Tissue-specific transcription is critical for normal development, and abnormalities causing undesirable gene expression may lead to diseases such as cancer. Such highly organized transcription is controlled by enhancers with specific DNA sequences recognized by transcription factors. Enhancers are associated with chromatin modifications that are distinct epigenetic features in a tissue-specific manner. Recently, super-enhancers comprising enhancer clusters co-occupied by lineage-specific factors have been identified in diverse cell types such as adipocytes, hair follicle stem cells, and mammary epithelial cells. In addition, noncoding RNAs, named eRNAs, are synthesized at super-enhancer regions before their target genes are transcribed. Many functional studies revealed that super-enhancers and eRNAs are essential for the regulation of tissue-specific gene expression. In this review, we summarize recent findings concerning enhancer function in tissue-specific gene regulation and cancer development.
Lee, Yun Sok;Koh, Hae-Young;Park, Sang Dai;Kim, Jae Bum
Animal cells and systems
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v.8
no.1
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pp.49-55
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2004
In vertebrates, multisubunit cofactors regulate gene expression through interacting with cell-type- and gene-specific DNA-binding proteins in a chromatin-selective manner. ADD1/SREBP1c regulates fatty acid metabolism and insulin-dependent gene expression through binding to SRE and E-box motif with dual DNA binding specificity. Although its transcriptional and post-translational regulation has been extensively studied, its regulation by interacting proteins is not well understood. To identify cellular proteins that associate with nuclear form of ADD1/SEBP1c, we employed the GST pull-down system with Hela cell nuclei extract. In this study, we demonstrated that Ku proteins interact specifically with ADD1/SREP1c protein. GST pull-down combined with peptide sequencing analysis revealed that Ku80 binds to ADD1/SREBP1c in vitro. Additionally, western blot analysis showed that Ku70, a heterodimerizing partner of Ku80, also associates with ADD1/SREBP1c. Furthermore, co-transfection of Ku70/Ku80 with ADD1/SREBP1c enhanced the transcriptional activity of ADD1/SREBP1c. Taken together, these results suggest that the Ku proteins might be involved in the lipogenic and/or adipogenic gene expression through interacting with ADD1/SREBP1c.
Breast cancer is one of the leading causes of cancer in women all over the world and accounts for ~25% of newly observed cancers in women. Epigenetic modifications influence differential expression of genes through non-coding RNA and play a crucial role in cancer regulation. In the present study, epigenetic regulation of gene expression by in-silico analysis of histone modifications using chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-Seq) has been carried out. Histone modification data of H3K4me3 from one normal-like and four breast cancer cell lines were used to predict miRNA expression at the promoter level. Predicted miRNA promoters (based on ChIP-Seq) were used as a probe to identify gene targets. Five triple-negative breast cancer (TNBC)-specific miRNAs (miR153-1, miR4767, miR4487, miR6720, and miR-LET7I) were identified and corresponding 13 gene targets were predicted. Eight miRNA promoter peaks were predicted to be differentially expressed in at least three breast cancer cell lines (miR4512, miR6791, miR330, miR3180-3, miR6080, miR5787, miR6733, and miR3613). A total of 44 gene targets were identified based on the 3'-untranslated regions of downregulated mRNA genes that contain putative binding targets to these eight miRNAs. These include 17 and 15 genes in luminal-A type and TNBC respectively, that have been reported to be associated with breast cancer regulation. Of the remaining 12 genes, seven (A4GALT, C2ORF74, HRCT1, ZC4H2, ZNF512, ZNF655, and ZNF608) show similar relative expression profiles in large patient samples and other breast cancer cell lines thereby giving insight into predicted role of H3K4me3 mediated gene regulation via the miRNA-mRNA axis.
The transcriptional regulation of genes determines the fate of animal cell differentiation and subsequent organ development. With the recent progress in genome-wide technologies, the genomic landscapes of enhancers have been broadly explored in mammalian genomes, which led to the discovery of novel specific subsets of enhancers, termed super-enhancers. Super-enhancers are large clusters of enhancers covering the long region of regulatory DNA and are densely occupied by transcription factors, active histone marks, and co-activators. Accumulating evidence points to the critical role that super-enhancers play in cell type-specific development and differentiation, as well as in the development of various diseases. Here, I provide a comprehensive description of the optimal approach for identifying functional units of super-enhancers and their unique chromatin features in normal development and in diseases, including cancers. I also review the recent updated knowledge on novel approaches of targeting super-enhancers for the treatment of specific diseases, such as small-molecule inhibitors and potential gene therapy. This review will provide perspectives on using super-enhancers as biomarkers to develop novel disease diagnostic tools and establish new directions in clinical therapeutic strategies.
Ran is a small GTP-binding protein that binds and subsequently hydrolyzes GTP. The functions of Ran in nuclear transport and mitotic progression are well conserved in plants and animals. In animal cells, stress treatments cause Ran relocalization and slowing of nuclear transport, but the role of Ran proteins in plant cells exposed to stress is still unclear. We have therefore compared Ran genes from three EST libraries construed from different cell types of sweetpotato and the distribution pattern of Ran ESTs differed according to cell type. We further characterized two IbRan genes. IbRan1 is a specific EST to the suspension cells and leaf libraries, and IbRan2 is specific EST to the root library. IbRan1 showed 94.6 % identity with IbRan2 at the amino acid level, but the C-terminal region of IbRan1 differed from that of IbRan2. These two genes showed tissue-specific differential regulation in wounded tissues. Chilling stress induced a similar expression pattern in both IbRan genes in the leaves and petioles, but they were differently regulated in the roots. Hydrogen peroxide treatment highly stimulated IbRan2 mRNA expression in the leaves and petioles, but had no significant effect on IbRan1 gene expression. These results showed that the transcription of these two IbRan genes responds differentially to abiotic stresses and that they are subjected to tissue-specific regulation. Plant Ran-type small G-proteins are a multigenic family, and the characterization of each Ran genes under various environmental stresses will contribute toward our understanding of the distinctive function of each plant Ran isoform.
Objective: Peroxiredoxins (Prxs) play an important role in regulating cellular differentiation and proliferation in several types of mammalian cells. This report examined the expression of Prx isotype I in the rat ovary after hormone treatment. Methods: Immature rats were injected with 10 IU of pregnant mare's serum gonadotropin (PMSG) to induce the growth of multiple preovulatory follicles and 10 IU of human chorionic gonadotropin (hCG) to induce ovulation. Immature rats were also treated with diethylstilbestrol (DES), an estrogen analogue, to induce the growth of multiple immature follicles. Northern blot analysis was performed to detect gene expression. Cell-type specific localization of Prx I mRNA were detected by in situ hybridization analysis. Results: During follicle development, ovarian Prx I gene expression was detected in 3-day-old rats and had increased in 21-day-old rats. The levels of Prx I mRNA slightly declined one to two days following treatment with DES. A gradual increase in Prx I gene expression was observed in ovaries obtained from PMSG-treated immature rats. Furthermore, hCG treatment of PMSG-primed rats resulted in a gradual stimulation of Prx I mRNA levels by 24 hours (2.1-fold increase) following treatment, which remained high until 72 hours following treatment. In situ hybridization analysis revealed the expression of the Prx I gene in the granulosa cells of PMSG-primed ovaries and in the corpora lutea of ovaries stimulated with hCG for 72 hours. Conclusion: These results demonstrate the gonadotropin and granulosa cell-specific stimulation of Prx I gene expression, suggesting its role as a local regulator of follicle development.
Borghini, Silvia;Bachetti, Tiziana;Fava, Monica;Duca, Marco Di;Ravazzolo, Roberto;Ceccherini, Isabella
BMB Reports
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v.42
no.12
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pp.788-793
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2009
TLX2 is an orphan homeodomain transcription factor whose expression is mainly associated with tissues derived from neural crest cells. Recently, we have demonstrated that PHOX2A and PHOX2B are able to enhance the neural cell-type specific expression of human TLX2 by binding distally the 5' -flanking region. In the present work, to deepen into the TLX2 transcription regulation, we have focused on the proximal 5'-flanking region of the gene, mapping the transcription start site and identifying a minimal promoter necessary and sufficient for the basal transcription in cell lines from different origin. Site-directed mutagenesis has allowed to demonstrate that the integrity of this sequence is crucial for gene expression, while electrophoretic mobility shift assays and chromatin immunoprecipitation experiments have revealed that such an activity is dependent on the binding of a PBX factor. Consistent with these findings, such a basal promoter activity has resulted to be enhanced by the previously reported PHOX2-responding sequence.
Several types of genetic and epigenetic regulation have been implicated in the development of drug resistance, one significant challenge for cancer therapy. Although changes in the expression of non-coding RNA are also responsible for drug resistance, the specific identities and roles of them remain to be elucidated. Long non-coding RNAs (lncRNAs) are a type of ncRNA (> 200 nt) that influence the regulation of gene expression in various ways. In this study, we aimed to identify differentially expressed lncRNAs in 5-fluorouracil-resistant colon cancer cells. Using two pairs of 5-FU-resistant cells derived from the human colon cancer cell lines SNU-C4 and SNU-C5, we analyzed the expression of 90 lncRNAs by qPCR-based profiling and found that 19 and 23 lncRNAs were differentially expressed in SNU-C4R and SNU-C5R cells, respectively. We confirmed that snaR and BACE1AS were down-regulated in resistant cells. To further investigate the effects of snaR on cell growth, cell viability and cell cycle were analyzed after transfection of siRNAs targeting snaR. Down-regulation of snaR decreased cell death after 5-FU treatment, which indicates that snaR loss decreases in vitro sensitivity to 5-FU. Our results provide an important insight into the involvement of lncRNAs in 5-FU resistance in colon cancer cells.
Lysyl oxidase-like 2 (LOXL2), a member of the lysyl oxidase (LOX) family, is a copper-dependent enzyme that catalyzes oxidative deamination of lysine residues on protein substrates. LOXL2 was found to be overexpressed in esophageal squamous cell carcinoma (ESCC) in our previous research. We later identified a LOXL2 splicing variant LOXL2-delta72 and we overexpressed LOXL2-delta72 and its wild type counterpart in ESCC cells following microarray analyses. First, the differentially expressed genes (DEGs) of LOXL2 and LOXL2-delta72 compared to empty plasmid were applied to generate protein-protein interaction (PPI) sub-networks. Comparison of these two sub-networks showed hundreds of different proteins. To reveal the potential specific roles of LOXL2- delta72 compared to its wild type, the DEGs of LOXL2-delta72 vs LOXL2 were also applied to construct a PPI sub-network which was annotated by Gene Ontology. The functional annotation map indicated the third PPI sub-network involved hundreds of GO terms, such as "cell cycle arrest", "G1/S transition of mitotic cell cycle", "interphase", "cell-matrix adhesion" and "cell-substrate adhesion", as well as significant "immunity" related terms, such as "innate immune response", "regulation of defense response" and "Toll signaling pathway". These results provide important clues for experimental identification of the specific biological roles and molecular mechanisms of LOXL2-delta72. This study also provided a work flow to test the different roles of a splicing variant with high-throughput data.
Sun Young Kim;Seungeun Lee;Eunhye Lee;Hyesol Lim;Ji Yoon Shin;Joohee Jung;Sang Geon Kim;Aree Moon
Oncology Letters
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v.18
no.6
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pp.6852-6868
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2019
There is a wide disparity in the incidence, malignancy and mortality of different types of cancer between each sex. The sex-specificity of cancer seems to be dependent on the type of cancer. Cancer incidence and mortality have been demonstrated as sex-specific in a number of different types of cancer, such as liver cancer, whereas sex-specificity is not noticeable in certain other types of cancer, including colon and lung cancer. The present study aimed to elucidate the molecular basis for sex-biased gene expression in cancer. The mRNA expression of the epithelial-to-mesenchymal transition-associated genes was investigated, including E-cadherin (also termed CDH1), vimentin (VIM), discoidin domain receptor 1 (DDR1) and zinc finger E-box binding homeobox 1 (ZEB1) in female- and male-derived cancer cell lines by reverse transcription (RT)-PCR and the Broad-Novartis Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE) database analysis. A negative correlation was observed between DDR1 and ZEB1 only in the female-derived cancer cell lines via RT-PCR analysis. A negative correlation between DDR1 index (defined by the logarithmic value of DDR1 divided by ZEB1, based on the mRNA data from the RT-PCR analysis) and an invasive phenotype was observed in cancer cell lines in a sex-specific manner. Analysis of the CCLE database demonstrated that DDR1 and ZEB1, which are already known to be sex-biased, were negatively correlated in female-derived liver cancer cell lines, but not in male-derived liver cancer cell lines. In contrast, cell lines of colon and lung cancer did not reveal any sex-dependent difference in the correlation between DDR1 and ZEB1. Kaplan-Meier survival curves using the transcriptomic datasets such as Gene Expression Omnibus, European Genome-phenome Archiva and The Cancer Genome Atlas databases suggested a sex-biased difference in the correlation between DDR1 expression pattern and overall survival in patients with liver cancer. The results of the present study indicate that sex factors may affect the regulation of gene expression, contributing to the sex-biased progression of the different types of cancer, particularly liver cancer. Overall, these findings suggest that analyses of the correlation between DDR1 and ZEB1 may prove useful when investigating sex-biased cancers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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