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.
Park, Dong-Woo;Lee, Kyoung;Chae, Jong-Chan;Kudo, Toshiaki;Kim, Chi-Kyung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제14권3호
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pp.483-489
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2004
Pseudomonas sp. S-47 is a bacterium capable of degrading benzoate as well as 4-chlorobenzoate (4CBA). Benzoate and 4CBA are known to be degraded via a meta-cleavage pathway characterized by a series of enzymes encoded by xyl genes. The meta-cleavage pathway operon in Pseudomonas sp. S-47 encodes a set of enzymes which transform benzoate and 4CBA into TCA cycle intermediates via the meta-cleavage of (4-chloro )catechol to produce pyruvate and acetyl-CoA. In the current study, the meta-pathway gene cluster was cloned from the chromosomal DNA of S-47 strain to obtain pCS1, which included the degradation activities for 4CBA and catechol. The genetic organization of the operon was then examined by cloning the meta-pathway genes into a pBluescript SKII(+) vector. As such, the meta-pathway operon from Pseudomonas sp. S-47 was found to contain 13 genes in the order of xylXYZLTEGFlQKIH. The two regulatory genes, xylS and xylR, that control the expression of the meta-pathway operon, were located adjacently downstream of the meta-pathway operon. The xyl genes from strain S-47 exhibited a high nucleoside sequence homology to those from Pseudomonas putida mt-2, except for the xylJQK genes, which were more homologous to the corresponding three genes from P. stutzeri AN10. One open reading frame was found between the xylH and xylS genes, which may playa role of a transposase. Accordingly, the current results suggest that the xyl gene cluster in Pseudomonas sp. S-47 responsible for the complete degradation of benzoate was recombined with the corresponding genes from P. putida mt-2 and P. stutzeri AN10.
Genes and microRNAs (miRNAs) have important roles in human oncology. However, most of the biological factors are reported in disperse form which makes it hard to discover the pathology. In this study, genes and miRNAs involved in human endometrial cancer(EC) were collected and formed into regulatory networks following their interactive relations, including miRNAs targeting genes, transcription factors (TFs) regulating miRNAs and miRNAs included in their host genes. Networks are constructed hierarchically at three levels: differentially expressed, related and global. Among the three, the differentially expressed network is the most important and fundamental network that contains the key genes and miRNAs in EC. The target genes, TFs and miRNAs are differentially expressed in EC so that any mutation in them may impact on EC development. Some key pathways in networks were highlighted to analyze how they interactively influence other factors and carcinogenesis. Upstream and downstream pathways of the differentially expressed genes and miRNAs were compared and analyzed. The purpose of this study was to partially reveal the deep regulatory mechanisms in EC using a new method that combines comprehensive genes and miRNAs together with their relationships. It may contribute to cancer prevention and gene therapy of EC.
Skin is a major thermoregulatory organ in the body controlling homeothermy, a critical function for climate adaptation. We compared genes expressed between tropical- and temperate-adapted cattle to better understand genes involved in climate adaptation and hence thermoregulation. We profiled the skin of representative tropical and temperate cattle using RNA-seq. A total of 214,754,759 reads were generated and assembled into 72,993,478 reads and were mapped to unique regions in the bovine genome. Gene coverage of unique regions of the reference genome showed that of 24,616 genes, only 13,130 genes (53.34%) displayed more than one count per million reads for at least two libraries and were considered suitable for downstream analyses. Our results revealed that of 255 genes expressed differentially, 98 genes were upregulated in tropically-adapted White Fulani (WF; Bos indicus) and 157 genes were down regulated in WF compared to Angus, AG (Bos taurus). Fifteen pathways were identified from the differential gene sets through gene ontology and pathway analyses. These include the significantly enriched melanin metabolic process, proteinaceous extracellular matrix, inflammatory response, defense response, calcium ion binding and response to wounding. Quantitative PCR was used to validate six representative genes which are associated with skin thermoregulation and epithelia dysfunction (mean correlation 0.92; p < 0.001). Our results contribute to identifying genes and understanding molecular mechanisms of skin thermoregulation that may influence strategic genomic selection in cattle to withstand climate adaptation, microbial invasion and mechanical damage.
Kim, Hyun-Jung;Lee, Hyun-Seo;Kim, Eun-Young;Lee, Kyung-Ah
한국발생생물학회지:발생과생식
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제16권1호
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pp.59-67
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2012
Previously, we found that $Zap70$ (Zeta-chain-associated protein kinase) expressed in the mouse oocytes and played significant role in completion of meiosis specifically at MI-MII (metaphase I-II) transition. Microinjection of $Zap70$ dsRNA into the cytoplasm of germinal vesicle oocyte resulted in MI arrest, and exhibited abnormalities in their spindles and chromosome configurations. The purpose of this study was to determine the mechanisms of action of $Zap70$ in oocyte maturation by evaluating downstream signal networking after $Zap70$ RNAi (RNA interference). The probe hybridization and data analysis were used by Affymetrix Gene Chip Mouse Genome 430 2.0 array and GenPlex 3.0 (ISTECH, Korea) software, respectively. Total 1,152 genes were up (n=366) and down (n=786) regulated after $Zap70$ RNAi. Among those genes changed, we confirmed the expressional changes of the genes involved in the regulation of actin cytoskeleton and MAPK (mitogen-activated protein kinase) signaling pathway, since the phenotypes of $Zap70$ RNAi in oocytes were found in the changes in the chromosome separation and spindle structures. We confirmed the changes in gene expression in the actin skeletal system as well as in the MAPK signaling pathway, and concluded that these changes are main cause of the aberrant chromosome arrangement and abnormal spindles after $Zap70$ RNAi.
Suppression of bone morphogenetic protein (BMP) signaling induces neural induction in the ectoderm of developing embryos. BMP signaling inhibits neural induction via the expression of various neural suppressors. Previous research has demonstrated that the ectopic expression of dominant negative BMP receptors (DNBR) reduces the expression of target genes down-stream of BMP and leads to neural induction. Additionally, gain-of-function experiments have shown that BMP downstream target genes such as MSX1, GATA1b and Vent are involved in the suppression of neural induction. For example, the Vent1/2 genes are involved in the suppression of Geminin and Sox3 expression in the neural ectodermal region of embryos. In this paper, we investigated whether PV.1, a BMP downstream target gene, negatively regulates the expression of FoxD5b, which plays a role in maintaining a neural progenitor population. A promoter assay and a cyclohexamide experiment demonstrated that PV.1 negatively regulates FoxD5b expression.
Seo, Bong-Jong;Son, Ji Won;Kim, Hye-Ryun;Hong, Seok-Ho;Song, Haengseok
한국발생생물학회지:발생과생식
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제18권1호
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pp.1-11
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2014
Early growth response 1 (Egr1) is a zinc-finger transcription factor to direct second-wave gene expression leading to cell growth, differentiation and/or apoptosis. While it is well-known that Egr1 controls transcription of an array of targets in various cell types, downstream target gene(s) whose transcription is regulated by Egr1 in the uterus has not been identified yet. Thus, we have tried to identify a list of potential target genes of Egr1 in the uterus by performing multi-step in silico promoter analyses. Analyses of mRNA microarray data provided a cohort of genes (102 genes) which were differentially expressed (DEGs) in the uterus between Egr1(+/+) and Egr1(-/-) mice. In mice, the frequency of putative EGR1 binding sites (EBS) in the promoter of DEGs is significantly higher than that of randomly selected non-DEGs, although it is not correlated with expression levels of DEGs. Furthermore, EBS are considerably enriched within -500 bp of DEG's promoters. Comparative analyses for EBS of DEGs with the promoters of other species provided power to distinguish DEGs with higher probability as EGR1 direct target genes. Eleven EBS in the promoters of 9 genes among analyzed DEGs are conserved between various species including human. In conclusion, this study provides evidence that analyses of mRNA expression profiles followed by two-step in silico analyses could provide a list of putative Egr1 direct target genes in the uterus where any known direct target genes are yet reported for further functional studies.
선행연구(12,13)에 따르면 10주간 ID1216을 투여한 비만 마우스에서 체중과 체지방이 감소하였고 이는 SIRT1-$PGC1{\alpha}$의 발현을 조절하여 나타나는 것으로 확인하였다. 본 연구는 $SIRT1-PGC1{\alpha}-PPAR{\alpha}$의 하위 기전인 UCPs, ACO, aP2의 발현 조절에 ID1216이 영향을 미쳐 그 효과를 나타내는 것을 추가로 확인한 것에 의미가 있다. 또한 10주간 ID1216을 투여한 비만 마우스의 혈액 분석 결과에서도 혈중 중성지방, LDL, HDL total cholesterol등의 혈중 지방질 수치가 개선됨과 동시에 free fatty acid의 농도는 감소하였는데 이는 ID1216이 HSL과 같은 지방질분해효소의 활성을 조절하여 중성지방의 분해과정에 관여하기는 하나 에너지 대사와 지방산 산화 과정에도 복합적으로 관여하여 최종적으로 나타내는 비만 대사 조절 효과에 의한 것으로 판단된다. 따라서 ID1216은 $SIRT1-PGC1{\alpha}-PPAR{\alpha}$ pathway를 촉진시켜 세포와 조직 수준에서 열발생(thermogenesis)에 관여하는 유전자인 UCP1, UCP2, UCP3의 발현을 증가시켰고 ${\beta}$-oxidation에 관여하는 유전자인 ACO와 aP2의 발현도 증가시켰으며 또한 지방분해(lypolysis)에 관여하는 유전자인 ATGL과 HSL의 발현을 증가시키는 분자생물학적 기전을 나타내어 체지방 감소 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.
Kainic acid (KA) causes neurodegeneration, but no consensus has been reached concerning its mechanism. Nitric oxide may be a regulator of the mechanism. We identified differentially expressed genes in the hippocampus of mice treated with kainic acid, together with or without L-NAME, a nonselective nitric oxide synthase inhibitor, using a new differential display PCR method based on annealing control primers. Eight genes were identified, including clathrin light polypeptide, TATA element modulatory factor 1, neurexin III, ND4, ATPase, $H^+$ transporting, V1 subunit E isoform 1, and N-myc downstream regulated gene 2. Although the functions of these genes and their products remain to be determined, their identification provides insight into the molecular mechanism(s) involved in KA-induced neuronal cell death in the hippocampal CA3 area.
Chronic oxidative stress produced by exposure to environmental chemicals or pathophysiological states can lead animals to aging, carcinogenesis and degenerative diseases. Indirect antioxidative mechanisms, in which natural or synthetic agents are used to coordinately induce the expression of cellular antioxidant capacity, have been shown to protect cells and organisms from oxidative damages. Electrophile and free radical detoxifying enzymes, which were originally identified as the products of genes induced by cancer chemopreventive agents, are members of this protective system. The NFE2 family transcription factor Nrf2 was found to govern expression of these detoxifying enzymes, and screening for Nrf2-regulated genes has identified many gene categories involved in maintaining cellular redox potential and protection from oxidative damage as Nrf2 downstream genes. Further, studies using Nrf2-deficient mice revealed that these mutant mice showed more susceptible phenotypes towards exposure to environmental chemicals/carcinogens and in oxidative stress related disease models. With the finding that cancer chemopreventive efficacy of indirect antioxidants (enzyme inducers) is lost in the absence of Nrf2, a central role of Nrf2 in the antioxidative protective system has been firmly established. Promising results from cancer prevention clinical trials using enzyme inducers propose that pharmacological interventions that modulate Nrf2 can be an effective strategy to protect tissues from oxidative damage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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