Multivalent macromolecular interactions underlie dynamic regulation of diverse biological processes in ever-changing cellular states. These interactions often involve binding of multiple proteins to a linear lattice including intrinsically disordered proteins and the chromosomal DNA with many repeating recognition motifs. Quantitative understanding of such multivalent interactions on a linear lattice is crucial for exploring their unique regulatory potentials in the cellular processes. In this review, the distinctive molecular features of the linear lattice system are first discussed with a particular focus on the overlapping nature of potential protein binding sites within a lattice. Then, we introduce two general quantitative frameworks, combinatorial and conditional probability models, dealing with the overlap problem and relating the binding parameters to the experimentally measurable properties of the linear lattice-protein interactions. To this end, we present two specific examples where the quantitative models have been applied and further extended to provide biological insights into specific cellular processes. In the first case, the conditional probability model was extended to highlight the significant impact of nonspecific binding of transcription factors to the chromosomal DNA on gene-specific transcriptional activities. The second case presents the recently developed combinatorial models to unravel the complex organization of target protein binding sites within an intrinsically disordered region (IDR) of a nucleoporin. In particular, these models have suggested a unique function of IDRs as a molecular switch coupling distinct cellular processes. The quantitative models reviewed here are envisioned to further advance for dissection and functional studies of more complex systems including phase-separated biomolecular condensates.
Lin, Hong;Zhao, Song;Ye, Yuying;Shao, Lei;Jiang, Nizhen;Yang, Kun
Parasites, Hosts and Diseases
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v.60
no.3
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pp.201-205
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2022
Babesia microti is one of the most common causative agents of babesiosis. A sensitive and rapid detection is necessary for screening potentially infected individuals. In this study, B. microti cytochrome c oxidase subunit I (cox1) was selected as the target gene, multiple primers were designed, and optimized by a recombinase-aided amplification (RAA) assay. The optimal primers and probe were labeled with fluorescein. The sensitivity of fluorescent RAA (fRAA) was evaluated using gradient diluents of the cox1 recombinant plasmid and genomic DNA extracted from whole blood of B. microti infected mice. The specificity of fRAA was assessed by other transfusion transmitted parasites. The analytical sensitivity of the fRAA assay was 10 copies of recombinant plasmid per reaction and 10 fg/µl B. microti genomic DNA. No cross-reaction with any other blood-transmitted parasites was observed. Our results demonstrated that the fRAA assay would be rapid, sensitive, and specific for the detection of B. microti.
Yellow goosefish (Lophius litulon) is one of the important commercial fisheries target species in Korea, and commonly consumed as braised or stew. The microsporidian Spraguea is known to infect the nervous system of lophiid fish, forming numerous visible whitish xenomas. This parasite is commonly found in lophiid fish worldwide, but there is no information on the infection status of this parasite in Korea. We obtained commercially available chopped packs of lophiid fish from several fish markets and investigated their prevalence of infection. The isolated xenomas were crushed and purified as mature spore suspension. Microscopic observation and PCR were conducted to visualize and identify them. The host fish was also identified by DNA bar cording analysis. All the specimens were heavily infected and microscopic observation with Giemsa or Chromotrope 2R stain revealed tiny oval shapes of typical microsporidian spores. PCR analysis targeting the partial SSU rDNA showed that our specimen belongs to the genus Spraguea clade. But clear identification at the species level was not possible, due to the insufficient information of gene sequences available in GenBank. In addition, all of our host fish specimen was identified as yellow goosefish. This is the first report of a microsporidian parasite Spraguea infection in yellow goosefish from Korea.
A total of 64 individuals of Acanthogobius flavimanus, which inhabit the coast of Korea, were collected from 8 regions from July to August 2023. A haplotype network and a phylogenetic tree were created. The genomic DNA of the target fish species was compared and analyzed with the genomic DNA of four regions in Japan downloaded from the National Center for Biotechnology Information (NCBI). In the haplotype network of Acanthogoboius flavimanus, Eocheong-do (EC) and Goseong (MAJ) exhibited low genetic similarity with other regions in Korea and Japan. The Phylogenetic tree showed that the population of MAJ exhibited differences in genetic structure compared to populations in other regions of Korea and Japan, indicating a distant relationship. Most marine organisms are known to migrate and spread via ocean currents, which is the most crucial factor promoting gene flow through larvae between populations. The haplotype of Acanthogobius flavimanus in MAJ differs from the haplotypes in Korea and Japan. The population in MAJ is believed to have limited genetic exchange due to the North Korea Cold Currents. We identified haplotype patterns based on the geographical distribution of Acanthogobius flavimanus off the coast of Korea and inferred that ocean currents have some influence on genetic distances.
The CRISPR/Cas9 is a core technology that can result in a paradigm for breeding new varieties. This study describes in detail the sgRNA design, vector construction, and the development of a transgenic plant and its molecular analysis, and demonstrates how gene editing technology through the CRISPR/Cas9 system can be applied easily and accurately. CRISPR/Cas9 facilitates targeted gene editing through RNA-guided DNA cleavage, followed by cellular DNA repair mechanisms that introduce sequence changes at the site of cleavage. It also allows the generation of heritable-targeted gene mutations and corrections. Here, we present detailed procedures involved in the CRISPR/Cas9 system to acquire faster, easier and more cost-efficient gene edited transgenic rice. The protocol described here establishes the strategies and steps for the selection of targets, design of sgRNA, vector construction, and analysis of the transgenic lines. The same principles can be used to customize the versatile CRISPR/Cas9 system, for application to other plant species.
Objectives: Mercury is a hazardous organ-specific environmental contaminant. It exists in a wide variety of physical and chemical states, each of which has unique characteristics for the target organ specificity. Exposure to mercury vapor and to organic mercury compounds specifically affects the CNS, while the kidney is the target organ for inorganic Hg compounds. Methods: In this study, mercury chloride $(HgCl_2)$ was studied in a renal derived cell system, i.e., the tubular epithelial Madin-Darby canine kidney (MDCK) cell line, which has specific sensitivity to the toxic effect of mercury. MDCK cells were cultured for 6-24 hr in vitro in various concentrations (0.1-100 M) of $HgCl_2$, and the markers of apoptosis or cell death were assayed, including DNA fragmentation, caspase-3 activity andwestern blotting of cytochrome c. The influence of the metal on cell proliferation and viability were evaluated by the conventional MTT test. Results: The cell viability was decreased in a time and concentration dependent fashion: decreases were noted at 6, 12 and 24 hr after $HgCl_2$, exposure. The increases of DNA fragmentation were also observed in the concentrations from 0.1 to 10 M of $HgCl_2$ at 6 hr after exposure. However, we could not observe DNA fragmentation in the concentrations more than 25 M because the cells rapidly proceeded to necrotic cell death. The activation of caspase-3 was also observed at 6 hr exposure in the $HgCl_2$ concentrations from 0.1 to 10 M. The release of cytochrome c from the mitochondria into the cytosol, which is an initiator of the activation of the caspase cascade, was also observed in the $HgCl_2-treated$ MDCK cells. Conclusions: These results suggest that the activation of caspase-3 was involved in $HgCl_2-induced$ apoptosis. The release of cytochrome c from the mitochondria into the cytosol was also observed in the $HgCl_2-treated$ MDCK cells. These findings indicate that in MDCK cells, $HgCl_2$ is a potent inducer of apoptosis via cytochrome c release from the mitochondria.
Acquired resistance to inhibitors of anaplastic lymphoma kinase (ALK) is a major clinical challenge for ALK fusion-positive non-small-cell lung cancer (NSCLC). In the absence of secondary ALK mutations, epigenetic reprogramming is one of the main mechanisms of drug resistance, as it leads to phenotype switching that occurs during the epithelial-to-mesenchymal transition (EMT). Although drug-induced epigenetic reprogramming is believed to alter the sensitivity of cancer cells to anticancer treatments, there is still much to learn about overcoming drug resistance. In this study, we used an in vitro model of ceritinib-resistant NSCLC and employed genome-wide DNA methylation analysis in combination with single-cell (sc) RNA-seq to identify cytidine deaminase (CDA), a pyrimidine salvage pathway enzyme, as a candidate drug target. CDA was hypomethylated and upregulated in ceritinib-resistant cells. CDA-overexpressing cells were rarely but definitively detected in the naïve cell population by scRNA-seq, and their abundance was increased in the acquired-resistance population. Knockdown of CDA had antiproliferative effects on resistant cells and reversed the EMT phenotype. Treatment with epigenome-related nucleosides such as 5-formyl-2'-deoxycytidine selectively ablated CDA-overexpressing resistant cells via accumulation of DNA damage. Collectively, our data suggest that targeting CDA metabolism using epigenome-related nucleosides represents a potential new therapeutic strategy for overcoming ALK inhibitor resistance in NSCLC.
In this study, we describe the development of a simple and efficient method for cell lysis via the insertion of a bacteriophage lambda lysis gene cluster into the pET22b expression vector in the following order; the T7 promoter, a gene for a target protein intended for production, Sam7 and R. This insertion of R and Sam7 into pET22b exerted no detrimental effects on cellular growth or the production of a target protein. The induction of the T7 promoter did not in itself result in the autolysis of cells in culture but the harvested cells were readily broken by freezing and thawing. We compared the efficiency of the cell lysis technique by freezing and thawing to that observed with sonication, and determined that both methods completely disintegrated the cells and released proteins into the solution. With our modification of pET22b, the lysis of cells became quite simple, efficient, and reliable. This strategy may prove useful for a broad variety of applications, particularly in experiments requiring extensive cell breakage, including library screening and culture condition exploration, in addition to protein purification.
Song, Jae-Young;Nino, Marjohn;Nogoy, Franz Marielle;Jung, Yu-Jin;Kang, Kwon-Kyoo;Cho, Yong-Gu
Journal of Plant Biotechnology
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v.44
no.2
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pp.107-114
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2017
Implementation of crop improvement programs relies on genetic diversity. To overcome the limited occurrence of natural mutations, researchers and breeders applied diverse methods, ranging from conventional crossing to classical bio-technologies. Earlier generations of knockout and gain-of-function technologies often result in incomplete gene disruption or random insertions of transgenes into plant genomes. The newly developed editing tool, CRISPR/Cas9 system, not only provides a powerful platform to efficiently modify target traits, but also broadens the scope and prospects of genome editing. Customized Cas9/guide RNA (gRNA) systems suitable for efficient genomic modification of mammalian cells or plants have been reported. Following successful demonstration of this technology in mammalian cells, CRISPR/Cas9 was successfully adapted in plants, and accumulating evidence of its feasibility has been reported in model plants and major crops. Recently, a modified version of CRISPR/Cas9 with added novel functions has been developed that enables programmable direct irreversible conversion of a target DNA base. In this review, we summarized the milestone applications of CRISPR/Cas9 in plants with a focus on major crops. We also present the implications of an improved version of this technology in the current plant breeding programs.
Reduction in the leakage of the amplified PCR product out of cell is required for effective in situ PCR. For this purpose, primers with complementary tail sequences at their 5' sides were utilized to synthesize high molecular weight PCR products, but it is time-consuming and causes deterioration of cellular appearance with many PCR cycles. Therefore, it is required to optimize the PCR condition with minimal PCR cycles. To achieve the pur-pose, primer polymers were made without the target DNA in tube from nonspecific amplification with tailed primers and treated onto the fixed Molt/LAV cells on the glass slide for the 20 cycle-in situ PCR, in which the appropriate target signals were observed for the possible use of primer polymers in in situ PCR.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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