Notch signaling is an evolutionarily conserved pathway and involves in the regulation of various cellular and developmental processes. Ligand binding releases the intracellular domain of Notch receptor (NICD), which interacts with DNA-bound CSL [CBF1/Su(H)/Lag-1] to activate transcription of target genes. In the absence of NICD binding, CSL down-regulates target gene expression through the recruitment of various corepressor proteins including SMRT/NCoR (silencing mediator of retinoid and thyroid receptors/nuclear receptor corepressor), SHARP (SMRT/HDAC1-associated repressor protein), and KyoT2. Structural and functional studies revealed the molecular basis of these interactions, in which NICD coactivator and corepressor proteins competitively bind to ${\beta}-trefoil$ domain (BTD) of CSL using a conserved ${\varphi}W{\varphi}P$ motif (${\varphi}$ denotes any hydrophobic residues). To date, there are conflicting ideas regarding the molecular mechanism of SMRT-mediated repression of CSL as to whether CSL-SMRT interaction is direct or indirect (via the bridge factor SHARP). To solve this issue, we mapped the CSL-binding region of SMRT and employed a 'one- plus two-hybrid system' to obtain CSL interaction-defective mutants for this region. We identified the CSL-interaction module of SMRT (CIMS; amino acid 1816-1846) as the molecular determinant of its direct interaction with CSL. Notably, CIMS contains a canonical ${\varphi}W{\varphi}P$ sequence (APIWRP, amino acids 1832-1837) and directly interacts with CSL-BTD in a mode similar to other BTD-binding corepressors. Finally, we showed that CSL-interaction motif, rather than SHARP-interaction motif, of SMRT is involved in transcriptional repression of NICD in a cell-based assay. These results strongly suggest that SMRT participates in CSL-mediated repression via direct binding to CSL.
Kim, Taewook;Park, June Hyun;Lee, Sang-gil;Kim, Soyoung;Kim, Jihyun;Lee, Jungho;Shin, Chanseok
Molecules and Cells
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v.40
no.8
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pp.587-597
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2017
MicroRNAs (miRNAs) are essential small RNA molecules that regulate the expression of target mRNAs in plants and animals. Here, we aimed to identify miRNAs and their putative targets in Hibiscus syriacus, the national flower of South Korea. We employed high-throughput sequencing of small RNAs obtained from four different tissues (i.e., leaf, root, flower, and ovary) and identified 33 conserved and 30 novel miRNA families, many of which showed differential tissuespecific expressions. In addition, we computationally predicted novel targets of miRNAs and validated some of them using 5' rapid amplification of cDNA ends analysis. One of the validated novel targets of miR477 was a terpene synthase, the primary gene involved in the formation of disease-resistant terpene metabolites such as sterols and phytoalexins. In addition, a predicted target of conserved miRNAs, miR396, is SHORT VEGETATIVE PHASE, which is involved in flower initiation and is duplicated in H. syriacus. Collectively, this study provides the first reliable draft of the H. syriacus miRNA transcriptome that should constitute a basis for understanding the biological roles of miRNAs in H. syriacus.
Park, Sehhoon;Lee, Chung;Ku, Bo Mi;Kim, Minjae;Park, Woong-Yang;Kim, Nayoung K.D.;Ahn, Myung-Ju
BMB Reports
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v.54
no.7
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pp.386-391
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2021
Owing to rapid advancements in NGS (next generation sequencing), genomic alteration is now considered an essential predictive biomarkers that impact the treatment decision in many cases of cancer. Among the various predictive biomarkers, tumor mutation burden (TMB) was identified by NGS and was considered to be useful in predicting a clinical response in cancer cases treated by immunotherapy. In this study, we directly compared the lab-developed-test (LDT) results by target sequencing panel, K-MASTER panel v3.0 and whole-exome sequencing (WES) to evaluate the concordance of TMB. As an initial step, the reference materials (n = 3) with known TMB status were used as an exploratory test. To validate and evaluate TMB, we used one hundred samples that were acquired from surgically resected tissues of non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. The TMB of each sample was tested by using both LDT and WES methods, which extracted the DNA from samples at the same time. In addition, we evaluated the impact of capture region, which might lead to different values of TMB; the evaluation of capture region was based on the size of NGS and target sequencing panels. In this pilot study, TMB was evaluated by LDT and WES by using duplicated reference samples; the results of TMB showed high concordance rate (R2 = 0.887). This was also reflected in clinical samples (n = 100), which showed R2 of 0.71. The difference between the coding sequence ratio (3.49%) and the ratio of mutations (4.8%) indicated that the LDT panel identified a relatively higher number of mutations. It was feasible to calculate TMB with LDT panel, which can be useful in clinical practice. Furthermore, a customized approach must be developed for calculating TMB, which differs according to cancer types and specific clinical settings.
Insect-resistant transgenic (Bt-9) rice was generated by inserting mCry1Ac1, a modified gene from the soil bacterium Bacillus thuringiensis, into the genome of a conventional variety of rice (Ilmi). With regard to potential problems such as safety, an evaluation of non-target organisms is necessary as an essential element of an environmental risk assessment of genetically modified (GM) crops. We studied the effects of the Bt-9 rice on the survival of cantor Daphnia magna, a commonly used model organism in ecotoxicological studies. D. magna fed on the Bt-transgenic rice (Bt-9) and its near non-GM counterparts (Ilmi) grown in the same environment (a 100% ground rice suspension). The Bt-9 rice was confirmed to have the inserted T-DNA and protein expression evident by the PCR and ELISA analyses. The feeding study showed a similar cumulative immobility and abnormal response of the Daphnia magna between the Bt-9 rice and Ilmi. Additionally, the 48 h-EC50 values of the Bt-9 and Ilmi rice were 4,400 mg/L (95% confidence limits: 3861.01 - 5015.01 mg/L) and 5,564 mg/L (95% confidence limits: 4780.03 - 6476.93 mg/L), respectively. The rice NOEC (No observed effect concentration) value for D. magna was suggested to be 1,620 mg/L. We conclude that the tested Bt-9 and Ilmi have a similar cumulative immobility for D. magna, a widely used model organism, and the growth of Bt-9 did not affect non-target insects.
Kim, Dong Hyun;Kim, Hye-Min;Huong, Pham Thi Thu;Han, Ho-Jin;Hwang, Joonsung;Cha-Molstad, Hyunjoo;Lee, Kyung Ho;Ryoo, In-Ja;Kim, Kyoon Eon;Huh, Yang Hoon;Ahn, Jong Seog;Kwon, Yong Tae;Soung, Nak-Kyun;Kim, Bo Yeon
BMB Reports
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v.52
no.5
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pp.342-347
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2019
Methylation is a primary epigenetic mechanism regulating gene expression. 5-aza-2'-deoxycytidine is an FDA-approved drug prescribed for treatment of cancer by inhibiting DNA-Methyl-Transferase 1 (DNMT1). Results of this study suggest that prolonged treatment with 5-aza-2'-deoxycytidine could induce centrosome abnormalities in cancer cells and that CEP131, a centrosome protein, is regulated by DNMT1. Interestingly, cancer cell growth was attenuated in vitro and in vivo by inhibiting the expression of Cep131. Finally, Cep131-deficient cells were more sensitive to treatment with DNMT1 inhibitors. These findings suggest that Cep131 is a potential novel anti-cancer target. Agents that can inhibit this protein may be useful alone or in combination with DNMT1 inhibitors to treat cancer.
A duplex PCR method was developed for simultaneous detection and identification of tobacco root rot pathogens Phytophthora nicotianae and Thielaviopsis basicola. The specific primers for P. nicotianae were developed based on its internal transcribed spacer (ITS) regions of ribosomal gene, ras gene and hgd gene, while the specific primers for T. basicola were designed based on its ITS regions and ${\beta}$-tubulin gene. The specificity of the primers was determined using isolates of P. nicotianae, T. basicola and control samples. The results showed that the target pathogens could be detected from diseased tobacco plants by a combination of the specific primers. The sensitivity limitation was $100fg/{\mu}l$ of pure genomic DNA of the pathogens. This new assay can be applied to screen out target pathogens rapidly and reliably in one PCR and will be an important tool for the identification and precise early prediction of these two destructive diseases of tobacco.
Background: The roots of Panax ginseng contain two types of tetracyclic triterpenoid saponins, namely, protopanaxadiol (PPD)-type saponins and protopanaxatiol (PPT)-type saponins. In P. ginseng, the protopanaxadiol 6-hydroxylase (PPT synthase) enzyme catalyses protopanaxatriol (PPT) production from protopanaxadiol (PPD). In this study, we constructed homozygous mutant lines of ginseng by CRISPR/Cas9-mediated mutagenesis of the PPT synthase gene and obtained the mutant ginseng root lines having complete depletion of the PPT-type ginsenosides. Methods: Two sgRNAs (single guide RNAs) were designed for target mutations in the exon sequences of the two PPT synthase genes (both PPTa and PPTg sequences) with the CRISPR/Cas9 system. Transgenic ginseng roots were generated through Agrobacterium-mediated transformation. The mutant lines were screened by ginsenoside analysis and DNA sequencing. Result: Ginsenoside analysis revealed the complete depletion of PPT-type ginsenosides in three putative mutant lines (Cr4, Cr7, and Cr14). The reduction of PPT-type ginsenosides in mutant lines led to increased accumulation of PPD-type ginsenosides. The gene editing in the selected mutant lines was confirmed by targeted deep sequencing. Conclusion: We have established the genome editing protocol by CRISPR/Cas9 system in P. ginseng and demonstrated the mutated roots producing only PPD-type ginsenosides by depleting PPT-type ginsenosides. Because the pharmacological activity of PPD-group ginsenosides is significantly different from that of PPT-group ginsenosides, the new type of ginseng mutant producing only PPD-group ginsenosides may have new pharmacological characteristics compared to wild-type ginseng. This is the first report to generate target-induced mutations for the modification of saponin biosynthesis in Panax species using CRISPR-Cas9 system.
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.
Background: Ca2+ signaling plays a vital role in neuronal signaling and altered Ca2+ homeostasis in Parkinson's disease (PD). Overexpression of αSYN significantly promote the Ca2+-Calmodulin (CaM) activity and subsequent nuclear translocation of nuclear factor of activated T cells (NFAT) transcription factor in dopaminergic neurons of midbrain. However, the exact role of Ca2+-CaM and NFAT in PD pathology is yet to be elucidated. Methods: We designed the CaM-NFAT-oligodeoxynucleotide (ODN), a synthetic short DNA containing complementary sequence for NFAT transcription factor and CaM mRNA. Then, the effect of CaM-NFAT-ODN on 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+)-mediated neurotoxicity was investigated in mimic PD model in vitro. Results: First, the expression of αSYN and CaM was strongly increased in substantia nigra (SN) of PD and the expression of tyrosine hydroxylase (TH) was strongly increased in control SN. Additionally, the expression of apoptosis marker proteins was strongly increased in SN of PD. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed CaM and pNFAT, the target genes of this ODN in rat embryo primary mesencephalic neurons. It also reduced ERK phosphorylation, a downstream target of these genes. These results demonstrated that CaM-NFAT-ODN operated successfully in rat embryo primary mesencephalic neurons. Transfection of CaM-NFAT-ODN repressed TH reduction, αSYN accumulation, and apoptosis by MPP+-induced neurotoxicity response through Ca2+ signaling and mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling. Conclusion: Synthetic CaM-NFAT-ODN has substantial therapeutic feasibility for the treatment of neurodegenerative diseases.
Sang-Min Kim;Dong Yeol Kim;Jiwon Park;Young-Ah Moon;Inn-Oc Han
BMB Reports
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v.57
no.2
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pp.92-97
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2024
Elevated blood glucose is associated with an increased risk of atherosclerosis. Data from the current study showed that glucosamine (GlcN), a normal glucose metabolite of the hexosamine biosynthetic pathway (HBP), promoted lipid accumulation in RAW264.7 macrophage cells. Oleic acid- and lipopolysaccharide (LPS)-induced lipid accumulation was further enhanced by GlcN in RAW264.7 cells, although there was no a significant change in the rate of fatty acid uptake. GlcN increased acetyl CoA carboxylase (ACC), fatty acid synthase (FAS), scavenger receptor class A, liver X receptor, and sterol regulatory element-binding protein-1c (SREBP-1c) mRNA expression, and; conversely, suppressed ATP-binding cassette transporter A1 (ABCA-1) and ABCG-1 expression. Additionally, GlcN promoted O-GlcNAcylation of nuclear SREBP-1 but did not affect its DNA binding activity. GlcN stimulated phosphorylation of mammalian target of rapamycin (mTOR) and S6 kinase. Rapamycin, a mTOR-specific inhibitor, suppressed GlcN-induced lipid accumulation in RAW264.7 cells. The GlcN-mediated increase in ACC and FAS mRNA was suppressed, while the decrease in ABCA-1 and ABCG-1 by GlcN was not significantly altered by rapamycin. Together, our results highlight the importance of the mTOR signaling pathway in GlcN-induced macrophage lipid accumulation and further support a potential link between mTOR and HBP signaling in lipogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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