발광 박테리아인 Photobacterium 종들의 lux 오페론 하부 영역에서 riboflavin 생합성에 관여하는 유전자들(ribⅠ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ)이 발견되었다. Photobacterium phosphoreum의 lux 유전자와 rib 유전자를 포함하는 intergenic 영역의 단일사슬 DNA가 P. phosphoreum의 mRNA에 의하여 S1 nuclease digestion에서 손상받지 않았으며, ribⅠ에 의하여 암호화되는 P. phosphoreum의 riboflavin synthase의 활성도가 lux-specific한 효소들인 luciferase 혹은 fatty acid reductase 활성도와 같이 bioluminescence intensity의 발현과 함께 대수기 말기에서 증가하는 박테리아 발광반응의 특이한 조절 체계인 'autoinduction' 양상을 보였다. 또한 P. leiognathi의 luxB로부터 ribⅡ까지 포함하는 DNA를 강력한 lux 프로모터와 reporter(chloramphenicol acetyl transferase, CAT) 유전자 사이에 삽입하고 접합(conjugation)의 방법으로 P. leiognathi에 유전자 전이(gene transfer)시켜 CAT reporter 유전자의 발현을 P. leiognathi에서 조사한 바, 그 유전자의 발현 정도에 큰 차이가 없었을 뿐만 아니라 이 구조에서 lux 프로모터를 제거하게 되면 CAT reporter 유전자의 발현이 전혀 나타나지 않았다. 이들 실험 결과들은 lux 유전자와 rib 유전자의 intergenic영역에 lux 오페론의 전사 종결 구조(transcriptional terminator)가 존재하지 않으며 ribflavin 생합성 유전자들이 그들 고유의 프로모터에 의하여 전사되는 것이 아니라 lux 오페론의 프로모터에 의하여 발현됨을 나타내는 것으로, 이는 Photobacterium 종들에서 lux 유전자와 rib 유전자들은 공동의 발현 조절 체계를 갖는 것으로 요약된다.
Ghim, Cheol-Min;Lee, Sung-Kuk;Takayama, Shuichi;Mitchell, Robert J.
BMB Reports
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제43권7호
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pp.451-460
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2010
Starting with the first publication of lacZ gene fusion in 1980, reporter genes have just entered their fourth decade. Initial studies relied on the simple fusion of a promoter or gene with a particular reporter gene of interest. Such constructs were then used to determine the promoter activity under specific conditions or within a given cell or organ. Although this protocol was, and still is, very effective, current research shows a paradigm shift has occurred in the use of reporter systems. With the advent of innovative cloning and synthetic biology techniques and microfluidic/nanodroplet systems, reporter genes and their proteins are now finding themselves used in increasingly intricate and novel applications. For example, researchers have used fluorescent proteins to study biofilm formation and discovered that microchannels develop within the biofilm. Furthermore, there has recently been a "fusion" of art and science; through the construction of genetic circuits and regulatory systems, researchers are using bacteria to "paint" pictures based upon external stimuli. As such, this review will discuss the past and current trends in reporter gene applications as well as some exciting potential applications and models that are being developed based upon these remarkable proteins.
Molecular nuclear cardiac imaging has included Tc-99m Annexin imaging to visualize myocardial apoptosis, but is now usually associated with gene therapy and cell-based therapy. Cardiac gene therapy was not successful so far but cardiac reporter gene imaging was made possible using HSV-TK (herpes simplex virus thymidine kinase) and F-18 FHBG (fluoro-hydroxymethylbutyl guanine) or I-124 FIAU (fluoro-deoxyiodo-arabino-furanosyluracil). Gene delivery was performed by needic injection with or without catheter guidance. Tk expression did not last longer than 2 weeks in myocardium. Cell-based therapy of ischemic heart or failing heart looks promising, but biodistribution and differentiation of transplanted cells are not known. Reporter genes can be transfected to the stem/progenitor cells and cells containing these genes can be transplanted to the recipients using catheter-based purging or injection. Repeated imaging should be available and if promoter are varied to let express reporter transgenes, cellular (trans)differentiation can be studied. NIS (sodium iodide symporter) or D2R receptor genes are promising in this aspect.
Investigation of the expression of the riboflavin (rib) genes, which are found immediately downstream of luxG in the lux operon in Photobacterium phosphoreum, provides more information relevant to the evolution of bioluminescence, as well as to the regulation of supply of flavin substrate for bacterial bioluminescence reactions. In order to answer the question of whether or not the transcriptions of lux and rib genes are integrated, a transcriptional termination assay was performed with P. phoxphoreum DNA, containing the possible stem-loop structures, located in the intergenic region of luxF and luxE ($\Omega$$\_$A/), of luxG and ribE ($\Omega$$\_$B/), and downstream of ribA ($\Omega$$\_$c/). The expression of the CAT (Chloram-phenicol Acetyl Transferase) reporter gene was remarkably decreased upon the insertion of the stem-loop structure ($\Omega$$\_$c/) into the strong lux promoter and the reporter gene. However, the insertion of the structure ($\Omega$$\_$B/) into the intergenic region of the lux and the rib genes caused no significant change in expression from the CAT gene. In addition, the single stranded DNA in the same region was protected by the P. phosphoreum mRNA from the Sl nuclease protection assay. These results suggest that lux genes and rib genes are part of the same operon in P. phosphoreum.
The rapid progress of molecular genetic methods over the past two decades has necessitated the development of methods to detect and quantify genetic activity within living bodies. Reporter genes provide a rapid and convenient tool to monitor gene expression by yielding a readily measurable phenotype upon expression when introduced into a biological system. Conventional reporter systems, however, are limited in their usefulness for in vivo experiments or human gene therapy because of its invasive nature which requires cell damage before assays can be performed. This offers an unique opportunity for nuclear imaging techniques to develope a novel method for imaging both the location and amount of gene expression noninvasively. Current developments to achieve this goal rely on utilizing either reporter enzymes that accumulate radiolabeled substrates or reporter receptors that bind specific radioligands. This overview includes a brief introduction to the background for such research, a summary of published results, and an outlook for future directions.
HAN , RI-NA;CHO, ICK-HYUN;CHUNG, SUNG-OH;HAN, JONG-KWON;LEE, JIN-HOO;KIM, SOO-KI;CHOI, KANG-YELL
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제14권6호
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pp.1249-1255
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2004
This study has developed Corynebacterium ammoniagenes (c. ammoniagenes) purine gene transcriptional reporters (purF-lacZ and purE-lacZ) that function in Escherichia coli (E. coli) DH5a. After transformation of a C. ammoniagenes gDNA library into E. coli cells harboring either purF-lacZ or purE-lacZ, C. ammoniagenes clones were obtained that repress purF-lacZ and purE-lacZ gene expression. The potential purE and purF regulatory genes are homologous to the genes encoding transcription regulators, the regulatory subunit of RNA polymerase, and genes for purine nucleotide biosynthesis of various bacteria. The C. ammoniagenes purE-lacZ and purF-lacZ reporters were repressed by adenine and guanine within E. coli, indicating similarity in the regulatory mechanism of purine biosynthesis in C. ammoniagenes and E. coli. Gene regulation of pur-lacZ by adenine and guanine was partly abolished in cells expressing potential purine regulatory genes, indicating functionality of the purine gene regulators in repression of purE-lacZ and purF-lacZ. The purE-lacZ and purF-lacZ reporters can be used for the screening of genes involved in the regulation of the de novo synthesis of the purine nucleotides.
UCP2 and UCP3 are members of the uncoupling protein family, which may play roles in energy homeostasis. In order to determine the regulation of the predominant expression of UCP3 in skeletal muscle, the effects of differentiation and myogenic regulatory factors on the promoter activities of the mouse UCP2 and UCP3 genes were studied. Reporter plasmids, containing approximately 3 kb of the 5'-upstream region of the mouse UCP2 and UCP3 genes, were transfected into C2C12 myoblasts, which were then induced to differentiate. Differentiation positively induced the reporter expression about 20-fold via the UCP3 promoter, but by only 2-fold via the UCP2 promoter. C2C12 myoblasts were cotransfected with expression vectors for myogenin and/or MyoD as well as reporter constructs. The simultaneous expression of myogenin and MyoD caused an additional 20-fold increase in the reporter expression via the UCP3 promoter, but only a weak effect via the UCP2 promoter. In L6 myoblasts, only MyoD activated the UCP3 promoter, but in 3T3-L1 cells neither factor activated the UCP3 promoter, indicating that additional cofactors are required, which are present only in C2C12 myoblasts. The expression of UCP2 and UCP3 is differentially regulated during muscle differentiation due to the different responsiveness of their promoter regions to myogenin and MyoD.
Hong, Young Gi;Roh, Seyun;Paik, Donggi;Jeong, Sangyun
Molecules and Cells
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제40권1호
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pp.73-81
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2017
The ${\gamma}$-secretase complex represents an evolutionarily conserved family of transmembrane aspartyl proteases that cleave numerous type-I membrane proteins, including the ${\beta}$-amyloid precursor protein (APP) and the receptor Notch. All known rare mutations in APP and the ${\gamma}$-secretase catalytic component, presenilin, which lead to increased amyloid ${\beta}$-peptide production, are responsible for early-onset familial Alzheimer's disease. ${\beta}$-amyloid protein precursor-like (APPL) is the Drosophila ortholog of human APP. Here, we created Notch- and APPL-based Drosophila reporter systems for in vivo monitoring of ${\gamma}$-secretase activity. Ectopic expression of the Notch- and APPL-based chimeric reporters in wings results in vein truncation phenotypes. Reporter-mediated vein truncation phenotypes are enhanced by the Notch gain-of-function allele and suppressed by RNAi-mediated knockdown of presenilin. Furthermore, we find that apoptosis partly contributes to the vein truncation phenotypes of the APPL-based reporter, but not to the vein truncation phenotypes of the Notch-based reporter. Taken together, these results suggest that both in vivo reporter systems provide a powerful genetic tool to identify genes that modulate ${\gamma}$-secretase activity and/or APPL metabolism.
Evaluation of potentials of chemicals to alter expression of genes that are involved in carcinogenesis may serve useful tools in toxicological research. In this investigation, we developed reporter cell lines that expressed luciferase in response to transactivation of hypoxia inducible factor-1, P53 tumor suppressor and Nur77 of which roles have been well established in cancer development and progression. Whereas these reporter cell lines displayed low constitutive backgrounds, the reporter activities were significantly enhanced in response to $desferriosamine/CoCl_2$, adriamycin or 6-mercaptopurine, which are hypoxia mimicking chemicals, P53 activator or Nur77 inducer, respectively. The activation of the reporter was time- and dose-dependent. Known tumor initiators and promoters, such as phorbol 12-myristate 13-acetate and phorbol 12, 13-dicaprinate induced the reporter activity at as low as 10nM in these stable cell lines. Further, known anti-tumor promoters, such as ascorbic acid and ${\beta}-carotene$ repressed the reporter activities. These results indicate that our stable reporter cell lines could serve as a useful system for rapid assessment of carcinogenicity of toxic chemicals.
To understand the late gut development and differentiation, identification and characterization of target genes of homeotic genes involved in gut development are required. We have previously reported that homeodomain proteins can regulate expression of the cell proliferation-related genes. We investigated here the expression of the Drosophila proliferating cell nuclear antigen(PCNA) and E2F(dE2F) genes in larval and adult guts using transgenic flies bearing lacz reporter genes. Both PCNA and dE2F genes were expressed strongly in whole regions of the larval and adult guts including the esophagus, proventriculus, midgut and hindgut, showing higher expression in foregut and hindgut imaginal rings of larva. Nitric Oxide(NO) has been known to be involved in cell proliferation and tumor growth and also to have an antiproliferative activity. Therefore, we also investigated effects of NO on the expression of PCNA and dE2F genes in gut through analyses of lacz reporter expression level in the SNP (NO donor)-treated larval guts. Expressions of both PCNA and dE2F were greatly declined by SNP. The inhibitory effect of NO was shown in whole regions of the gut, especially in hindgut, while the internal region of proventriculus, esophagus, foregut imaginal ring and hindgut imaginal ring was resistant. Our results suggest that this inhibitory effect may be related with the antiproliferative activity of NO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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