A cyclic undecapeptide-family natural product, cyclosporin A (CyA), which is one of the most valuable immunosuppressive drugs, is produced nonribosomally by a multifunctional cyclosporin synthetase enzyme complex in a filamentous fungal strain named Tolypocladium niveum. Previously, structural modifications of cyclosporins such as a regionspecific hydroxylation at the $4^{th}$ N-methyl leucine in a rare actinomycetes called Sebekia benihana were reported to lead to dramatic changes in their bioactive spectra. However, the reason behind this change could not be determined since a system to genetically manipulate S. benihana has not yet been developed. To address this limitation, in this study, we utilized the most commonly practiced gene manipulation techniques including conjugation-based foreign gene transfer-and-expression as well as targeted gene disruption to genetically manipulate S. benihana. Using these optimized genetic manipulation systems, a putative cytochrome P450 hydroxylase (CYP) gene named CYP506, which is involved in CyA hydroxylation in S. benihana, was specifically disrupted and genetically complemented. The S. benihana${\Delta}$CYP506 exhibited a significantly reduced CyA hydroxylation yield as well as considerable yield restoration by functional complementation of the S. benihana CYP506 gene, suggesting that the genetically manipulated S. benihana CYP mutant strains may serve as a more efficient bioconversion host for various valuable metabolites including CyA.
Gene disruption by homologous recombination is widely used to investigate and analyze the function of genes in Fusarium fujikuroi, a fungus that causes bakanae disease and root rot symptoms in rice. To generate gene deletion constructs, the use of conventional cloning methods, which rely on restriction enzymes and ligases, has had limited success due to a lack of unique restriction enzyme sites. Although strategies that avoid the use of restriction enzymes have been employed to overcome this issue, these methods require complicated PCR steps or are frequently inefficient. Here, we introduce a cloning system that utilizes multi-fragment assembly by In-Fusion to generate a gene disruption construct. This method utilizes DNA fragment fusion and requires only one PCR step and one reaction for construction. Using this strategy, a gene disruption construct for Fusarium cyclin C1 (FCC1), which is associated with fumonisin B1 bio-synthesis, was successfully created and used for fungal transformation. In vivo and in vitro experiments using confirmed fcc1 mutants suggest that fumonisin production is closely related to disease symptoms exhibited by F. fujikuroi strain B14. Taken together, this multi-fragment assembly method represents a simpler and a more convenient process for targeted gene disruption in fungi.
The CRISPR system has revolutionized gene editing field. Cas9-mediated gene editing such as Indel induction or HDR enable targeted gene disruption or precise correction of mutation. Moreover, CRISPR-based new editing tools have been developed such as base editors. In this review, we focus on gene editing in human pluripotent stem cells, which is principal technique for gene correction therapy and disease modeling. Pluripotent stem cell-specific drug YM155 enabled selection of target gene-edited pluripotent stem cells. Also, we discussed base editing for treatment of congenital retina disease. Adenine base editor delivery as RNP form provide an approach for genetic disease treatment with safe and precise in vivo gene correction.
Kim, Young June;Ahn, Kwang Sung;Kim, Minjeong;Kim, Min Ju;Ahn, Jin Seop;Ryu, Junghyun;Heo, Soon Young;Park, Sang-Min;Kang, Jee Hyun;Choi, You Jung;Shim, Hosup
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제30권3호
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pp.439-445
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2017
Objective: Production of alpha-1,3-galactosyltransferase (${\alpha}GT$)-deficient pigs is essential to overcome xenograft rejection in pig-to-human xenotransplantation. However, the production of such pigs requires a great deal of cost, time, and labor. Heterozygous ${\alpha}GT$ knockout pigs should be bred at least for two generations to ultimately obtain homozygote progenies. The present study was conducted to produce ${\alpha}GT$-deficient miniature pigs in much reduced time using mitotic recombination in neonatal ear skin fibroblasts. Methods: Miniature pig fibroblasts were transfected with ${\alpha}GT$ gene-targeting vector. Resulting gene-targeted fibroblasts were used for nuclear transfer (NT) to produce heterozygous ${\alpha}GT$ gene-targeted piglets. Fibroblasts isolated from ear skin biopsies of these piglets were cultured for 6 to 8 passages to induce loss of heterozygosity (LOH) and treated with biotin-conjugated IB4 that binds to galactose-${\alpha}$-1,3-galactose, an epitope produced by ${\alpha}GT$. Using magnetic activated cell sorting, cells with monoallelic disruption of ${\alpha}GT$ were removed. Remaining cells with LOH carrying biallelic disruption of ${\alpha}GT$ were used for the second round NT to produce homozygous ${\alpha}GT$ gene-targeted piglets. Results: Monoallelic mutation of ${\alpha}GT$ gene was confirmed by polymerase chain reaction in fibroblasts. Using these cells as nuclear donors, three heterozygous ${\alpha}GT$ gene-targeted piglets were produced by NT. Fibroblasts were collected from ear skin biopsies of these piglets, and homozygosity was induced by LOH. The second round NT using these fibroblasts resulted in production of three homozygous ${\alpha}GT$ knockout piglets. Conclusion: The present study demonstrates that the time required for the production of ${\alpha}GT$-deficient miniature pigs could be reduced significantly by postnatal skin biopsies and subsequent selection of mitotic recombinants. Such procedure may be beneficial for the production of homozygote knockout animals, especially in species, such as pigs, that require a substantial length of time for breeding.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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한국식물병리학회 2003년도 정기총회 및 추계학술발표회
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pp.84.1-84
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2003
Magnaporthe grisea, the casual agent of rice blast, forms an appressorium to penetrate its host. Much has been learned about environmental cues and signal transduction pathways, especially those involving CAMP and MAP kinases, on appressorium formation during the last decade. More recently, pharmacological data suggest that calcium/calmodulin-dependent signaling system is involved in its appressorium formation. To determine the role of phosphoinositide-specific phospholipase C (PI-PLC) on appressorium formation, a gene (WPLCl) encoding PI-PLC was cloned and characterized from M. grisea strain 70-15. Sequence analysis showed that MPLCl has alt five conserved domains present in other phospholipase C genes from several filamentous fungi and mammals. Null mutants (mplcl) generated by targeted gene disruption exhibited pleiotropic effects on conidial morphology, appressorium formation, fertility and pathogenicity. mplcl mutants developed nonfunctional appressoria and are also defective in infectious growth in host tissues. Defects in appressorium formation and pathogenicity in mplcl mutants were complemented by a mouse PLCdelta-1 cDNA under the control of the MPLCl promoter. These results suggest that cellular signaling mediated by MPLCl plays crucial and diverse roles in development and pathogenicity of M. grisea, and functional conservation between fungal and mammalian Pl-PLCs.
The fpr gene, which encodes a ferredoxin-$NADP^+$ reductase, is known to participate in the reversible redox reactions between $NADP^+$/NADPH and electron carriers, such as ferredoxin or flavodoxin. The role of Fpr and its regulatory protein, FinR, in Pseudomonas putida KT2440 on the oxidative and osmotic stress responses has already been characterized [Lee at al. (2006). Biochem. Biophys. Res. Commun. 339, 1246-1254]. In the genome of P. putida KT2440, another Fpr homolog (FprB) has a 35.3% amino acid identity with Fpr. The fprB gene was cloned and expressed in Escherichia coli. The diaphorase activity assay was conducted using purified FprB to identify the function of FprB. In contrast to the fpr gene, the induction of fprB was not affected by oxidative stress agents, such as paraquat, menadione, $H_2O_2$, and t-butyl hydroperoxide. However, a higher level of fprB induction was observed under osmotic stress. Targeted disruption of fprB by homologous recombination resulted in a growth defect under high osmotic conditions. Recovery of oxidatively damaged aconitase activity was faster for the fprB mutant than for the fpr mutant, yet still slower than that for the wild type. Therefore, these data suggest that the catalytic function of FprB may have evolved to augment the function of Fpr in P. putida KT2440.
Gomaa, Ahmed E.;Deng, Zhiping;Yang, Zhimin;Shang, Liguo;Zhan, Yuhua;Lu, Wei;Lin, Min;Yan, Yongliang
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제27권2호
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pp.335-341
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2017
The complexity of the bacterial recombination system is a barrier for the construction of bacterial mutants for the further functional investigation of specific genes. Several protocols have been developed to inactivate genes from the genus Pseudomonas. Those protocols are complicated and time-consuming and mostly do not enable easy construction of multiple knock-ins/outs. The current study describes a single and double crossover-recombination system using an optimized vector-free allele-exchange protocol for gene disruption and gene replacement in a single species of the family Pseudomonadaceae. The protocol is based on self-ligation (circularization) for the DNA cassette which has been obtained by overlapping polymerase chain reaction (Fusion-PCR), and carries an antibiotic resistance cassette flanked by homologous internal regions of the target locus. To establish the reproducibility of the approach, three different chromosomal genes (ncRNA31, rpoN, rpoS) were knocked-out from the root-associative bacterium Pseudomonas stutzeri A1501. The results showed that the P. stutzeri A1501 mutants, which are free of any plasmid backbone, could be obtained via a single or double crossover recombination. In order to optimize this protocol, three key factors that were found to have great effect on the efficiency of the homologous recombination were further investigated. Moreover, the modified protocol does not require further cloning steps, and it enables the construction of multiple gene knock-in/out mutants sequentially. This work provides a simple and rapid mutagenesis strategy for genome editing in P. stutzeri, which may also be applicable for other gram-negative bacteria.
Satiety cues a feeding animal to cease further ingestion of food, thus protecting it from excessive energy gain. Impaired control of satiety is often associated with feeding-related disorders such as obesity. In our recent study, we reported the identification of a neural pathway that expresses the myoinhibitory peptide (MIP), critical for satiety responses in Drosophila. Targeted silencing of MIP neuron activity strikingly increased the body weight (BW) through elevated food intake. Similarly, genetic disruption of the gene encoding MIP also elevated feeding and BW. Suppressing the MIP pathway behaviorally transformed the satiated flies to feed similar to the starved ones, with augmented sensitivity to food. Conversely, temporal activation of MIP neuron markedly reduced the food intake and BW, and blunted the sensitivity of the starved flies to food as if they have been satiated. Shortly after termination of MIP neuron activation, the reduced BW reverted to the normal level along with a strong feeding rebound. Together our results reveal the switch-like role of the MIP pathway in feeding regulation by controlling satiety.
Genome-wide association studies have proven the highly polygenic architecture of complex diseases or traits; therefore, single-locus-based methods are usually unable to detect all involved loci, especially when individual loci exert small effects. Moreover, the majority of associated single-nucleotide polymorphisms resides in non-coding regions, making it difficult to understand their phenotypic contribution. In this work, we studied epistatic interactions associated with three common diseases using Korea Association Resource (KARE) data: type 2 diabetes mellitus (DM), hypertension (HT), and coronary artery disease (CAD). We showed that epistatic single-nucleotide polymorphisms (SNPs) were enriched in enhancers, as well as in DNase I footprints (the Encyclopedia of DNA Elements [ENCODE] Project Consortium 2012), which suggested that the disruption of the regulatory regions where transcription factors bind may be involved in the disease mechanism. Accordingly, to identify the genes affected by the SNPs, we employed whole-genome multiple-cell-type enhancer data which discovered using DNase I profiles and Cap Analysis Gene Expression (CAGE). Assigned genes were significantly enriched in known disease associated gene sets, which were explored based on the literature, suggesting that this approach is useful for detecting relevant affected genes. In our knowledge-based epistatic network, the three diseases share many associated genes and are also closely related with each other through many epistatic interactions. These findings elucidate the genetic basis of the close relationship between DM, HT, and CAD.
Junghyun Ryu;Fernanda C. Burch;Emily Mishler;Martha Neuringer;Jon D. Hennebold;Carol Hanna
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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제37권4호
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pp.292-297
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2022
Direct injection of CRISPR/Cas9 into zygotes enables the production of genetically modified nonhuman primates (NHPs) essential for modeling specific human diseases, such as Usher syndrome, and for developing novel therapeutic strategies. Usher syndrome is a rare genetic disease that causes loss of hearing, retinal degeneration, and problems with balance, and is attributed to a mutation in MYO7A, a gene that encodes an uncommon myosin motor protein expressed in the inner ear and retinal photoreceptors. To produce an Usher syndrome type 1B (USH1B) rhesus macaque model, we disrupted the MYO7A gene in developing zygotes. Identification of appropriately edited MYO7A embryos for knockout embryo transfer requires sequence analysis of material recovered from a trophectoderm (TE) cell biopsy. However, the TE biopsy procedure is labor intensive and could adversely impact embryo development. Recent studies have reported using cell-free DNA (cfDNA) from embryo culture media to detect aneuploid embryos in human in vitro fertilization (IVF) clinics. The cfDNA is released from the embryo during cell division or cell death, suggesting that cfDNA may be a viable resource for sequence analysis. Moreover, cfDNA collection is not invasive to the embryo and does not require special tools or expertise. We hypothesized that selection of appropriate edited embryos could be performed by analyzing cfDNA for MYO7A editing in embryo culture medium, and that this method would be advantageous for the subsequent generation of genetically modified NHPs. The purpose of this experiment is to determine whether cfDNA can be used to identify the target gene mutation of CRISPR/Cas9 injected embryos. In this study, we were able to obtain and utilize cfDNA to confirm the mutagenesis of MYO7A, but the method will require further optimization to obtain better accuracy before it can replace the TE biopsy approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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