Kwon, Min Jee;Kim, Sunhong;Han, Myeong Hoon;Lee, Sung Bae
Molecules and Cells
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v.39
no.11
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pp.783-789
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2016
Afflicted neurons in various neurodegenerative diseases generally display diverse and complex pathological features before catastrophic occurrence of massive neuronal loss at the late stages of the diseases. This complex nature of neuronal pathophysiology inevitably implicates systemwide changes in basic cellular activities such as transcriptional controls and signal cascades, and so on, as a cause. Recently, as one of these systemwide cellular changes associated with neurodegenerative diseases, epigenetic changes caused by protein toxicity have begun to be highlighted. Notably, recent advances in related techniques including next-generation sequencing (NGS) and mass spectrometry enable us to monitor changes in the post-translational modifications (PTMs) of histone proteins and to link these changes in histone PTMs to the specific transcriptional changes. Indeed, epigenetic alterations and consequent changes in neuronal transcriptome are now begun to be extensively studied in neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease (AD). In this review, we will discuss details of our current understandings on epigenetic changes associated with two representative neurodegenerative diseases [AD and polyglutamine (polyQ) diseases] and further discuss possible future development of pharmaceutical treatment of the diseases through modulating these epigenetic changes.
Gary Stanley Fernandes;Rishabh Deo Singh;Debojyoti De;Kyeong Kyu Kim
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.2
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pp.156-167
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2023
Background and Objectives: Cellular reprogramming in regenerative medicine holds great promise for treating patients with neurological disorders. In this regard, small molecule-mediated cellular conversion has attracted special attention because of its ease of reproducibility, applicability, and fewer safety concerns. However, currently available protocols for the direct conversion of somatic cells to neurons are limited in clinical application due of their complex nature, lengthy process, and low conversion efficiency. Methods and Results: Here, we report a new protocol involving chemical-based direct conversion of human fibroblasts (HF) to matured neuron-like cells with a short duration and high conversion efficiency using temporal and strategic dual epigenetic regulation. In this protocol, epigenetic modulation by inhibition of histone deacetylase and bromodomain enabled to overcome "recalcitrant" nature of adult fibroblasts and shorten the duration of neuronal reprogramming. We further observed that an extended epigenetic regulation is necessary to maintain the induced neuronal program to generate a homogenous population of neuron-like cells. Conclusions: Therefore, our study provides a new protocol to produce neurons-like cells and highlights the need of proper epigenetic resetting to establish and maintain neuronal program in HF.
One of the main concerns in biology is extracting sophisticated features from DNA sequence for gene interaction determination, receiving a great deal of researchers' attention. The epigenetic modifications along with their patterns have been intensely recognized as dominant features affecting on gene expression. However, studying sequenced-based features highly correlated to this key element has remained limited. The main objective in this research was to propose a new feature highly correlated to epigenetic modifications capable of classification of genes. In this paper, classification of 34 genes in PPAR signaling pathway associated with muscle fat tissue in human was performed. Using different statistical outlier detection methods, we proposed that 5-mers highly correlated to epigenetic modifications can correctly categorize the genes involved in the same biological pathway or process. Thirty-four genes in PPAR signaling pathway were classified via applying a proposed feature, 5-mers strongly associated to 17 different epigenetic modifications. For this, diverse statistical outlier detection methods were applied to specify the group of thoroughly correlated genes. The results indicated that these 5-mers can appropriately identify correlated genes. In addition, our results corresponded to GeneMania interaction information, leading to support the suggested method. The appealing findings imply that not only epigenetic modifications but also their highly correlated 5-mers can be applied for reconstructing gene regulatory networks as supplementary data as well as other applications like physical interaction, genes prioritization, indicating some sort of data fusion in this analysis.
Seonhwa Hwang;Gyeongmin Kim;Hye Kyung Kim;Min Hi Park
Journal of Life Science
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v.33
no.9
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pp.736-745
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2023
Aging is a complex biological process characterized by a gradual decline in cellular and physiological functions. This natural process is associated with age-related diseases, including Alzheimer's disease, atherosclerosis, and hypogonadism, which are significant health concerns among older individuals and can significantly impact their quality of life. Researchers have found that epigenetic markers play a crucial role in regulating aging and age-related diseases. Epigenetic markers are heritable gene expression alterations that do not change in the DNA sequence. This review focuses on the involvement of various epigenetic marks, such as RNA methylation, DNA methylation, and microRNAs (miRNAs), in regulating gene expression patterns associated with age-related diseases, such as Alzheimer's disease, atherosclerosis, and hypogonadism. These epigenetic alterations can lead to the dysregulation of specific genes and signaling pathways, contributing to the development and progression of Alzheimer's disease, atherosclerosis, and hypogonadism. Understanding the molecular mechanisms behind these epigenetic modifications is essential for both the aging population and individuals seeking ways to promote overall well-being. By gaining deeper insights into how epigenetic marker alteration occurs during aging and age-related diseases, researchers can potentially develop targeted therapeutic strategies to alleviate the impact of these conditions and improve the quality of life for older individuals.
Epigenetic writers including DNA and histone lysine methyltransferases (DNMT and HKMT, respectively) play an initiative role in the differentiation and development of eukaryotic organisms through the spatiotemporal regulation of functional gene expressions. However, the epigenetic mechanisms have long been suspected in helminth parasites lacking the major DNA methyltransferases DNMT1 and DNMT3a/3b. Very little information on the evolutionary status of the epigenetic tools and their role in regulating chromosomal genes is currently available in the parasitic trematodes. We previously suggested the probable role of a DNMT2-like protein (CsDNMT2) as a genuine epigenetic writer in a trematode parasite Clonorchis sinensis. Here, we analyzed the phylogeny of HKMT subfamily members in the liver fluke and other platyhelminth species. The platyhelminth genomes examined conserved genes for the most of SET domain-containing HKMT and Disruptor of Telomeric Silencing 1 subfamilies, while some genes were expanded specifically in certain platyhelminth genomes. Related to the high gene dosages for HKMT activities covering differential but somewhat overlapping substrate specificities, variously methylated histones were recognized throughout the tissues/organs of C. sinensis adults. The temporal expressions of genes involved in eggshell formation were gradually decreased to their lowest levels proportionally to aging, whereas those of some epigenetic tool genes were re-boosted in the later adult stages of the parasite. Furthermore, these expression levels were significantly affected by treatment with DNMT and HKMT inhibitors. Our data strongly suggest that methylated histones are potent epigenetic markers that modulate the spatiotemporal expressions of C. sinensis genes, especially those involved in sexual reproduction.
Morishita, Masayo;Cho, Minju;Ryu, Juhee;Mevius, Damiaan E.H.F.;Di Luccio, Eric
Current Research on Agriculture and Life Sciences
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v.28
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pp.63-68
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2010
The epigenetic therapy of cancers is emerging as an effective and valuable approach to both chemotherapy and the chemoprevention of cancer. The utilization of epigenetic targets that include histone methyltransferase (HMTase), Histone deacetylatase, and DNA methyltransferase, are emerging as key therapeutic targets. SET containing proteins such as the HMTase Setd1b has been found significantly amplified in cancerous cells. In order to shed some light on the histone methyl transferase family, we cloned the Setd1b gene from Mus musculus and build a collection of vectors for recombinant protein expression in E.coli that will pave the way for further structural biology studies. We prospect the role of the Setd1b pathway in cancer therapy and detail its unique value for designing novel anti-cancer epigenetic-drugs.
Major depression is a devastating disorder of which lifetime prevalence rate is as high as up to 25% in general population. Although the etiology of the disorder is still poorly understood, it is generally accepted that both genetic and environmental factors are involved in the precipitation of depression. Stressful lifetime events are potent precipitating environmental factors for major depression and early-life stress is in particular an important element that predisposes individuals to major depression later in life. How environmental factors such as stress can make our neural networks susceptible to depression and how those factors leave long-lasting influences have been among the major questions in the field of depression research. Epigenetic regulations can provide a bridging mechanism between environmental factors and genetic factors so that these two factors can additively determine individual predispositions to major depression. Here we introduce epigenetic regulations as candidate mechanisms that mediate the integration of environmental adversaries with genetic predispositions, which may lead to the development of major depression, and summarize basic molecular events that underlie epigenetic regulations as well as experimental evidences that support the active role of epigenetic regulation in major depression.
Fungal pathogens have huge impact on health and economic wellbeing of human by causing life-threatening mycoses in immune-compromised patients or by destroying crop plants. A key determinant of fungal pathogenesis is their ability to undergo developmental change in response to host or environmental factors. Genetic pathways that regulate such morphological transitions and adaptation are therefore extensively studied during the last few decades. Given that epigenetic as well as genetic components play pivotal roles in development of plants and mammals, contribution of microbial epigenetic counterparts to this morphogenetic process is intriguing yet nearly unappreciated question to date. To bridge this gap in our knowledge, we set out to investigate histone modifications among epigenetic mechanisms that possibly regulate fungal adaptation and processes involved in pathogenesis of a model plant pathogenic fungus, Magnaporthe oryzae. For functional and comparative analysis of histone modifications, a web-based database (dbHiMo) was constructed first to archive and analyze histone modifying enzymes from eukaryotic species whose genome sequences are available. Based on the database entries, we carried out functional analysis of genes encoding histone modifying enzymes. Here I provide examples of such analyses that show how histone acetylation and methylation is implicated in regulating important aspects of fungal pathogenesis. Current analysis of histone modifying enzymes is followed by ChIP-seq and RNA-seq experiments to pinpoint the genes that are controlled by particular histone modifications. We anticipate that our work will provide not only the significant advances in our understanding of epigenetic mechanisms operating in microbial eukaryotes but also basis to expand our perspective on regulation of development in fungal pathogens.
Seo, Ji-Yun;Park, Yoon-Jung;Yi, Young-Ah;Hwang, Ji-Yun;Lee, In-Bog;Cho, Byeong-Hoon;Son, Ho-Hyun;Seo, Deog-Gyu
Restorative Dentistry and Endodontics
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v.40
no.1
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pp.14-22
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2015
Genetic information such as DNA sequences has been limited to fully explain mechanisms of gene regulation and disease process. Epigenetic mechanisms, which include DNA methylation, histone modification and non-coding RNAs, can regulate gene expression and affect progression of disease. Although studies focused on epigenetics are being actively investigated in the field of medicine and biology, epigenetics in dental research is at the early stages. However, studies on epigenetics in dentistry deserve attention because epigenetic mechanisms play important roles in gene expression during tooth development and may affect oral diseases. In addition, understanding of epigenetic alteration is important for developing new therapeutic methods. This review article aims to outline the general features of epigenetic mechanisms and describe its future implications in the field of dentistry.
Rapid progress in epigenetic studies has resulted in genome wide information of genetic functions, other than DNA sequence information. However, insufficient understanding and unclear research direction in epigenetics has failed to attract many researchers. Here, we review the sexual reproduction processes that are particularly related to epigenetics in plants. We aim to elucidate the roles of epigenetic information and molecular mechanisms involved in the complex sexual reproduction process of plants, and examine their biological significance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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