Post-transcriptional regulation is an indispensable cellular mechanism of gene expression control that dictates various cellular functions and cell fate decisions. Recently, various chemical RNA modifications, termed the "epitranscriptome," have been proposed to play crucial roles in the regulation of post-transcriptional gene expression. To date, more than 170 RNA modifications have been identified in almost all types of RNA. As with DNA modification-mediated control of gene expression, regulation of gene expression via RNA modification is also accomplished by three groups of proteins: writers, readers, and erasers. Several emerging studies have revealed that dysregulation in RNA modification is closely associated with tumorigenesis. Notably, the molecular outcomes of specific RNA modifications often have opposite cellular consequences. In this review, we highlight the current progress in the elucidation of the mechanisms of cancer development due to chemical modifications of various RNA species.
Chromatin is an intelligent building block that can express either external or internal needs through structural changes. To date, three methods to change chromatin structure and regulate gene expression have been well-documented: histone modification, histone exchange, and ATP-dependent chromatin remodeling. Recently, a growing body of literature has suggested that histone tail cleavage is related to various cellular processes including stem cell differentiation, osteoclast differentiation, granulocyte differentiation, mammary gland differentiation, viral infection, aging, and yeast sporulation. Although the underlying mechanisms suggesting how histone cleavage affects gene expression in view of chromatin structure are only beginning to be understood, it is clear that this process is a novel transcriptional epigenetic mechanism involving chromatin dynamics. In this review, we describe the functional properties of the known histone tail cleavage with its proteolytic enzymes, discuss how histone cleavage impacts gene expression, and present future directions for this area of study.
Environmental toxicants such as toxic metals can alter epigenetic regulatory features such as DNA methylation, histone modification, and non-coding RNA expression. Heavy metals influence gene expression by epigenetic mechanisms and by directly binding to various metal response elements in the target gene promoters. Given the role of epigenetic alterations in regulating genes, there is potential for the integration of toxic metal-induced epigenetic alterations as informative factors in the risk assessment process. Here, we focus on recent advances in understanding epigenetic changes, gene expression, and biological effects induced by toxic metals.
한국식물학회 1987년도 식물생명공학 심포지움 논문집 Proceedings of Symposia on Plant Biotechnology
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pp.283-307
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1987
Glycinin and $\beta$-conglycinin are the most abundant storage protein in soybean. These proteins are known to be synthesized predominantly during germination and cell expansion phase of seed development for short period, and synthesized not in other tissues. Genes encoding these storage proteins are useful system to study the mechanism of development stage and tissue specific gene expression in eukaryotes, especially plants, at the molecular level. The cDNA and genomic clones coding for glycinin have been isolated and regulation mechanism of the gene expression has been studied. Initially, development and tissue-specific expression of the glycinin gene is regulated at the level of transcription. Post-transcriptional processing is also responsible for delayed accumulation of the mRNA. Translational control of the storage protein gene has not been reported. Post-translational modification is another strategic point to regulate the expression of the gene. It is possible to identify positive and/or negative reguratory clements in vivo by producing transgenic plants agter gene manipulation. Elucidation of activation and repression mechanism of soybean storage protein genes will contribute to the understanding of the other plant and eukaryotic genes at molecular level.
Objective: RNA epigenetic modifications play an important role in regulating immune response of mammals. Bovine mastitis induced by Staphylococcus aureus (S. aureus) is a threat to the health of dairy cattle. There are numerous RNA modifications, and how these modification-associated enzymes systematically coordinate their immunomodulatory effects during bovine mastitis is not well reported. Therefore, the role of common RNA modification-related genes (RMRGs) in bovine S. aureus mastitis was investigated in this study. Methods: In total, 80 RMRGs were selected for this study. Four public RNA-seq data sets about bovine S. aureus mastitis were collected and one additional RNA-seq data set was generated by this study. Firstly, quantitative trait locus (QTL) database, transcriptome-wide association studies (TWAS) database and differential expression analyses were employed to characterize the potential functions of selected enzyme genes in bovine S. aureus mastitis. Correlation analysis and weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) were used to further investigate the relationships of RMRGs from different types at the mRNA expression level. Interference experiments targeting the m6 A demethylase FTO and utilizing public MeRIP-seq dataset from bovine Mac-T cells were used to investigate the potential interaction mechanisms among various RNA modifications. Results: Bovine QTL and TWAS database in cattle revealed associations between RMRGs and immune-related complex traits. S. aureus challenged and control groups were effectively distinguished by principal component analysis based on the expression of selected RMRGs. WGCNA and correlation analysis identified modules grouping different RMRGs, with highly correlated mRNA expression. The m6 A modification gene FTO showed significant effects on the expression of m6 A and other RMRGs (such as NSUN2, CPSF2, and METTLE), indicating complex co-expression relationships among different RNA modifications in the regulation of bovine S. aureus mastitis. Conclusion: RNA epigenetic modification genes play important immunoregulatory roles in bovine S. aureus mastitis, and there are extensive interactions of mRNA expression among different RMRGs. It is necessary to investigate the interactions between RNA modification genes regulating complex traits in the future.
In response to environmental changes, signaling pathways rewire gene expression programs through transcription factors. Epigenetic modification of the transcribed RNA can be another layer of gene expression regulation. N6-adenosine methylation (m6A) is one of the most common modifications on mRNA. It is a reversible chemical mark catalyzed by the enzymes that deposit and remove methyl groups. m6A recruits effector proteins that determine the fate of mRNAs through changes in splicing, cellular localization, stability, and translation efficiency. Emerging evidence shows that key signal transduction pathways including TGFβ (transforming growth factor-β), ERK (extracellular signal-regulated kinase), and mTORC1 (mechanistic target of rapamycin complex 1) regulate downstream gene expression through m6A processing. Conversely, m6A can modulate the activity of signal transduction networks via m6A modification of signaling pathway genes or by acting as a ligand for receptors. In this review, we discuss the current understanding of the crosstalk between m6A and signaling pathways and its implication for biological systems.
유전자 염기서열의 직접적인 변화 대신 염기의 수정 또는 변형을 통해 유전자 발현이 조절되는 후성유전은 크게 DNA 메틸화(methylation), 히스톤 변형(modification), ncRNA(non-coding RNA)에 의해 제어가 가능하다. 본 연구에서는 후성유전을 이해하기 위해 노화 관련 유전자를 대상으로 데이터베이스를 구축하고, DNA 메틸화를 중심으로 후성 유전학적 특성을 분석하였다. 유전자의 upstream 부위와 프로모터(promoter) 부위에 있는 CpG island(CGI)에 메틸화가 될 경우 유전자 발현을 억제하기 때문에 CGI를 중심으로 전체 유전자 그룹과 노화 관련 유전자 그룹간의 분포도를 비교 분석하였다. 또한 메틸화와 관련된 CGI로부터 얻은 메틸화 관련 motif 패턴을 이용하여 노화 유전자와의 관계를 분석하였다. 노화 관련 유전자의 CGI 분포는 전사인자 결합자리의 분포와 일치하였다. 본 연구에서 제공하는 DNA 메틸화 중심의 후성유전학적 정보는 노화 관련 유전자의 조절과 노화를 이해하는데 도움이 될 것으로 사료된다.
The aging process is multifactorial and results from the combined effects of inherited(genetic) and acquired factors including life style, food habits, physical activity, and diseases. That give rise to the various approaches in aging. We are trying to study biological changes with aging, In detail we are focused on gene and protein function accompanied by normal or abnormal aging process, especially our efforts are aimed at revealing the functional relationship of proteins in aging as a final product of gene. We expect that proteomic approach to the study of protein function involved in aging should give us variety of integrated data to understand biological changes of long lived lives, We have applied expression proteomics to rat liver bred in dietary restriction or in at libitum to elucidate the effects of food habit on aging. Expression proteomics shows us protein profile in a selected tissue or cells as a whole and gives us the information about protein expression level, posttranslational modification and degenerative modification of expressed proteins. Comparative analysis of young and old rat liver by two dimensional gels shows that gene expression of several proteins was down regulated in old rats and some protein expression level is increased with aging. Dietary restriction slows down these changes of gene expression and in some proteins there's no difference in protein expression level at same ages in comparison with rats bred in at libitum. About forty protein was identified by peptide mass fingerprint with MALDI-TOF and rest of the protein of interest is in the course of identification, Also we are trying to make mitochondrial and cytosolic proteom reference map. These suborganelle proteom map will gives us the information about low abundance proteins and cellular localization of proteins. Proteomics is a growing methodology to study biological system. High throughput qualitative and qualitative aspect of this approach will gives us large amount of integrated information and speed up our understanding about biological system
우울증은 심각하며 재발하는 흔한 정신질환이다. 우울증은 환경 요인과 유전 요인, 그리고 신경생물학적 체계의 구조 및 기능의 변화로 발병한다. 후성유전학적 변화가 우울증과 관련 된다는 여러 연구들이 보고되었다. 후성 유전은 환경 요인이 크로마틴 구조를 변화시켜 DNA 염기 서열 변화 없이 유전자 발현을 조절하는 기전으로 설명된다. DNA 메틸화와 히스톤 아세틸화 및 메틸화를 포함하고 있는 히스톤 변형이 주요 후성유전기전으로 알려져 있다. 우울증 동물모델연구에서는 생애 초기 스트레스 같은 스트레스 환경이 게놈에 지속적으로 후성유전표지를 남기게 되고 이로 인해 유전자 발현이 변화되고 결국 성체가 되었을 때 신경 기능이나 행동 기능에 영향을 미치게 된다고 설명하고 있다. BDNF는 우울증과 관련된 대표적인 유전자로 알려져 있다. 설치류가 출생 전, 후, 그리고 성체 기간에 스트레스에 노출되면 해마에서 BDNF 유전자의 히스톤 변형과 DNA 메틸화 패턴이 변화되고 이로 인해 BDNF 발현이 변화된다. 이러한 과정은 불안과 우울 행동에도 영향을 미치게 된다. 본 종설에서는 BDNF 유전자의 히스톤 변형 및 DNA 메틸화와 같은 우울증 발병에 관여하는 후성유전기전의 최신 지견에 대해 논의하여 우울증 치료의 새로운 타겟 개발에 도움이 되고자 한다.
Epigenetic modification of the genome through DNA methylation is the key to maintaining the differentiated state of human embryonic stem cells (hESCs), and it must be reset during differentiation by retinoic acid (RA) treatment. A genome-wide methylation/gene expression assay was performed in order to identify epigenetic modifications of RA-treated hESCs. Between undifferentiated and RA-treated hESCs, 166 differentially methylated CpG sites and 2,013 differentially expressed genes were discovered. Combined analysis of methylation and expression data revealed that 19 genes (STAP2, VAMP8, C10orf26, WFIKKN1, ELF3, C1QTNF6, C10orf10, MRGPRF, ARSE, LSAMP, CENTD3, LDB2, POU5F1, GSPT2, THY1, ZNF574, MSX1, SCMH1, and RARB) were highly correlated with each other. The results provided in this study will facilitate future investigations into the interplay between DNA methylation and gene expression through further functional and biological studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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