In this study, bovine Dnmt1 cDNA was sequenced and detected Dnmt1 mRNA level in bovine tissues by northern blot, methylation pattern of genome by southern blot, specific localization of Dnmt1 in mouse and bovine preimplantation embryos by immunocytostaining and Dnmt1 protein level in ovary and testis by western blot. Bovine Dnmt1 cDNA sequence showed more homology with that of human than mouse and rat. The RNA level of Dnmt1 was 10 times higher expression in placenta than other tissues. This indicates that placenta was hypermethylated compared to others organs. The genomic DNA could not be cut by a specific restriction enzyme (HpaII) in placenta, lung and liver of bovine. It suggests that Dnmt1 in some somatic cells was already methylated. Dnmt1, which has the antibody epitope 1316~1616, was distributed in nucleus and cytoplasm including the stage of pronuclear stage and maturation of oocyte and gradually weaken to blastocyst stage compare to negative. In addition, Dnmt1 was strongly expressed in tetraploid embryo and cloned 8-cell than IVF 8-cell. An aberrant pattern of DNA methylation in cloned embryo may be abnormal development of fetus, embryonic lethality and placenta dysfunction. The somatic specific band (190kDa) was appeared in ovary and testis, but oocyte specific band (175kDa) was not. Further investigations are necessary to understand the complex links between the methyltransferases and the transcriptional activity of genes in the cloned bovine tissues.
DNA methylation is a well-characterized epigenetic modification that plays central roles in mammalian development, genomic imprinting, X-chromosome inactivation and silencing of retrotransposon elements. Aberrant DNA methylation pattern is a characteristic feature of cancers and associated with abnormal expression of oncogenes, tumor suppressor genes or repair genes. Ten-eleven-translocation (TET) proteins are recently characterized dioxygenases that catalyze progressive oxidation of 5-methylcytosine to produce 5-hydroxymethylcytosine and further oxidized derivatives. These oxidized methylcytosines not only potentiate DNA demethylation but also behave as independent epigenetic modifications per se. The expression or activity of TET proteins and DNA hydroxymethylation are highly dysregulated in a wide range of cancers including hematologic and non-hematologic malignancies, and accumulating evidence points TET proteins as a novel tumor suppressor in cancers. Here we review DNA demethylation-dependent and -independent functions of TET proteins. We also describe diverse TET loss-of-function mutations that are recurrently found in myeloid and lymphoid malignancies and their potential roles in hematopoietic transformation. We discuss consequences of the deficiency of individual Tet genes and potential compensation between different Tet members in mice. Possible mechanisms underlying facilitated oncogenic transformation of TET-deficient hematopoietic cells are also described. Lastly, we address non-mutational mechanisms that lead to suppression or inactivation of TET proteins in cancers. Strategies to restore normal 5mC oxidation status in cancers by targeting TET proteins may provide new avenues to expedite the development of promising anti-cancer agents.
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.
Purpose: Methylation of gene regulatory elements plays an important role in gene inactivation without genetic alteration. Gastric cancer is one of the tumors that exhibit a high frequency of CpG island hypermethylation. The purpose of this study was to investigate the occurrence of CpG island hypermethylation in gastric carcinoma in relation to H. pylori infection, CIMP and clincopathologic variables. Materials and Methods: We investigated the promoter methylation Status of six genes (hMLH1, p16, p14, COX-2, MGMT, E-cadherin) and CIMP in 36 gastric carcinoma tissues as well as in nontumor tissues. CIMP status was investigated by examining the methylation status of MINT 1, 2, 12, 25 and 31. The methylation status of the promoter was examined by methylation-specific PCR (MSP) and H. pylori infection was examined by histological diagnosis after staining with Warthin-Starry silver. Results: Among the 36 gastric carcinoma tissues, DNA hypermethylation was detected in the following frequencies: 14 (38.9%) for p14, 13 (36.1%) for p16, 8 (22.2%) for MGMT, 10 (27.8%) for COX-2, 21 (58.3%) for E-cadherin, and 6 (16.7%) for hMLH1. The frequencies for MINT1 and MINT25 hypermethylation were significantly higher in tumor tissues than in nontumor tissues. 16 (44.4%) of the 36 gastric carcinoma tissues were positive for the CIMP CIMP-H tumors were associated with older patients and larger tumor size than CIMP-L tumors. We found a significant association between the presence of the CIMP and hypermethylation of p16. Hypermethylation of p16 and MINT2 were significantly different when compared by age. MINT1 gene methylation was significantly associated with H. pylori infection (P=0.004). Conclusion: Our results suggest that aberrant hypermethylation of multiple tumor related genes (hMLH1, p16, p14, COX-2, MGMT, E-cadherin, MINT1, 2, 12, 25, 31) occurs frequently in gastric carcinoma tissues. The hypermethylation of MINT1 was significantly higher in the tumor tissues and was associated with H. pylori infection.
Lee, Seung Cho;Parent, Jean-Sebastien;Ernst, Evan;Berger, Frederic;Grimanelli, Daniel;Martienssen, Robert A.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.20-20
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2017
Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.
Lee, Seung Cho;Parent, Jean-Sebastien;Ernst, Evan;Berger, Frederic;Grimanelli, Daniel;Martienssen, Robert A.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2017.06a
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pp.97-97
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2017
Plant genomes include heterochromatic loci that consist of repetitive sequences and transposable elements. LTR retrotransposon is the major class of transposons in advanced plants in terms of proportion in plant genome. The elements contribute not only to genome size but also to genome stability and gene expression. A number of cases have been reported transposon insertions near genic regions affect crop traits such as fruit pigments, stress tolerance, and yields. Functional LTR retrotransposons produce extrachromosomal DNA from genomic RNA by reverse transcription that takes place within virus-like-particles (VLPs). DECREASED DNA METHYLATION 1 (DDM1) plays important roles in maintaining DNA methylation of heterochromatin affecting all sequence contexts, CG, CHG, and CHH. Previous studies showed that ddm1 mutant exhibits massive transcription of retrotransposons in Arabidopsis, but only few of them were able to create new insertions into the genome. RNA-dependent RNA POLYMERASE 6 (RDR6) is known to function in restricting accumulation of transposon RNA by processing the transcripts into 21-22 nt epigenetically activated small interfering RNA (easiRNA). We purified VLPs and sequence cDNA to identify functional LTR retrotransposons in Arabidopsis ddm1 and ddm1rdr6 plants. Over 20 LTR copia and gypsy families were detected in ddm1 and ddm1rdr6 sequencing libraries and most of them were not reported for mobility. In ddm1rdr6, short fragments of ATHILA gypsy elements were detected. It suggests easiRNAs might regulate reverse transcription steps. The highest enriched element among transposon loci was previously characterized EVADE element. It has been reported that active EVADE element is more efficiently silenced through female germline than male germline. By genetic analyses, we found ddm1 and rdr6 mutation affect maternal silencing of active EVADE elements. DDM1-GFP protein accumulated in megaspore mother cell but was not found in mature egg cell. The fusion protein was also found in early embryo and maternal DDM1-GFP allele was more dominantly expressed in the embryo. We observed localization of DDM1-GFP in Arabidopsis and DDM1-YFP in maize and found the proteins accumulated in dividing zone of root tips. Currently we are looking at cell cycle dependency of DDM1 expression using maize system. Among 10 AGO proteins in Arabidopsis, AGO9 is specifically expressed in egg cell and shoot meristematic cells. In addition, mutation of AGO9 and RDR6 caused failure in maternal silencing, implying 21-22 nt easiRNA pathway is important for retrotransposon silencing in female gametophyte or/and early embryo. On the other hand, canonical 24 nt sRNA-directed DNA methylation (RdDM) pathways did not contribute to maternal silencing as confirmed by this study. Heat-activated LTR retrotransposon, ONSEN, was not silenced by DDM1 but the silencing mechanisms require RdDM pathways in somatic cells. We will propose distinct mechanisms of LTR retrotransposons in germline and somatic stages.
Some of the benzopyrene (BP)-DNA adduct are known to build intercalated motif between flanking base pairs in damaged DNA depending on the structural condition. The size of benzopyrene itself is definitely not comparable with any of the DNA bases and thus the question whether the lesion of some base pair by insertion of benzopyrene can happen with or without a dramatic distortion of the helical structure is a highly interesting theme. In this work we used a molecular dynamics simulation based on the theory of molecular mechanics. The specific consequences about the structural properties of the intercalated structures and benzopyrene motif in minor groove of the double helix are deduced after 5 ns simulation time.
Seobin Yoon;Eui-Hwan Choi;Seo Jung Park;Keun Pil Kim
BMB Reports
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v.56
no.2
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pp.108-113
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2023
Cohesin is a ring-shaped protein complex that comprises the SMC1, SMC3, and α-kleisin proteins, STAG1/2/3 subunits, and auxiliary factors. Cohesin participates in chromatin remodeling, chromosome segregation, DNA replication, and gene expression regulation during the cell cycle. Mitosis-specific α-kleisin factor RAD21 and meiosis-specific α-kleisin factor REC8 are expressed in embryonic stem cells (ESCs) to maintain pluripotency. Here, we demonstrated that RAD21 and REC8 were involved in maintaining genomic stability and modulating chromatin modification in murine ESCs. When the kleisin subunits were depleted, DNA repair genes were downregulated, thereby reducing cell viability and causing replication protein A (RPA) accumulation. This finding suggested that the repair of exposed single-stranded DNA was inefficient. Furthermore, the depletion of kleisin subunits induced DNA hypermethylation by upregulating DNA methylation proteins. Thus, we proposed that the cohesin complex plays two distinct roles in chromatin remodeling and genomic integrity to ensure the maintenance of pluripotency in ESCs.
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