Whole-genome sequencing of Flammulina ononidis, a wood-rotting basidiomycete, was performed to identify genes associated with carbohydrate-active enzymes (CAZymes). A total of 12,586 gene structures with an average length of 2009 bp were predicted by the AUGUSTUS tool from a total 35,524,258 bp length of de novo genome assembly (49.76% GC). Orthologous analysis with other fungal species revealed that 7051 groups contained at least one F. ononidis gene. In addition, 11,252 (89.5%) of 12,586 genes for F. ononidis proteins had orthologs among the Dikarya, and F. ononidis contained 8 species-specific genes, of which 5 genes were paralogous. CAZyme prediction revealed 524 CAZyme genes, including 228 for glycoside hydrolases, 21 for polysaccharide lyases, 87 for glycosyltransferases, 61 for carbohydrate esterases, 87 with auxiliary activities, and 40 for carbohydrate-binding modules in the F. ononidis genome. This genome information including CAZyme repertoire will be useful to understand lignocellulolytic machinery of this white rot fungus F. ononidis.
As various genome projects have produced enormous amount of biosequence data, functional sequence analysis in terms of tile nucleic acid and protein becomes very significant. In functional genomics and proteomics, the functional analysis of each individual gene and protein remains a big challenge. Contrary to traditional studies, which regard proteins as not components of a whole protein interaction network but individual entities, recent studies have focused on examining functions and roles of each individual gene and protein in view of a whole life system. In this regard, it has been recognized as an appropriate method to analyze protein function on the basis of synthetic information of its interaction and domain modularity. In this context, this paper introduces the PIVS (Protein-protein interaction Inference & Visualization System), which predicts the interaction relationship of input proteins by taking advantage of information on homology degree, domain modules which input sequences contain, and protein interaction relationship. The information on domain modules can increase the accuracy of the function and interaction relationship analysis in terms of the specificity and sensitivity.
The putative EPA synthesis gene cluster was mined from the entire genome sequence of Shewanella oneidensis MR-1. The gene cluster encodes a PKS-like pathway that consists of six open reading frames (ORFs): ORFSO1602 (multi-domain beta-ketoacyl synthase, KS-MAT-4ACPs-KR), ORFSO1600 (acyl transferase, AT), ORFSO1599 (multi-domain beta-ketoacyl synthase, KS-CLF-DH-DH), ORFSO1597 (enoyl reductase, ER), ORFSO1604 (phosphopentetheine transferase, PPT), and ORFSO1603 (transcriptional regulator). In order to prove involvement of the PKS-like machinery in EPA synthesis, a 20.195-kb DNA fragment containing the genes was amplified from S. oneidensis MR-1 by the long-PCR method. Its identity was confirmed by the methods of restriction enzyme site mapping and nested PCR of internal genes orfSO1597 and orfSO1604. The DNA fragment was cloned into Escherichia coli using cosmid vector SuperCos1 to form pCosEPA. Synthesis of EPA was observed in four E. coli clones harboring pCosEPA, of which the maximum yield was 0.689% of the total fatty acids in a clone designated 9704-23. The production yield of EPA in the E. coli clone was affected by cultivation temperature, showing maximum yield at $20^{\circ}C$ and no production at $30^{\circ}C$ or higher. In addition, production yield was inversely proportional to glucose concentration of the cultivation medium. From the above results, it was concluded that the PKS-like modules catalyze the synthesis of EPA. The synthetic process appears to be subject to regulatory mechanisms triggered by various environmental factors. This most likely occurs via the control of gene expression, protein stability, or enzyme activity.
Coronavirus disease 2019 (COVID-19) is an on-going pandemic disease infecting millions of people across the globe. Recent reports of reduction in antibody levels and the re-emergence of the disease in recovered patients necessitated the understanding of the pandemic at the core level. The cases of multiple organ failures emphasized the consideration of different organ systems while managing the disease. The present study employed RNA sequencing data to determine the disease associated differentially regulated genes and their related protein interactions in several organ systems. It signified the importance of early diagnosis and treatment of the disease. A map of protein interactions of multiple organ systems was built and uncovered CAV1 and CTNNB1 as the top degree nodes. A core interactions sub-network was analyzed to identify different modules of functional significance. AR, CTNNB1, CAV1, and PIK3R1 proteins were unfolded as bridging nodes interconnecting different modules for the information flow across several pathways. The present study also highlighted some of the druggable targets to analyze in drug re-purposing strategies against the COVID-19 pandemic. Therefore, the protein interactions map and the modular interactions of the differentially regulated genes in the multiple organ systems would incline the scientists and researchers to investigate in novel therapeutics for the COVID-19 pandemic expeditiously.
The prenatal period in livestock animals is crucial for meat production because net increase in the number of muscle fibers is finished before birth. However, there is no study on the growth and development mechanism of muscles in Hanwoo during this period. Therefore, to find candidate genes involved in muscle growth and development during this period in Hanwoo, mRNA expression data of longissimus in Hanwoo at 6 and 9 months post-conceptional age (MPA) were analyzed. We independently identified differentially expressed genes (DEGs) using DESeq2 and edgeR which are R software packages, and considered the overlaps of the results as final-DEGs to use in downstream analysis. The DEGs were classified into several modules using WGCNA then the modules' functions were analyzed to identify modules which involved in myogenesis and adipogenesis. Finally, the hub genes which had the highest WGCNA module membership among the top 10% genes of the STRING network maximal clique centrality were identified. 913(6 MPA specific DEGs) and 233(9 MPA specific DEGs) DEGs were figured out, and these were classified into five and two modules, respectively. Two of the identified modules'(one was in 6, and another was in 9 MPA specific modules) functions was found to be related to myogenesis and adipogenesis. One of the hub genes belonging to the 6 MPA specific module was axin1 (AXIN1) which is known as an inhibitor of Wnt signaling pathway, another was succinate-CoA ligase ADP-forming beta subunit (SUCLA2) which is known as a crucial component of citrate cycle.
Clonorchis sinensis is a food-borne trematode that infects more than 15 million people. The liver fluke causes clonorchiasis and chronical cholangitis, and promotes cholangiocarcinoma. The underlying molecular pathogenesis occurring in the bile duct by the infection is little known. In this study, transcriptome profile in the bile ducts infected with C. sinensis were analyzed using microarray methods. Differentially expressed genes (DEGs) were 1,563 and 1,457 at 2 and 4 weeks after infection. Majority of the DEGs were temporally dysregulated at 2 weeks, but 519 DEGs showed monotonically changing expression patterns that formed seven distinct expression profiles. Protein-protein interaction (PPI) analysis of the DEG products revealed 5 sub-networks and 10 key hub proteins while weighted co-expression network analysis (WGCNA)-derived gene-gene interaction exhibited 16 co-expression modules and 13 key hub genes. The DEGs were significantly enriched in 16 Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways, which were related to original systems, cellular process, environmental information processing, and human diseases. This study uncovered a global picture of gene expression profiles in the bile ducts infected with C. sinensis, and provided a set of potent predictive biomarkers for early diagnosis of clonorchiasis.
The xynC gene, which encodes high molecular weight xylanase from Paenibacillus sp. DG-22, was cloned and expressed in Escherichia coli, and its nucleotide sequence was determined. The xynC gene comprised a 4,419bp open reading frame encoding 1,472 amino acid residues, including a 27 amino acid signal sequence. Sequence analysis indicated that XynC is a multidomain enzyme composed of two family 4_9 carbohydrate-binding modules (CBMs), a catalytic domain of family 10 glycosyl hydrolases, a family 9 CBM, and three S-layer homologous domains. Recombinant XynC was purified to homogeneity by heat treatment, followed by Avicel affinity chromatography. SDS-PAGE and zymogram analysis of the purified enzyme identified three active truncated xylanase species. Protein sequencing of these truncated proteins showed that all had identical N-terminal sequences. In the protein characterization, recombinant XynC exhibited optimal activity at pH 6.5 and $65^{\circ}C$ and remained stable at neutral to alkaline pH (pH 6.0-10.0). The xylanase activity of recombinant XynC was strongly inhibited by 1 mM $Cu^{2+}$ and $Hg^{2+}$, whereas it was noticeably enhanced by 10 mM dithiothreitol. The enzyme exhibited strong activity towards xylans, including beechwood xylan and arabinoxylan, whereas it showed no cellulase activity. The hydrolyzed product patterns of birchwood xylan and xylooligosaccharides by thin-layer chromatography confirmed XynC as an endoxylanase.
Even in the current age of advanced medicine, the prognosis of malignant peritoneal mesothelioma (MPM) remains abysmal. Molecular mechanisms responsible for the initiation and progression of MPM are still largely not understood. Adopting an integrated bioinformatics approach, this study aims to identify the key genes and pathways responsible for MPM. Genes that are differentially expressed in MPM in comparison with the peritoneum of healthy controls have been identified by analyzing a microarray gene expression dataset. Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway analyses of these differentially expressed genes (DEG) were conducted to gain a better insight. A protein-protein interaction (PPI) network of the proteins encoded by the DEGs was constructed using STRING and hub genes were detected analyzing this network. Next, the transcription factors and miRNAs that have possible regulatory roles on the hub genes were detected. Finally, survival analyses based on the hub genes were conducted using the GEPIA2 web server. Six hundred six genes were found to be differentially expressed in MPM; 133 are upregulated and 473 are downregulated. Analyzing the STRING generated PPI network, six dense modules and 12 hub genes were identified. Fifteen transcription factors and 10 miRNAs were identified to have the most extensive regulatory functions on the DEGs. Through bioinformatics analyses, this work provides an insight into the potential genes and pathways involved in MPM.
Nguyen, Khanh Hoang Viet;Dao, Trong Khoa;Nguyen, Hong Duong;Nguyen, Khanh Hai;Nguyen, Thi Quy;Nguyen, Thuy Tien;Nguyen, Thi Mai Phuong;Truong, Nam Hai;Do, Thi Huyen
Animal Bioscience
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v.34
no.5
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pp.867-879
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2021
Objective: Fibronectin 3 (FN3) and immunoglobulin like modules (Ig) are usually collocated beside modular cellulase catalytic domains. However, very few researches have investigated the role of these modules. In a previous study, we have sequenced and analyzed bacterial metagenomic DNA in Vietnamese goats' rumen and found that cellulase-producing bacteria and cellulase families were dominant. In this study, the properties of modular cellulases and the role of a FN3 in unique endoglucanase belonging to glycosyl hydorlase (GH) family 5 were determined. Methods: Based on Pfam analysis, the cellulases sequences containing FN3, Ig modules were extracted from 297 complete open reading frames (ORFs). The alkaline, thermostability, tertiary structure of deduced enzymes were predicted by AcalPred, TBI software, Phyre2 and Swiss models. Then, whole and truncated forms of a selected gene were expressed in Escherichia coli and purified by His-tag affinity column for assessment of FN3 ability to enhance enzyme activity, solubility and conformation. Results: From 297 complete ORFs coding for cellulases, 148 sequences containing FN3, Ig were identified. Mostly FN3 appeared in 90.9% beta-glucosidases belonging to glycosyl hydrolase family 3 (GH3) and situated downstream of catalytic domains. The Ig was found upstream of 100% endoglucanase GH9. Rarely FN3 was seen to be situated downstream of X domain and upstream of catalytic domain endoglucanase GH5. Whole enzyme (called XFN3GH5 based on modular structure) and truncate forms FN3, XFN3, FN3GH5, GH5 were cloned in pET22b (+) and pET22SUMO to be expressed in single and fusion forms with a small ubiquitin-related modifier partner (S). The FN3, SFN3 increased GH5 solubility in FN3GH5, SFN3GH5. The SFN3 partly served for GH5 conformation in SFN3GH5, increased modules interaction and enzyme-soluble substrate affinity to enhance SXFN3GH5, SFN3GH5 activities in mixtures. Both SFN3 and SXFN3 did not anchor enzyme on filter paper but exfoliate and separate cellulose chains on filter paper for enzyme hydrolysis. Conclusion: Based on these findings, the presence of FN3 module in certain cellulases was confirmed and it assisted for enzyme conformation and activity in both soluble and insoluble substrate.
Objective: Endometrial cancer (EC) is the most common gynecologic malignancy. Identification of potential biomarkers of EC would be helpful for the detection and monitoring of malignancy, improving clinical outcomes. Methods: The Weighted Gene Co-expression Network Analysis method was used to identify prognostic markers for EC in this study. Moreover, underlying molecular mechanisms were characterized by KEGG pathway enrichment and transcriptional regulation analyses. Results: Seven gene co-expression modules were obtained, but only the turquoise module was positively related with EC stage. Among the genes in the turquoise module, COL5A2 (collagen, type V, alpha 2) could be regulated by PBX (pre-B-cell leukemia homeobox 1)1/2 and HOXB1(homeobox B1) transcription factors to be involved in the focal adhesion pathway; CENP-E (centromere protein E, 312kDa) by E2F4 (E2F transcription factor 4, p107/p130-binding); MYCN (v-myc myelocytomatosis viral related oncogene, neuroblastoma derived [avian]) by PAX5 (paired box 5); and BCL-2 (B-cell CLL/lymphoma 2) and IGFBP-6 (insulin-like growth factor binding protein 6) by GLI1. They were predicted to be associated with EC progression via Hedgehog signaling and other cancer related-pathways. Conclusions: These data on transcriptional regulation may provide a better understanding of molecular mechanisms and clues to potential therapeutic targets in the treatment of EC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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