Kim, Min Young;Lee, Ji Eun;Kim, Lark Kyun;Kim, TaeSoo
BMB Reports
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v.52
no.2
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pp.127-132
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2019
Cells must fine-tune their gene expression programs for optimal cellular activities in their natural growth conditions. Transcriptional memory, a unique transcriptional response, plays a pivotal role in faster reactivation of genes upon environmental changes, and is facilitated if genes were previously in an active state. Hyper-activation of gene expression by transcriptional memory is critical for cellular differentiation, development, and adaptation. TREM (Transcriptional REpression Memory), a distinct type of transcriptional memory, promoting hyper-repression of unnecessary genes, upon environmental changes has been recently reported. These two transcriptional responses may optimize specific gene expression patterns, in rapidly changing environments. Emerging evidence suggests that they are also critical for immune responses. In addition to memory B and T cells, innate immune cells are transcriptionally hyperactivated by restimulation, with the same or different pathogens known as trained immunity. In this review, we briefly summarize recent progress in chromatin-based regulation of transcriptional memory, and its potential role in immune responses.
Meyer J. Friedman;Haram Lee;June-Yong Lee;Soohwan Oh
IMMUNE NETWORK
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v.23
no.1
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pp.5.1-5.28
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2023
Th cell lineage determination and functional specialization are tightly linked to the activation of lineage-determining transcription factors (TFs) that bind cis-regulatory elements. These lineage-determining TFs act in concert with multiple layers of transcriptional regulators to alter the epigenetic landscape, including DNA methylation, histone modification and threedimensional chromosome architecture, in order to facilitate the specific Th gene expression programs that allow for phenotypic diversification. Accumulating evidence indicates that Th cell differentiation is not as rigid as classically held; rather, extensive phenotypic plasticity is an inherent feature of T cell lineages. Recent studies have begun to uncover the epigenetic programs that mechanistically govern T cell subset specification and immunological memory. Advances in next generation sequencing technologies have allowed global transcriptomic and epigenomic interrogation of CD4+ Th cells that extends previous findings focusing on individual loci. In this review, we provide an overview of recent genome-wide insights into the transcriptional and epigenetic regulation of CD4+ T cell-mediated adaptive immunity and discuss the implications for disease as well as immunotherapies.
Polycomb group (PcG) proteins are conserved chromatin regulators involved in the control of key developmental programs in eukaryotes. They collectively provide the transcriptional memory unique to each cell identity by maintaining transcriptional states of developmental genes. PcG proteins form multi-protein complexes, known as Polycomb repressive complex 1 (PRC1) and Polycomb repressive complex 2 (PRC2). PRC1 and PRC2 contribute to the stable gene silencing in part through catalyzing covalent histone modifications. Components of PRC1 and PRC2 are well conserved from plants to animals. PcG-mediated gene silencing has been extensively investigated in efforts to understand molecular mechanisms underlying developmental programs in eukaryotes. Here, we describe our current knowledge on PcG-mediated gene repression which dictates developmental programs by dynamic layers of regulatory activities, with an emphasis given to the model plant Arabidopsis thaliana.
The high mortality rates associated with acute kidney injury are mainly due to extra-renal complications that occur following distant-organ involvement. Damage to these organs, which is commonly referred to as multiple organ dysfunction syndrome, has more severe and persistent effects. The brain and its sub-structures, such as the hippocampus, are vulnerable organs that can be adversely affected. Acute kidney injury may be associated with numerous brain and hippocampal complications, as it may alter the permeability of the blood-brain barrier. Although the pathogenesis of acute uremic encephalopathy is poorly understood, some of the underlying mechanisms that may contribute to hippocampal involvement include the release of multiple inflammatory mediators that coincide with hippocampus inflammation and cytotoxicity, neurotransmitter derangement, transcriptional dysregulation, and changes in the expression of apoptotic genes. Impairment of brain function, especially of a structure that has vital activity in learning and memory and is very sensitive to renal ischemic injury, can ultimately lead to cognitive and functional complications in patients with acute kidney injury. The objective of this review was to assess these complications in the brain following acute kidney injury, with a focus on the hippocampus as a critical region for learning and memory.
The most common genetic disorder Down syndrome (DS) displays various developmental defects including mental retardation, learning and memory deficit, the early onset of Alzheimer's disease (AD), congenital heart disease, and craniofacial abnormalities. Those characteristics result from the extra-genes located in the specific region called 'Down syndrome critical region (DSCR)' in human chromosome 21. In this review, we summarized the recent findings of the DYRK1A and RCAN1 genes, which are located on DSCR and thought to be closely associated with the typical features of DS patients, and their implication to the pathogenesis of neural defects in DS. DYRK1A phosphorylates several transcriptional factors, such as CREB and NFAT, endocytic complex proteins, and AD-linked gene products. Meanwhile, RCAN1 is an endogenous inhibitor of calcineurin A, and its unbalanced activity is thought to cause major neuronal and/or non-neuronal malfunction in DS and AD. Interestingly, they both contribute to the learning and memory deficit, altered synaptic plasticity, impaired cell cycle regulation, and AD-like neuropathology in DS. By understanding their biochemical, functional and physiological roles, we hope to get important molecular basis of DS pathology, which would consequently lead to the basis to develop the possible therapeutic tools for the neural defects in DS.
Synaptic plasticity, which is a long lasting change in synaptic efficacy, underlies many neural processes like learning and memory. It has long been acknowledged that new protein synthesis is essential for both the expression of synaptic plasticity and memory formation and storage. Most of the research interests in this field have focused on the events regulating transcriptional activation of gene expression from the cell body and nucleus. Considering extremely differentiated structural feature of a neuron in CNS, a neuron should meet a formidable task to overcome spatial and temporal restraints to deliver newly synthesized proteins to specific activated synapses among thousands of others, which are sometimes several millimeters away from the cell body. Recent advances in synaptic neurobiology has found that almost all the machinery required for the new protein translation are localized inside or at least in the vicinity of postsynaptic compartments. These findings led to the hypothesis that dormant mRNAs are translationally activated locally at the activated synapse, which may enable rapid and delicate control of new protein synthesis at activated synapses. In this review, we will describe the mechanism of local translational control at activated synapses focusing on the role of cytoplasmic polyadenylation of dormant mRNAs.
MicroRNAs are non-coding short (~23 nucleotides) RNAs that mediate post-transcriptional regulation through sequence-specific gene silencing. The role of miRNAs in neuronal development, synapse formation and synaptic plasticity has been highlighted. However, the role of neuronal activity on miRNA regulation has been less focused. Neuronal activity-dependent regulation of miRNA may finetune gene expression in response to synaptic plasticity and memory formation. Here, we provide an overview of miRNA regulation by neuronal activity including high-throughput screening studies. We also discuss the possible molecular mechanisms of activity-dependent induction and turnover of miRNAs.
Background: 20(S)-protopanaxadiol (PPD), a ginsenoside metabolite, has prominent benefits for the central nervous system, especially in improving learning and memory. However, its transcriptional targets in brain tissue remain unknown. Methods: In this study, we first used mass spectrometry-based drug affinity responsive target stability (DARTS) to identify the potential proteins of ginsenosides and intersected them with the transcription factor library. Second, the transcription factor PURA was confirmed as a target of PPD by biolayer interferometry (BLI) and molecular docking. Next, the effect of PPD on the transcriptional levels of target genes of PURA in brain tissues was determined by qRT-PCR. Finally, bioinformatics analysis was used to analyze the potential biological features of these target proteins. Results: The results showed three overlapping transcription factors between the proteomics of DARTS and transcription factor library. BLI analysis further showed that PPD had a higher direct interaction with PURA than parent ginsenosides. Subsequently, BLI kinetic analysis, molecular docking, and mutations in key amino acids of PURA indicated that PPD specifically bound to PURA. The results of qRT-PCR showed that PPD could increase the transcription levels of PURA target genes in brain. Finally, bioinformatics analysis showed that these target proteins were involved in learning and memory function. Conclusion: The above-mentioned findings indicate that PURA is a transcription target of PPD in brain, and PPD upregulate the transcription levels of target genes related to cognitive dysfunction by binding PURA, which could provide a chemical and biological basis for the study of treating cognitive impairment by targeting PURA.
The B cell translocation gene 1 (BTG1) and BTG2 play a key role in a wide range of cellular activities including proliferation, apoptosis, and cell growth via modulating a variety of central biological steps such as transcription, post-transcriptional, and translation. BTG1 and BTG2 have been identified by genomic profiling of B-cell leukemia and diverse lymphoma types where both genes are commonly mutated, implying that they serve as tumor suppressors. Furthermore, a low expression level of BTG1 or BTG2 in solid tumors is frequently associated with malignant progression and poor treatment outcomes. As physiological aspects, BTG1 and BTG2 have been discovered to play a critical function in regulating quiescence in hematopoietic lineage such as Hematopoietic stem cells (HSCs) and naive and memory T cells, highlighting their novel role in maintaining the quiescent state. Taken together, emerging evidence from the recent studies suggests that BTG1 and BTG2 play a central anti-proliferative role in various tissues and cells, indicating their potential as targets for innovative therapeutics.
The root of Polygala radix has been widely known as an oriental traditional medicinal stuff that improves memory. However, its mechanism of action remains unclear. In this study, the effect of Polygala radix hot water extracts (PRHWE) on cognitive function related to the activity of acetylcholinesterase (AchE) derived from neural cells (PC12) in addition to antioxidant activity was examined both in a cell-free system and live cells. First, in the study on cell viability using an MTT assay, PRHWE did not exhibit any cell toxicity at 0.1% (w/v) or below. It also was observed that PRHWE increased the scavenging activity of DPPH radical, hydrogen peroxide and superoxide, reducing power in a dose-dependent manner. In particular, PRHWE had a protective effect on DNA oxidation induced by hydroxyl radicals. Additionally, it inhibited the production of inducible nitric oxide in neuronal cells. Furthermore, the AchE activity decreased with increasing concentrations. In addition, PRHWE increased the expression level of SOD-1 and NOS-2 in PC12 cells. Moreover, the transcriptional activities of p53 and NF-${\kappa}B$ were reduced in the presence of PRHWE in an experiment using a reporter gene assay. Therefore, these results prove that PRHE has antioxidative and protective effects on neuronal cells, suggesting that it may have great potential as a therapeutic agent for human health.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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