Cells cope with diverse intrinsic and extrinsic stimuli in order to make adaptations for survival. The epigenetic landscape plays a crucial role in cellular adaptation, as it integrates the information generated from stimuli. Signaling pathways induced by stimuli communicate with chromatin to change the epigenetic landscape through regulation of epigenetic modifiers. Metabolic dynamics altered by these stimuli also affect the activity of epigenetic modifiers. Here, I review the current understanding of epigenetic regulation via signaling and metabolic pathways. In addition, I will discuss possible ways to achieve specificity of epigenetic modifications through the cooperation of stimuli-induced signal transduction and metabolic reprogramming.
When peripheral axons are damaged, neuronal injury signaling pathways induce transcriptional changes that support axon regeneration and consequent functional recovery. The recent development of bioinformatics techniques has allowed for the identification of many of the regeneration-associated genes that are regulated by neural injury, yet it remains unclear how global changes in transcriptome are coordinated. In this article, we review recent studies on the epigenetic mechanisms orchestrating changes in gene expression in response to nerve injury. We highlight the importance of epigenetic mechanisms in discriminating efficient axon regeneration in the peripheral nervous system and very limited axon regrowth in the central nervous system and discuss the therapeutic potential of targeting epigenetic regulators to improve neural recovery.
Cancer cells reprogram cellular metabolism to support the malignant features of tumors, such as rapid growth and proliferation. The cancer promoting effects of metabolic reprogramming are found in many aspects: generating additional energy, providing more anabolic molecules for biosynthesis, and rebalancing cellular redox states in cancer cells. Metabolic pathways are considered the pipelines to supply metabolic cofactors of epigenetic modifiers. In this regard, cancer metabolism, whereby cellular metabolite levels are greatly altered compared to normal levels, is closely associated with cancer epigenetics, which is implicated in many stages of tumorigenesis. In this review, we provide an overview of cancer metabolism and its involvement in epigenetic modifications and suggest that the metabolic adaptation leading to epigenetic changes in cancer cells is an important non-genetic factor for tumor progression, which cooperates with genetic causes. Understanding the interaction of metabolic reprogramming with epigenetics in cancers may help to develop novel or highly improved therapeutic strategies that target cancer metabolism.
Objectives To review the epigenetic modifications involved in chronic pain and to improve individualized intervention for the chronic pain. Methods Focused literature review. Results Significant laboratory and clinical data support that epigenetic modifications have a potential role for development of chronic pain. Conclusions Epigenetic approach may identify mechanisms critical to the development of chronic pain after injury, and may provide new pathways and target mechanisms for future treatment and individualized medicine.
Although growth rate is one of the main economic traits of concern in pig production, there is limited knowledge on its epigenetic regulation, such as DNA methylation. In this study, we conducted methyl-CpG binding domain protein-enriched genome sequencing (MBD-seq) to compare genome-wide DNA methylation profile of small intestine and liver tissue between fast- and slow-growing weaning piglets. The genome-wide methylation pattern between the two different growing groups showed similar proportion of CpG (regions of DNA where a cytosine nucleotide occurs next to a guanine nucleotide in the linear sequence) coverage, genomic regions, and gene regions. Differentially methylated regions and genes were also identified for downstream analysis. In canonical pathway analysis using differentially methylated genes, pathways (triacylglycerol pathway, some cell cycle related pathways, and insulin receptor signaling pathway) expected to be related to growth rate were enriched in the two organ tissues. Differentially methylated genes were also organized in gene networks related to the cellular development, growth, and carbohydrate metabolism. Even though further study is required, the result of this study may contribute to the understanding of epigenetic regulation in pig growth.
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.
Tumor suppressor genes (TSGs) play a crucial role in maintaining cellular homeostasis. When the function of these genes is lost, it can lead to cellular plasticity that drives the development of various cancers, including small-cell lung cancer (SCLC), which is known for its aggressive nature. SCLC is primarily driven by numerous loss-of-function mutations in TSGs, often involving genes that encode epigenetic regulators. These mutations pose a significant therapeutic challenge as they are not directly targetable. However, understanding the molecular changes resulting from these mutations might provide insights for developing tumor intervention strategies. We propose that despite the heterogeneous genomic landscape of SCLC, the effects of mutations in patient tumors converge on a few critical pathways that drive malignancy. Specifically, alterations in epigenetic regulators lead to transcriptional dysregulation, pushing mutant cells toward a highly plastic state that makes them immune evasive and highly metastatic. This review will highlight studies showing how an imbalance of epigenetic regulators with opposing functions leads to the loss of immune recognition markers, effectively hiding tumor cells from the immune system. Additionally, we will discuss the role of epigenetic regulators in maintaining neuroendocrine features and how aberrant transcriptional control promotes epithelial-to-mesenchymal transition during tumor development. Although these pathways seem distinct, we emphasize that they often share common molecular drivers and mediators. Understanding the connection among frequently altered epigenetic regulators will provide valuable insights into the molecular mechanisms underlying SCLC development, potentially revealing preventive and therapeutic vulnerabilities for SCLC and other cancers with similar mutations.
Most living organisms synchronize their physiological and behavioral activities with the daily changes in the environment using intrinsic time-keeping systems called circadian clocks. In mammals, the key molecular features of the internal clock are transcription- and translational-based negative feedback loops, in which clock-specific transcription factors activate the periodic expression of their own repressors, thereby generating the circadian rhythms. CLOCK and BMAL1, the basic helix-loop-helix (bHLH)/PAS transcription factors, constitute the positive limb of the molecular clock oscillator. Recent investigations have shown that various levels of posttranslational regulation work in concert with CLOCK/BMAL1 in mediating circadian and cellular stimuli to control and reset the circadian rhythmicity. Here we review how the CLOCK and BMAL1 activities are regulated by intracellular distribution, posttranslational modification, and the recruitment of various epigenetic regulators in response to circadian and cellular signaling pathways.
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.
Diverse somatic mutations have been reported to serve as cancer drivers. Recently, it has also been reported that epigenetic regulation is closely related to cancer development. However, the effect of epigenetic changes on cancer is still elusive. In this study, we analyzed DNA methylation data on colon cancer taken from The Caner Genome Atlas. We found that several promoters were significantly hypermethylated in colon cancer patients. Through clustering analysis of differentially methylated DNA regions, we were able to define subgroups of patients and observed clinical features associated with each subgroup. In addition, we analyzed the functional ontology of aberrantly methylated genes and identified the G-protein-coupled receptor signaling pathway as one of the major pathways affected epigenetically. In conclusion, our analysis shows the possibility of characterizing the clinical features of colon cancer subgroups based on DNA methylation patterns and provides lists of important genes and pathways possibly involved in colon cancer development.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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