The recent rapid increase in genomic data related to many microorganisms and the development of computational tools to accurately analyze large amounts of data have enabled us to design several kinds of simulation approaches for the complex behaviors of cells. Among these approaches, dFBA (dynamic flux balance analysis), which utilizes FBA, differential equations, and regulatory events, has correctly predicted cellular behaviors under given environmental conditions. However, until now, dFBA has centered on substrate concentration, cell growth, and gene on/off, but a detailed hierarchical structure of a regulatory network has not been taken into account. The use of Boolean rules for regulatory events in dFBA has limited the representation of interactions between specific regulatory proteins and genes and the whole transcriptional regulation mechanism with environmental change. In this paper, we adopted the operon as the basic structure, constructed a hierarchical structure for a regulatory network with defined fundamental symbols, and introduced a weight between symbols in order to solve the above problems. Finally, the total control mechanism of regulatory elements (operons, genes, effectors, etc.) with time was simulated through the linkage of dFBA with regulatory network modeling. The lac operon, trp operon, and tna operon in the central metabolic network of E. coli were chosen as the basic models for control patterns. The suggested modeling method in this study can be adopted as a basic framework to describe other transcriptional regulations, and provide biologists and engineers with useful information on transcriptional regulation mechanisms under extracellular environmental change.
Kim, Jin-Hong;Lee, Min Hee;Kim, Ji Hong;Moon, Yu Ran;Cho, Eun Ju;Kim, Ji Eun;Lee, Choon-Hwan;Chung, Byung Yeoup
Rapid Communication in Photoscience
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v.1
no.1
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pp.21-24
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2012
Influence of gamma rays on the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 cells was investigated in terms of a bidirectional hydrogenase, which is encoded by hoxEFUYH genes and responsible for biohydrogen production. Irradiated cells revealed a substantial change in stoichiometry of photosystems at one day after gamma irradiation at different doses. However, as evaluated by the maximal rate of photosynthetic oxygen evolution, maximal photochemical efficiency of photosystem II, and chlorophyll content, net photosynthesis or photosynthetic capacity was not significantly different between the control and irradiated cells. Instead, transcription of hoxE, hoxH, or lexA, which encodes a subunit of bidirectional hydrogenase or the only transcriptional activator, LexA, for hox genes, was commonly enhanced in the irradiated cells. This transcriptional enhancement was more conspicuously observed immediately after gamma irradiation. In contrast, hydrogenase activities were found to somewhat lower in the irradiated cells. Therefore, we propose that transcription of hox genes should be enhanced by gamma irradiation in a LexA-mediated and possibly photosynthesis-independent manner and that this enhancement might not induce a subsequent increase in hydrogenase activities, probably due to the presence of post-transcriptional and/or post-translational regulatory mechanisms.
Kim, Doh Hoon;Lee, Hyo Gun;Sp, Nipin;Kang, Dong Young;Jang, Kyoung-Jin;Lee, Hak Kyo;Cho, Byung-Wook;Yang, Young Mok
Animal Bioscience
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v.34
no.1
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pp.134-142
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2021
Objective: To understand the athletic characteristics of Thoroughbreds, high-throughput analysis has been conducted using horse muscle tissue. However, an in vitro system has been lacking for studying and validating genes from in silico data. The aim of this study is to validate genes from differentially expressed genes (DEGs) of our previous RNA-sequencing data in vitro. Also, we investigated the effects of exercise-induced stress including heat, oxidative, hypoxic and cortisol stress on horse skeletal muscle derived cells with the top six upregulated genes of DEGs. Methods: Enriched pathway analysis was conducted using the Database for Annotation, Visualization, and Integrated Discovery (DAVID) tool with upregulated genes in horse skeletal muscle tissue after exercise. Among the candidates, the top six genes were analysed through geneMANIA to investigate gene networks. Muscle cells derived from neonatal horse skeletal tissue were maintained and subjected to exercise-related stressors. Transcriptional changes in the top six genes followed by stressors were investigated using quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (qRT-PCR). Results: The inflammation response pathway was the most commonly upregulated pathway after horse exercise. Under non-cytotoxic conditions of exercise-related stressors, the transcriptional response of the top six genes was different among types of stress. Oxidative stress yielded the most similar expression pattern to DEGs. Conclusion: Our results indicate that transcriptional change after horse exercise in skeletal muscle tissue strongly relates to stress response. The qRT-PCR results showed that stressors contribute differently to the transcriptional regulation. These results would be valuable information to understand horse exercise in the stress aspect.
We have examined the chromatin structure of the HMRE/HSP82 and HMRa/HSP82 allels using three complementary approaches : DNase I chromating footprinting, micrococcal nuclease (MNase) nucleosome-protected ladder assay, and an in vivo E. coli dam methylase accessibility assay. The footprinting results indicate that the promoter and silencer sequences are assembled into nucleoprotein complexes which exhibit no detectable change in structure, despite a 70-fold range in expression levels. In addition, the promoter region of the HMRa/HSP82 allele is cleaved randomly by MNase in all cases, indicating the absence of anonical nucleosomes over this region irrespective of SIR4 or heat-shock. Finally, no discernible difference in the accessibility of the HMRE/HSP82 locus to dam methylase in SIR4 vs. sir4 cells was seenm which again suggests that the chromatin structure of HMRE/HSP82 allele is identical regardless of SIR4. Altogether, our results indicate that in contrast to other observations of the silent mating-type loci, no discernible structural alteration is detected at either HMR/HSP82 allele regardless of SIR genetic background or transcriptional state of the gene.
We have examined DNase I sensitivity of .betha.-tubulin and flagellar calmodulin genes which are transiently and coordinately activated differentiation of Naegleria gruberi amebae into flagellates. The DNase I sensitivity of .betha.-tubulin and flagellar calmodulin genes changed in parallel with the changes in transcriptional activity of the respective genes during differentiation. The two genes were resistant to DNase I inamebae stage when transcription of the two genes was inactive. Forthy minutes after initiation of differentiation, when the two genes were most actively being transcribed, the two genes showed the highest sensitsivity to DNase I. One hundred and twenty minutes after initiation, the differentiation was completed and transcriptional activity of the two genes decreased to a low level. At this stage, the two genes were resistant to DNase I treatment like the ones at the amebae stage. This change in the DNase I sensitivity of the two genes was not observed when transcription of the two genes was blocked by adding cycloheximide at the beginning of differentiation.
Starch contents play important roles in determining the fruit quality. Stawberry accumulates starch in the early stages and then mobilized into soluble sugars during fruit ripening. To date the molecular studies on the ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase), a key enzyme of starch biosynthesis, were not reported. cDNAs encoding small (FagpS) and large (FagpL1 and FaspL2) AGPase subunits were isolated from strawberry (Fragaria ${\times}$ ananassa Duch. cv. Niyobou). Both FagpS and FagpL1 cDNAs have open reading frames deriving 55-58 kDa polypeptides, where FagpL2 contains a partial fragment. Sequence analyses showed that FagpS has a glutamate-threonine-cysteine-leucine (ETCL) instead of a glutamine-threonine-cysteine-leucine (QTCL) motif found in all the dicot plants except for Citrus. In fruits, FagpS and FagpL1 were expressed in all stages with a little change in the amounts of transcripts. In the case of FagpL2, we were not able to detect any signal from all stages of fruit development and all tissues except for very a weak signal from the leaf. The results indicate that FagpL1 and FagpL2 show ubiquitous and leaf-specific expression patterns, respectively. The studies suggest that the starch contents in strawberry might be controlled by the expression of AGPase gene at both the transcriptional and post-transcriptional levels during fruit development.
Probiotics have been known to reduce high-fat diet (HFD)-induced metabolic diseases, such as obesity, insulin resistance, and type 2 diabetes. We recently observed that Lactobacillus acidophilus NS1 (LNS1), distinctly suppresses increase of blood glucose levels and insulin resistance in HFD-fed mice. In the present study, we demonstrated that oral administration of LNS1 with HFD feeding to mice significantly reduces hepatic expression of phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK), a key enzyme in gluconeogenesis which is highly increased by HFD feeding. This suppressive effect of LNS1 on hepatic expression of PEPCK was further confirmed in HepG2 cells by treatment of LNS1 conditioned media (LNS1-CM). LNS1-CM strongly and specifically inhibited $HNF4{\alpha}-induced$ PEPCK promoter activity in HepG2 cells without change of $HNF4{\alpha}$ mRNA levels. Together, these data demonstrate that LNS1 suppresses PEPCK expression in the liver by regulating $HNF4{\alpha}$ transcriptional activity, implicating its role as a preventive or therapeutic approach for metabolic diseases.
The light-organ symbiont of pine cone fish, Vibrio fischeri, senses its presence in the host and responds to environmental changes by differentially expressing its symbiosis-related luminescence genes. The V. fischeri luminescence genes are activated by LuxR protein in the presence of an autoinducer. In an effort to elucidate the mechanism of regulation of luxR, a plasmid containing luxR was mutagenized in vitro with hydroxylamine and a luxR mutant plasmid was isolated by its ability to activate luminescence genes cloned in E. coli in the absence of the autoinducer. The specific base change identified by DNA sequencing was only single base transition at +78 from the transcriptional start of luxR. Based on a Western immunoblot analysis, the nucleotide change directed the synthesis of much higher level of LuxR protein without any amino acid substitutions. The results suggest that the region including the +78th base is presumably internal operator required for autorepression of luxR, and the increased cellular level of LuxR results in activation of luminescence genes by autoinducer independent fashion.
Park, Sang-Goo;Lee, Ji-Hyun;Moon, Gu;Moon, Suk-Jae;Won, Jin-Hee;Park, Lae-Gil
THE JOURNAL OF KOREAN ORIENTAL ONCOLOGY
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v.6
no.1
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pp.67-79
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2000
Objective : Hedyotis diffusa has been used as an anticancer agent for several decades in oriental medicine. We test whether the methanol extract of the herb affects transcriptional activation factors including $NF-{\kappa}B$ and AP-1. Methods : 1. HL-60 cells were treated with various concentrations(from 200 to $50{\mu}g/ml$) of methanol extract and $H_2O$ extract($200{\mu}g/ml$)of hedyotis diffusa, After 48h later, the cells were tested for viability by MTT assay. 2. The HL-60 cells were treated with $200{\mu}g/ml$ of methanol extract for the indicated periods. First. Nuclear extracts were isolated and incubated with oligonucleotide probe of $NF-{\kappa}B$ and AP-1. Second. Nuclear extracts were isolated and reacted with p50, p65. c-rel pan-Jun, c-Jun, JunB. JunD antibody on ice for 30min. Finally The cell lysates were prepared and analyzed by western blotting using anti-Fas, anti-FasL and anti-p53 antibody. Results : 1. The methanol extract decreases the viability of human lymphoid origin leukemia HL-60 cells in a dose-dependent manner. 2. $NF-{\kappa}B$ is rapidly activated by the addition of the methanol extract, reaches a peak at 30min and gradually returns to resting level. We confirm that $NF-{\kappa}B$ is a heterodimer mainly composed of p65 subunit with c-Rel. 3. Transcriptional activation of AP-1 is detected at 30min and reaches a maximum at 1hr after stimulation of the cells with the methanol extract. AP-1 is mainly composed with Jur-D and partially Jug-B proteins. 4. the methanol extract of Hedyotis diffusa induces the expression of Fas, Fas ligand and p53 proteins of HL-60 cells in a time dependent fashion. Conclusions : These results suggest that the methanol extract of Hedyotis diffusa exerts anticancer effects to induce the death of human leukomic HL-60 cells via activation of trascriptional factors such as $NF-{\kappa}B$ and AP-1, increase in expression of Fas mediated signalling proteins, and induction of tumor suppressor gene. p53.
Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea
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v.40
no.3
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pp.279-287
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2014
Estrogen deficiency results in a reduction of skin quality and function in postmenopausal women. Over the past decade, many studies have supported that estrogen provides anti-aging effects as a result of the ability of estrogen to prevent skin collagen decline, restore skin elasticity, and increase skin hydration in postmenopausal women skin. Due to their structural similarity with estrogen, isoflavones have been called phytoestrogens. Photoprotective effects of isoflavones are well established while their estrogenic-like activities are not fully understood in human skin. In this study, we investigated whether daidzein, an effective isoflavone, has phytoestrogenic activity and induces transcriptional change of extracellular matrix components in dermal fibroblasts. We examined the luciferase activity of daidzein and ${\beta}$-estradiol using transiently transfected NIH3T3-ERE cells. The estrogenic receptor-dependent transcriptional activity was increased in a dose-dependent manner when treated with daidzein, with a maximum of 2.5-fold induction at $10{\mu}g/mL$ of daidzein compared with non-treated control. In addition, daidzein significantly in creased the expressions of collagen type I, collagen type IV, elastin, and fibrillin-1 in human dermal fibroblasts. By comparing with the effects of ${\beta}$-estradiol through out all the experiments, we confirmed that daidzein had estrogenic activity and function in fibroblasts. These results suggest that daidzein-based application, having both photoprotective and phytoestrogenic effects, may be a powerful approach for skin anti-aging of postmenopausal women.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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