Choi, Su Jin;Jung, Seok Won;Huh, Sora;Chung, Yoon-Seok;Cho, Hyosun;Kang, Hyojeung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.8
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pp.1367-1378
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2017
Epigenetic alterations such as DNA methylation, histone acetylation, and chromatin remodeling can control gene expression by regulating gene transcription. DNA methylation is one of the frequent epigenetic events that play important roles in cancer development. Cancer cells can gain significant resistance to anticancer drugs and escape programmed cell death through major epigenetic changes, including DNA methylation. To date, several research groups have identified instances of both (i) hypermethylation of tumor suppressor genes, and (ii) global hypomethylation of oncogenes. These changes in DNA methylation status could be used as biomarkers for the diagnosis and prognosis of cancer patients undergoing chemotherapies or other clinical therapies. Herein, we describe genes for which methylation is dependent upon anticancer drug resistance in patients with gastric cancer; we then suggest a significant epigenetic target to focus on for overcoming anticancer drug resistance.
Glioma is the most common brain tumor with a dismal prognosis. While temozolomide (TMZ) based chemotherapy significantly improves survival in glioma patients, resistance against this compound commonly leads to glioma treatment failure. Overexpression of long-noncoding RNA (LncRNA) FoxD2 adjacent opposite strand RNA 1 (FoxD2-AS1) was identified to promote glioma development, but the role in TMZ resistance remains unclear. In this paper, we found that FoxD2-AS1 was overexpressed in recurrent glioma, high FoxD2-AS1 expression was significantly correlated with poor patient outcome. Methylation of $O^6$-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) is significantly less frequent in high FoxD2-AS1 expression patients. Knockdown of FoxD2-AS1 decreased the proliferation, metastatic ability of glioma cells and promote the sensitivity to TMZ in glioma cells. Furthermore, knockdown of FoxD2-AS1 induced hypermethylation of the promoter region of MGMT. Our data suggested that FoxD2-AS1 is a clinical relevance LncRNA and mediates TMZ resistance by regulating the methylation status of the MGMT promoter region.
Ha, Ye-Na;Sung, Hye Youn;Yang, San-Duk;Chae, Yun Ju;Ju, Woong;Ahn, Jung-Hyuck
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.22
no.1
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pp.43-51
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2018
Although cisplatin is one of the most effective antitumor drugs for ovarian cancer, the emergence of chemoresistance to cisplatin in over 80% of initially responsive patients is a major barrier to successful therapy. The precise mechanisms underlying the development of cisplatin resistance are not fully understood, but alteration of DNA methylation associated with aberrant gene silencing may play a role. To identify epigenetically regulated genes directly associated with ovarian cancer cisplatin resistance, we compared the expression and methylation profiles of cisplatin-sensitive and -resistant human ovarian cancer cell lines. We identified ${\alpha}$-N-acetylgalactosaminidase (NAGA) as one of the key candidate genes for cisplatin drug response. Interestingly, in cisplatin-resistant cell lines, NAGA was significantly down-regulated and hypermethylated at a promoter CpG site at position +251 relative to the transcriptional start site. Low NAGA expression in cisplatin-resistant cell lines was restored by treatment with a DNA demethylation agent, indicating transcriptional silencing by hyper-DNA methylation. Furthermore, overexpression of NAGA in cisplatin-resistant lines induced cytotoxicity in response to cisplatin, whereas depletion of NAGA expression increased cisplatin chemoresistance, suggesting an essential role of NAGA in sensitizing ovarian cells to cisplatin. These findings indicate that NAGA acts as a cisplatin sensitizer and its gene silencing by hypermethylation confers resistance to cisplatin in ovarian cancer. Therefore, we suggest NAGA may be a promising potential therapeutic target for improvement of sensitivity to cisplatin in ovarian cancer.
Hye Youn Sung;Jihye Han;Yun Ju Chae;Woong Ju;Jihee Lee Kang;Ae Kyung Park;Jung-Hyuck Ahn
BMB Reports
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v.56
no.6
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pp.347-352
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2023
The protein family of poly (ADP-ribose) polymerases (PARPs) is comprised of multifunctional nuclear enzymes. Several PARP inhibitors have been developed as new anticancer drugs to combat resistance to chemotherapy. Herein, we characterized PARP4 mRNA expression profiles in cisplatin-sensitive and cisplatin-resistant ovarian cancer cell lines. PARP4 mRNA expression was significantly upregulated in cisplatin-resistant ovarian cancer cell lines, and this upregulation was associated with the hypomethylation of specific cytosine-phosphate-guanine (CpG) sites (cg18582260 and cg17117459) on its promoter. Reduced PARP4 expression was restored by treating cisplatin-sensitive cell lines with a demethylation agent, implicating the epigenetic regulation of PARP4 expression by promoter methylation. Depletion of PARP4 expression in cisplatin-resistant cell lines reduced cisplatin chemoresistance and promoted cisplatin-induced DNA fragmentation. The differential mRNA expression and DNA methylation status at specific PARP4 promoter CpG sites (cg18582260 and cg17117459) according to cisplatin responses, was further validated in primary ovarian tumor tissues. The results showed significantly increased PARP4 mRNA expressions and decreased DNA methylation levels at specific PARP4 promoter CpG sites (cg18582260 and cg17117459) in cisplatin-resistant patients. Additionally, the DNA methylation status at cg18582260 CpG sites in ovarian tumor tissues showed fairly clear discrimination between cisplatin-resistant patients and cisplatin-sensitive patients, with high accuracy (area under the curve = 0.86, P = 0.003845). Our findings suggest that the DNA methylation status of PARP4 at the specific promoter site (cg18582260) may be a useful diagnostic biomarker for predicting the response to cisplatin in ovarian cancer patients.
Transgene expression was analyzed in tomato plants. Four lines of neomycin phosphotransferase II gene (NPTII) and the trehalose biosynthetic fusion gene (TPSP) transformed $T_0$ plants showed kanamycin resistance on selection medium. However, the analysis of phenotype (kanamycin resistance) and mRNA expression in $T_1$ plants indicated that the expression of the NPTII and TPSP transgenes was down-regulated to an undetectable level in two independent lines 1 and 11. Southern analysis demonstrated that the lines 1 and 11 had multicopies of the transgenes, whereas the typical transgenic lines 2 and 10 had 1 or 2 copies. DNA methylation analysis using methylation sensitive enzyme detected accumulated CpG DNA methylation on TPSP coding region and CaMV35S promoter region in the line 11, but not the typical transgenic line 2. These results suggest that multicopy transgene in plants is attributed to down-regulation of the transgene expression via transcriptional gene silencing.
Erythromycin is a macrolide antibiotic and inhibits bacterial protein synthesis by stimulating the dissociation of the peptidyl-tRNA molecule from the ribosomes during elongation. The use of macrolides has increased dramatically over the last few years and has led to an increase in bacterial resistance to these antibiotics. Bacterial resistance to erythromycin is generally conferred by the ribosome methylation and/or transport (efflux) protein genes. Among the identified erythromycin-resistant genes, erm(B) (erythromycin methylation) and mef(A) (macrolide efflux) are generally detectable in erythromycin-resistant streptococcal species. The distribution of these genes in oral streptococcal isolates has been reported in studies from other countries but has not been previously examined in a Korean study. We here examined by PCR the presence of erm(B) and mef(A) in oral streptococci isolated from Korean dental plaques. Among the 57 erythromycin-resistant strains tested, 64.9% harbored erm(B) whereas 40.4% were positive for mef(A). Eleven isolates had both the erm(B) and mef(A) genes. Twenty six isolates had only erm(B) and 12 isolates had only mef(A). Eight of the 57 strains examined were negative for both genes.
Klebsiella pneumoniae is a gram-negative bacterium that is known for causing infection in nosocomial settings. As reported by the World Health Organization, carbapenem-resistant Enterobacteriaceae, a category that includes K. pneumoniae, are classified as an urgent threat, and the greatest concern is that these bacterial pathogens may acquire genetic traits that make them resistant towards antibiotics. The last class of antibiotics, carbapenems, are not able to combat these bacterial pathogens, allowing them to clonally expand antibiotic-resistant strains. Most antibiotics target essential pathways of bacterial cells; however, these targets are no longer susceptible to antibiotics. Hence, in our study, we focused on a hypothetical protein in K. pneumoniae that contains a DNA methylation protein domain, suggesting a new potential site as a drug target. DNA methylation regulates the attenuation of bacterial virulence. We integrated computational-aided drug design by using a bioinformatics approach to perform subtractive genomics, virtual screening, and fingerprint similarity search. We identified a new potential drug, koenimbine, which could be a novel antibiotic.
Al-Jamal, Hamid AN;Jusoh, Siti Asmaa Mat;Yong, Ang Cheng;Asan, Jamaruddin Mat;Hassan, Rosline;Johan, Muhammad Farid
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.11
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pp.4555-4561
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2014
Background: Silencing due to methylation of suppressor of cytokine signaling-3 (SOCS-3), a negative regulator gene for the JAK/STAT signaling pathway has been reported to play important roles in leukemogenesis. Imatinib mesylate is a tyrosine kinase inhibitor that specifically targets the BCR-ABL protein and induces hematological remission in patients with chronic myeloid leukemia (CML). Unfortunately, the majority of CML patients treated with imatinib develop resistance under prolonged therapy. We here investigated the methylation profile of SOCS-3 gene and its downstream effects in a BCR-ABL positive CML cells resistant to imatinib. Materials and Methods: BCR-ABL positive CML cells resistant to imatinib (K562-R) were developed by overexposure of K562 cell lines to the drug. Cytotoxicity was determined by MTS assays and $IC_{50}$ values calculated. Apoptosis assays were performed using annexin V-FITC binding assays and analyzed by flow cytometry. Methylation profiles were investigated using methylation specific PCR and sequencing analysis of SOCS-1 and SOCS-3 genes. Gene expression was assessed by quantitative real-time PCR, and protein expression and phosphorylation of STAT1, 2 and 3 were examined by Western blotting. Results: The $IC_{50}$ for imatinib on K562 was 362nM compared to 3,952nM for K562-R (p=0.001). Percentage of apoptotic cells in K562 increased upto 50% by increasing the concentration of imatinib, in contrast to only 20% in K562-R (p<0.001). A change from non-methylation of the SOCS-3 gene in K562 to complete methylation in K562-R was observed. Gene expression revealed down-regulation of both SOCS-1 and SOCS-3 genes in resistant cells. STAT3 was phosphorylated in K562-R but not K562. Conclusions: Development of cells resistant to imatinib is feasible by overexposure of the drug to the cells. Activation of STAT3 protein leads to uncontrolled cell proliferation in imatinib resistant BCR-ABL due to DNA methylation of the SOCS-3 gene. Thus SOCS-3 provides a suitable candidate for mechanisms underlying the development of imatinib resistant in CML patients.
Objective: Cluster of differentiation 4 protein (CD4) gene is an important immune related gene which plays a significant role in T cell development and host resistance during viral infection. Methods: In order to unravel the relationship of CpG island methylation level of CD4 gene with its gene expression and T lymphocyte subpopulation traits, we used one typical Chinese indigenous breed (Dapulian, DP) and one commercial breed (Landrace), then predicted the CpG island of CD4 gene, determined the methylation status of CpG sites by bisulfite sequencing polymerase chain reaction (BSP), and carried out the correlation analyses of methylation frequencies of CpG sites with mRNA expression and T lymphocyte subpopulation traits. Results: There was one CpG island predicted in the upstream -2 kb region and exon one of porcine CD4 gene, which located 333 bp upstream from the start site of gene and contained nine CpG sites. The correlation analysis results indicated that the methylation frequency of CpG_2 significantly correlated with CD4 mRNA expression in the DP and Landrace combined population, though it did not reach significance level in DP and Landrace separately. Additionally, 15 potential binding transcription factors (TFs) were predicted within the CpG island, and one of them (Jumonji) contained CpG_2 site, suggesting that it may influence the CD4 gene expression through the potential binding TFs. We also found methylation frequency of CpG_2 negatively correlated with T lymphocyte subpopulation traits CD4+CD8-CD3-, CD4-CD8+CD3- and CD4+/CD8+, and positively correlated with CD4-CD8+CD3+ and CD4+CD8+CD3+ (for all correlation, p<0.01) in DP and Landrace combined population. Thus, the CpG_2 was a critical methylation site for porcine CD4 gene expression and T lymphocyte subpopulation traits. Conclusion: We speculated that increased methylation frequency of CpG_2 may lead to the decreased expression of CD4, which may have some kind of influence on T lymphocyte subpopulation traits and the immunity of DP population.
LRP15 is a novel gene cloned from lymphocytic cells, and its function is still unknown. Bioinformatic data showed that LRP15 might be regulated by DNA methylation and had an important role in DNA repair. In this study, we investigate whether the expression of LRP15 is regulated by DNA methylation, and whether overexpression of LRP15 increases efficiency of DNA repair of UV-induced DNA damage in HeLa cells. The results showed (1) the promoter of LRP15 was hypermethylated in HeLa cells, resulting a silence of its expression. Gene expression was restored by a demethylating agent, 5-aza-2'-deoxycytidine, but not by a histone deacetylase inhibitor, trichostatin A; (2) overexpression of LRP15 inhibited HeLa cell proliferation, and the numbers of cells in the G2/M phase of the cell cycle in cells transfected with LRP15 increased about 10% compared with controls; (3) cyclin B1 level was much lower in cells overexpressing LRP15 than in control cells; and (4) after exposure to UV radiation, the LRP15-positive cells showed shorter comet tails compared with the LRP15-negative cells. From these results we conclude that the expression of LRP15 is controlled by methylation in its promoter in HeLa cells, and LRP15 confers resistance to UV damage and accelerates the DNA repair rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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