Aging is one of the most complicated biological processes in all species. A number of different model organisms from yeast to monkeys have been studied to understand the aging process. Until recently, many different age-related genes and age-regulating cellular pathways, such as insulin/IGF-1-like signal, mitochondrial dysfunction, Sir2 pathway, have been identified through classical genetic studies. Parallel to genetic approaches, genome-wide approaches have provided valuable insights for the understanding of molecular mechanisms occurring during aging. Gene expression profiling analysis can measure the transcriptional alteration of multiple genes in a genome simultaneously and is widely used to elucidate the mechanisms of complex biological pathways. Here, current global gene expression profiling studies on normal aging and age-related genetic/environmental interventions in widely-used model organisms are briefly reviewed.
Alveolar type II cells constitute a small fraction of the total lung cell mass. However, they play an important role in many cellular processes including trans-differentiation into type I cells as well as repair of lung injury in response to toxic chemicals and respiratory pathogens. Transcription factors are the regulatory proteins dynamically modulating DNA structure and gene expression. Transcription factor profiling in microarray datasets revealed that several members of AP1, ATF, $NF-{\kappa}B$, and C/EBP families involved in diverse responses were expressed in mouse lung type II cells. A transcriptional factor signature consisting of Cebpa, Srebf1, Stat3, Klf5, and Elf3 was identified in lung type II cells, Sox9+ pluripotent lung stem cells as well as in mouse lung development. Identification of the transcription factor profile in mouse lung type II cells will serve as a useful resource and facilitate the integrated analysis of signal transduction pathways and specific gene targets in a variety of physiological conditions.
Kim, Sunyoung;Park, Jungwook;Kim, Ji Hyeon;Lee, Jongyun;Bang, Bongjun;Hwang, Ingyu;Seo, Young-Su
The Plant Pathology Journal
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v.29
no.3
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pp.249-259
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2013
Burkholderia glumae causes rice grain rot and sheath rot by producing toxoflavin, the expression of which is regulated by quorum sensing (QS). The QS systems of B. glumae rely on N-octanoyl homoserine lactone, synthesized by TofI and its cognate receptor TofR, to activate the genes for toxoflavin biosynthesis and an IclR-type transcriptional regulator gene, qsmR. To understand genome-wide transcriptional profiling of QS signaling, we employed RNAseq of the wild-type B. glumae BGR1 with QS-defective mutant, BGS2 (BGR1 tofI::${\Omega}$) and QS-dependent transcriptional regulator mutant, BGS9 (BGR1 qsmR::${\Omega}$). A comparison of gene expression profiling among the wild-type BGR1 and the two mutants before and after QS onset as well as gene ontology (GO) enrichment analysis from differential expressed genes (DEGs) revealed that genes involved in motility were highly enriched in TofI-dependent DEGs, whereas genes for transport and DNA polymerase were highly enriched in QsmR-dependent DEGs. Further, a combination of pathways with these DEGs and phenotype analysis of mutants pointed to a couple of metabolic processes, which are dependent on QS in B. glumae, that were directly or indirectly related with bacterial motility. The consistency of observed bacterial phenotypes with GOs or metabolic pathways in QS-regulated genes implied that integration RNAseq with GO enrichment or pathways would be useful to study bacterial physiology and phenotypes.
Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) has greatly advanced our understanding of cellular heterogeneity by profiling individual cell transcriptomes. However, cell dissociation from the tissue structure causes a loss of spatial information, which hinders the identification of intercellular communication networks and global transcriptional patterns present in the tissue architecture. To overcome this limitation, novel transcriptomic platforms that preserve spatial information have been actively developed. Significant achievements in imaging technologies have enabled in situ targeted transcriptomic profiling in single cells at single-molecule resolution. In addition, technologies based on mRNA capture followed by sequencing have made possible profiling of the genome-wide transcriptome at the 55-100 ㎛ resolution. Unfortunately, neither imaging-based technology nor capture-based method elucidates a complete picture of the spatial transcriptome in a tissue. Therefore, addressing specific biological questions requires balancing experimental throughput and spatial resolution, mandating the efforts to develop computational algorithms that are pivotal to circumvent technology-specific limitations. In this review, we focus on the current state-of-the-art spatially resolved transcriptomic technologies, describe their applications in a variety of biological domains, and explore recent discoveries demonstrating their enormous potential in biomedical research. We further highlight novel integrative computational methodologies with other data modalities that provide a framework to derive biological insight into heterogeneous and complex tissue organization.
Junaid, Muhammad;Lee, Aejin;Kim, Jaehyung;Park, Tae Jun;Lim, Su Bin
Molecules and Cells
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v.45
no.9
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pp.610-619
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2022
Cellular senescence plays a paradoxical role in tumorigenesis through the expression of diverse senescence-associated (SA) secretory phenotypes (SASPs). The heterogeneity of SA gene expression in cancer cells not only promotes cancer stemness but also protects these cells from chemotherapy. Despite the potential correlation between cancer and SA biomarkers, many transcriptional changes across distinct cell populations remain largely unknown. During the past decade, single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) technologies have emerged as powerful experimental and analytical tools to dissect such diverse senescence-derived transcriptional changes. Here, we review the recent sequencing efforts that successfully characterized scRNA-seq data obtained from diverse cancer cells and elucidated the role of senescent cells in tumor malignancy. We further highlight the functional implications of SA genes expressed specifically in cancer and stromal cell populations in the tumor microenvironment. Translational research leveraging scRNA-seq profiling of SA genes will facilitate the identification of novel expression patterns underlying cancer susceptibility, providing new therapeutic opportunities in the era of precision medicine.
Choi, Dong-Woog;Chung, Hwa-Jee;Ko, Suk-Min;In, Dong-Soo;Song, Ji-Sook;Woo, Sung-Sick;Liu, Jang R.
Journal of Plant Biotechnology
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v.36
no.3
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pp.294-300
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2009
Activation tagging that uses T-DNA vectors containing multimerized transcriptional enhancers from the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S gene is a powerful tool to determine gene function in plants. This approach has been successfully applied in screening various types of mutations and cloning the corresponding genes. We generated an activation tagged hairy root pool of ginseng (Panax ginseng C.A. Meyer) in an attempt to isolate genes involved in the biosynthetic pathway of ginsenoside (triterpene saponin), which is known as the major active ingredient of the root. Quantitative and qualitative variation of ginsenoside in activation tagged hairy root lines were profiled using LC/MS. Metabolic profiling data enabled selection of a specific hairy root line which accumulated ginsenoside at a higher level than other lines. The relative expression level of several genes of triterpene biosynthetic pathway in the selected hairy root line was determined by real time RT-PCR. Overall results suggest that the activation tagged ginseng hairy root system described in this study would be useful in isolating genes involved in a complex metabolic pathway from genetically intractable plant species by metabolic profiling.
Kim, Seung Kyum;Avila, Joshua J.;Massett, Michael P.
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.24
no.1
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pp.53-68
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2020
The purpose of this study was to characterize the genetic contribution to endothelial adaptation to exercise training. Vasoreactivity was assessed in aortas from four inbred mouse strains (129S1, B6, NON, and SJL) after 4 weeks of moderate intensity continuous exercise training (MOD), high intensity interval training (HIT) or in sedentary controls (SED). Intrinsic variations in endothelium-dependent vasorelaxation (EDR) to acetylcholine (ACh) as well as vasocontractile responses were observed across SED groups. For responses to exercise training, there was a significant interaction between mouse strain and training intensity on EDR. Exercise training had no effect on EDR in aortas from 129S1 and B6 mice. In NON, EDR was improved in aortas from MOD and HIT compared with respective SED, accompanied by diminished responses to PE in those groups. Interestingly, EDR was impaired in aorta from SJL HIT compared with SED. The transcriptional activation of endothelial genes was also influenced by the interaction between mouse strain and training intensity. The number of genes altered by HIT was greater than MOD, and there was little overlap between genes altered by HIT and MOD. HIT was associated with gene pathways for inflammatory responses. NON MOD genes showed enrichment for vessel growth pathways. These findings indicate that exercise training has non-uniform effects on endothelial function and transcriptional activation of endothelial genes depending on the interaction between genetic background and training intensity.
Transcript profiling is a particularly valuable tool in the field of steroid receptor biology, as these receptors are ligand-activated transcription factors and therefore exert their initial effects through altering gene expression in responsive cells. Also, an awareness of endocrine disrupting chemicals (EDCs) and their potential screening methods to identify endocrine activity have been increased. Here we developed an in-house cDNA microarray, named KISTCHIP-400 ver. 1.0, with 416 clones, based on public database and research papers. These clones contained estrogen, androgen, thyroid hormone & receptors, sex hormone signal transduction & regulation, c-fos, c-myc, ps2 gene, metabolism related genes etc. Also, to validate the KISTCHIP-400 ver. 1.0, we investigated gene expression profiles with reference hormones, $10^{8}\;M\;17{\beta}-estradiol,\;10^{-7}\;M\;testosterone\;and\;10^{-7}\;M$ progesterone in MCF-7 cell line. As the results, gene expression profiles of three reference hormones were distinguished from each other with significant and identified 33 $17{\beta}-estradiol$ responsive genes. This study is in first step of validation for KISTCHIP-400 ver. 1.0, as following step transcriptional profile analysis on not only low concentrations of EDCs but suspected EDCs using KISTCHIP-400 ver. 1.0 is processing. Our results indicate that the developed microarray may be a useful laboratory tool for screening EDCs and elucidating endocrine disrupting mechanism.
Setdb1, an H3-K9 specific histone methyltransferase, is associated with transcriptional silencing of euchromatic genes through chromatin modification. Functions of Setdb1 during development have been extensively studied in embryonic and mesenchymal stem cells as well as neurogenic progenitor cells. But the role of Sedtdb1 in myogenic differentiation remains unknown. In this study, we report that Setdb1 is required for myogenic potential of C2C12 myoblast cells through maintaining the expressions of MyoD and muscle-specific genes. We find that reduced Setdb1 expression in C2C12 myoblast cells severely delayed differentiation of C2C12 myoblast cells, whereas exogenous Setdb1 expression had little effect on. Gene expression profiling analysis using oligonucleotide microarray and RNA-Seq technologies demonstrated that depletion of Setdb1 results in downregulation of MyoD as well as the components of muscle fiber in proliferating C2C12 cells. In addition, exogenous expression of MyoD reversed transcriptional repression of MyoD promoter-driven luciferase reporter by Setdb1 shRNA and rescued myogenic differentiation of C2C12 myoblast cells depleted of endogenous Setdb1. Taken together, these results provide new insights into how levels of key myogenic regulators are maintained prior to induction of differentiation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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