Gene regulation in the brain is essential for long-term plasticity and memory formation. Despite this established notion, the quantitative translational map in the brain during memory formation has not been reported. To systematically probe the changes in protein synthesis during memory formation, our recent study exploited ribosome profiling using the mouse hippocampal tissues at multiple time points after a learning event. Analysis of the resulting database revealed novel types of gene regulation after learning. First, the translation of a group of genes was rapidly suppressed without change in mRNA levels. At later time points, the expression of another group of genes was downregulated through reduction in mRNA levels. This reduction was predicted to be downstream of inhibition of ESR1 (Estrogen Receptor 1) signaling. Overexpressing Nrsn1, one of the genes whose translation was suppressed, or activating ESR1 by injecting an agonist interfered with memory formation, suggesting the functional importance of these findings. Moreover, the translation of genes encoding the translational machineries was found to be suppressed, among other genes in the mouse hippocampus. Together, this unbiased approach has revealed previously unidentified characteristics of gene regulation in the brain and highlighted the importance of repressive controls.
Ng, Kam Swee;Yang, Hyung-Jeong;Kim, Soo-Hyung;Kim, Sun-Hee;Anh, Nguyen Thi Ngoc
International Journal of Contents
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v.8
no.1
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pp.23-29
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2012
Multiple expression levels of genes obtained using time series microarray experiments have been exploited effectively to enhance understanding of a wide range of biological phenomena. However, the unique nature of microarray data is usually in the form of large matrices of expression genes with high dimensions. Among the huge number of genes presented in microarrays, only a small number of genes are expected to be effective for performing a certain task. Hence, discounting the majority of unaffected genes is the crucial goal of gene selection to improve accuracy for disease diagnosis. In this paper, a non-Gaussian weight matrix obtained from an incremental model is proposed to extract useful features of multivariate time series microarrays. The proposed method can automatically identify a small number of significant features via discovering hidden variables from a huge number of features. An unsupervised hierarchical clustering representative is then taken to evaluate the effectiveness of the proposed methodology. The proposed method achieves promising results based on predictive accuracy of clustering compared to existing methods of analysis. Furthermore, the proposed method offers a robust approach with low memory and computation costs.
The transition metal cadmium is a serious occupational and environmental toxin. To inhibit cadmium-induced damage, cells respond by increasing the expression of genes that encode stress-responsive proteins. The metal-regulatory transcription factor 1 (MTF-1) is a key regulator of heavy-metal induced transcription of metallothionein-I and II and other genes in mammals and other metazoans. Transcriptional activation of genes by MTF-1 is mediated through binding to metal-responsive elements in the target gene promoters. Phosphorylation of MTF-1 plays a critical role in the cadmium-inducible transcriptional activation of metallothionein and other responses. Studies using inhibitors indicate that multiple kinases and signal transduction cascades, including those mediated by protein kinase C, tyrosine kinase and casein kinase II, are essential for cadmium-mediated transcriptional activation. In addition, calcium signaling is also involved in regulating metal-activated transcription. In several species, cadmium induces heat shock genes. Recently much progress has been made in elucidating the cellular machinery that regulates this metal-inducible gene expression. This review summarizes these recent advances in understanding the role of some known cadmium-responsive genes and the molecular mechanisms that activate metal-responsive transcription factor, MTF-1.
Type 2 diabetes mellitus is a complex metabolic disorder associated with multiple genetic, developmental and environmental factors. The recent advances in gene expression microarray technologies as well as network-based analysis methodologies provide groundbreaking opportunities to study type 2 diabetes mellitus. In the present study, we used previously published gene expression microarray datasets of human skeletal muscle samples collected from 20 insulin sensitive individuals before and after insulin treatment in order to construct insulin-mediated regulatory network. Based on a motif discovery method implemented by iRegulon, a Cytoscape app, we identified 25 candidate regulons, motifs of which were enriched among the promoters of 478 up-regulated genes and 82 down-regulated genes. We then looked for a hierarchical network of the candidate regulators, in such a way that the conditional combination of their expression changes may explain those of their target genes. Using Genomica, a software tool for regulatory network construction, we obtained a hierarchical network of eight regulons that were used to map insulin downstream signaling network. Taken together, the results illustrate the benefits of combining completely different methods such as motif-based regulatory factor discovery and expression level-based construction of regulatory network of their target genes in understanding insulin induced biological processes and signaling pathways.
Spore-forming Bacillus species are commercially available probiotic formulations for application in humans. They have health benefits and help prevent disease in hosts by combating entero-pathogens and ameliorating antibiotic-associated diarrhea. However, the molecular and cellular mechanisms of these benefits remain unclear. Here, we report the draft genome of a potential probiotic strain of Bacillus clausii B106. We mapped and compared the probiotic profile of B106 with other reference genomes. The draft genome analysis of B106 revealed the presence of ADI pathway genes, indicating its ability to tolerate acidic pH and bile salts. Genes encoding fibronectin binding proteins, enolase, as well as a gene cluster involved in the biosynthesis of exopolysaccharides underscored the potential of B106 to adhere to the intestinal epithelium and colonize the human gut. Genes encoding bacteriocins were also detected, indicating the antimicrobial ability of this isolate. The presence of genes encoding vitamins, including Riboflavin, Folate, and Biotin, also indicated the health-promoting ability of B106. Resistance of B106 to multiple antibiotics was evident from the presence of genes encoding resistance to chloramphenicol, ${\beta}$-lactams, Vancomycin, Tetracycline, fluoroquinolones, and aminoglycosides. The findings indicate the significance of B. clausii B106 administration during antibiotic treatment and its potential value as a probiotic strain to replenish the health-promoting and disease-preventing gut flora following antibiotic treatment.
Legionella pneumophila is an opportunistic pathogen that survives and proliferates within protists such as Acanthamoeba spp. in environment. However, intracellular pathogenic endosymbiosis and its implications within Acanthamoeba spp. remain poorly understood. In this study, RNA sequencing analysis was used to investigate transcriptional changes in A. castellanii in response to L. pneumophila infection. Based on RNA sequencing data, we identified 1,211 upregulated genes and 1,131 downregulated genes in A. castellanii infected with L. pneumophila for 12 hr. After 24 hr, 1,321 upregulated genes and 1,379 downregulated genes were identified. Gene ontology (GO) analysis revealed that L. pneumophila endosymbiosis enhanced hydrolase activity, catalytic activity, and DNA binding while reducing oxidoreductase activity in the molecular function (MF) domain. In particular, multiple genes associated with the GO term 'integral component of membrane' were downregulated during endosymbiosis. The endosymbiont also induced differential expression of various methyltransferases and acetyltransferases in A. castellanii. Findings herein are may significantly contribute to understanding endosymbiosis of L. pneumophila within A. castellanii.
Bae, Chang-Hyu;Tomoko Abe;Lee, Hyo-Yeon;Kim, Dong-Cheol;Min, Kyung-Soo;Park, Kwan-Sam;Tomoki Matsuyama;Takeshi Nakano;Shigeo Yoshida
Journal of Plant Biotechnology
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v.1
no.2
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pp.101-107
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1999
The leaf blade-segments of albino tobacco (Nicotiana tabacum L.) were cultured on MS media containing different concentrations of BAP (0, 0.4, 2.2, 4.4, 22.2 ${\mu}{\textrm}{m}$) with or without NAA (0, 0.5, 2.7 ${\mu}{\textrm}{m}$). Multiple shoots were induced on the media containing 0.4 to 2.2 ${\mu}{\textrm}{m}$ BAP. The best condition for multiple shoot induction with root formation was MS media containing 4.4 ${\mu}{\textrm}{m}$ BAP and 0.5 ${\mu}{\textrm}{m}$ NAA. The regenerated albino plants showed a significant reduction in accumulation of chlorophylls and carotenoids. The drastic reduction of the pigments content was associated with the distinct alterations in gene expression in the albino plants. firstly, the expression of plastid genes, such as rbcL, psbA, 165 rDNA and 235 rDNA, was reduced at the level of transcripts in the regenerated albino plants. Secondly, the alteration of structure of the plastid genes was not detected in the albino plants. However, the copy number of the plastid genes whose transcription level was reduced greatly was increased approximately two-fold, although the transcriptions of nuclear gene (255 rDNA) showed the wild-type level.
Increased exposure of human to RF fields has raised concerns for its potential adverse effects on our health. To address the biological effects of RF radiation, we used genome wide gene expression as the indicator. We exposed normal WI-38 human fibroblast cells to 1763 MHz mobile phone RF radiation at a specific absorption rate (SAR) of 60 W/kg with an operating cooling system for 24 h. There were no alterations in cell numbers or morphology after RF exposure. Through microarray analysis, we identified no differentially expressed genes (DEGs) at the 0.05 significance level after controlling for multiple testing errors with the Benjaminiochberg false discovery rate (BH FDR) method. Meanwhile, 82 genes were differentially expressed between RF-exposed cells and controls when the significance level was set at 0.01 without correction for multiple comparisons. We found that 24 genes (0.08% of the total genes examined) were changed by more than 1.5-fold on RF exposure. However, significant enrichment of any gene set or pathway was not observed from the functional annotation analysis. From these results, we did not find any evidence that non-thermal RF radiation at a 60-W/kg SAR significantly affects cell proliferation or gene expression in WI-38 cells.
Proceedings of the Korean Society of Crop Science Conference
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2007.04a
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pp.65-73
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2007
The objective of this study is to understand how regulatory mechanisms respond to sugar status for more efficient carbon utilization and source-sink regulation in plants. So, we need to identify and characterize many components of sugar-response pathways for a better understanding of sugar responses. For this end, genes responding change of sugar status were screened using Arabidpsis cDNA arrays, and confirmed thirty-six genes to be regulated by sucrose supply in detached leaves by RNA blot analysis. Eleven of them encoding proteins for amino acid metabolism and carbohydrate metabolism were repressed by sugars. The remaining genes induced by sugar supply were for protein synthesis including ribosomal proteins and elongation factors. Among them, I focused on three hydrolase genes encoding putative $\beta$-galactosidase, $\beta$-xylosidase, and $\beta$-glucosidase that were transcriptionally induced in sugar starvation. Homology search indicated that these enzymes were involved in hydrolysis of cell wall polysaccharides. In addition to my results, recent transcriptome analysis suggested multiple genes for cell wall degradation were induced by sugar starvation. Thus, I hypothesized that enzyme for cell wall degradation were synthesized and secreted to hydrolyze cell wall polysaccharides producing carbon source under sugar-starved conditions. In fact, the enzymatic activities of these three enzymes increased in culture medium of Arabidopsis suspension cells under sugar starvation. The $\beta$-galactosidase encoded by At5g56870 was identified as a secretory protein in culture medium of suspension cells by mass spectrometry analysis. This protein was specifically detected under sugar-starved condition with a specific antibody. Induction of these genes was repressed in suspension cells grown with galactose, xylose and glucose as well as with sucrose. In planta, expression of the genes and protein accumulation were detected when photosynthesis was inhibited. Glycosyl hydrolase activity against galactan also increased during sugar starvation. Further, contents of cell wall polysaccharides especially pectin and hemicellulose were markedly decreased associating with sugar starvation in detached leaves. The amount of monosaccharide in pectin and hemicellulose in detached leaves decreased in response to sugar starvation. These results supported my idea that cell wall has one of function to supply carbon source in addition to determination of cell shape and physical support of plant bodies.
Maize has high food and industrial value, whereas has difficulties in research because of their complex and huge size genome. Nested association mapping (NAM) was constructed to better understand maize genetics. However, most studies were conducted using the reference genome B73, and only a few studies were conducted on tropical maize. Ki3, one of the founder lines of the NAM population, is a tropical maize. We analyzed the genetic characteristics of Ki3 by using RNA sequencing and bioinformatics tools for various genetic studies. As results, a total of 30,526 genes were expressed, and expression profile were constructed. A total of 1,558 genes were differentially expressed in response to drought stress, and 513 contigs of them come from de novo assemblies. In addition, high-density polymorphisms including 464,930 single nucleotide polymorphisms (SNPs), 21,872 multiple nucleotide polymorphisms (MNPs) and 93,313 insertions and deletions (InDels) were found compared to reference genome. Among them, 15.0 % of polymorphisms (87,838) were passed non-synonymous test which could alter amino acid sequences. The variants have 66,550 SNPs, 5,853 MNPs, and 14,801 InDels, also proportion of homozygous type was higher than heterozygous. These variants were found in a total of 15,643 genes. Of these genes, 637 genes were found as differentially expressed genes (DEGs) under drought stress. Our results provide a genome-wide analysis of differentially expressed genes and information of variants on expressed genes of tropical maize under drought stress. Further characterization of these changes in genetic regulation and genetic traits will be of great value for improvement of maize genetics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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