RNAs required seed-match only, suggesting a potential explanation for the seed-match rule of microRNA (miRNA) target selection.
RNA interference (RNAi), a process of sequence-specific gene suppression, has been known as a natural gene regulatory mechanism in a wide range of lower organisms. Recently, we have reported that a transfection of human U6 promoter (hU6) driven hairpin small-interference RNA (siRNA) plasmid specifically knocks down the target gene by post-transcriptional gene silencing in mammalian cells. Here we report that transfection of polymerase chain reaction (PCR) products, containing human U6 promoter with hairpin siRNA, knocks down the target gene expression in human teratocarcinoma NT-2/D1 cells. Moreover, we showed 3' end termination sequence, 5 Ts, is not critical elements for knocking down in PCR-based siRNA system. Therefore, the PCR-based siRNA system is a promising tool not only for the screening but also to temporally regulate gene expression in the human progenitor cells.
In animals, microRNAs (miRNAs) and small interfering RNAs (siRNAs) repress expression of protein coding genes by assembling distinct RNA-induced silencing complexes (RISCs). It has previously been shown that passenger-strand cleavage is the predominant mechanism when siRNA duplexes are loaded into Argonaute2 (Ago2)-containing RISC, while an unwinding bypass mechanism is favored for miRNA duplexes with mismatches. Here I present experimental data indicating that some mammalian miRNAs are assembled into Ago2-containing RISC by cleaving their corresponding miRNA star strands. This phenomenon may depend on the secondary structure near the scissile phosphate of the miRNA duplex. In addition, I show that ATP is not required for star-strand cleavage in this process. Taken together, the data here provide insight into the miRNA-loading mechanisms in mammals.
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