Cardiovascular system is the primary organ to develop and reach a functional state, which underscores the essential role of the vasculature in the developing embryo. The vasculature is a highly specialized organ that functions in a number of key physiological works including the carrying of oxygen and nutrients to tissues. It is closely involved in the formation of heart, and hence it is essential for survival during the hatching period. The expression of genes involved during vascular development in the olive flounder (Paralichthys olivaceus) in the days after hatching is not fully understood. Therefore, we examined the expression patterns of genes activated during the development of flounder. Microscopic observations showed that formation of blood vessels is related to the expression of the vimentin gene. Also, the temporal expression patterns of this vimentin-like gene in the developmental stages and in the normal tissues of olive flounder. The purpose of this study was to examine the expression patterns of vimentin in normal tissues of the olive flounder and during the development of the vascular system in newly hatched olive flounders and HIF-1 plays a vital role in the formation of blood vessels during development. Vimentin expression was strong at the beginning of the development of blood vessels, and was present throughout all developmental stages. Our findings have important implications with respect to the roles of vimentin and HIF-1 in the development and evolution of the first blood vessels in olive flounder. Further studies are required to elucidate the vimentin-mediated hypoxic response signal transduction and to decipher the functional role of vimentin in developmental stages.
In this study, we investigated the effect of Rhei Rhizoma (RR; 大黃) water extract on gene expression in a hypoxia model of cultured rat hippocampal neurons. RR water extract $(2.5{\mu}g/ml)$ was added to the culture media on day 10 in vitro (DIV10), and a hypoxic shock (2% $O_2$/5% $CO_2$, $37^{\circ}C$, 3 h) was given on DIV13. After maintaining the cultures in normoxia for 24 hr, total RNA was isolated and used for microarray analysis. The MA-plot indicated that most genes were up- or downregulated within 2-fold. There were more downregulated genes (725 ea) than upregulated ones (472 ea) when larger than Global M value 0.2 (i.e., >15% increase) or smaller than Global M value -0.2 (i.e., >15% decrease) were considered. Antiapoptosis genes such as Tegt (2.4-fold), Nfkb1 (2.4-fold) Veg (1.8-fold), Ngfr (1.6-fold) were upregulated, while pro-apoptosis genes such as Bad (-64%), Cstb (-66%) were downregulated. Genes for combating environmental stress (stress response genes) such as Defb3 (2.7-fold), Cygb (2.2-fold), Ahsg (2.18-fold), Alox5 (2-fold) were upregulated. Genes for cell proliferation (cell cycle-related genes) such as Erbb2 (1.84-fold), Mapk12 gene (1.8-fold) was upregulated. Therefore, RR water extracts upregulate many pro-survival genes while downregulating many pro-death genes. It is interpreted that these genes, in combination with other regulated genes, can promote neuronal survival in a stress such as hypoxia.
Park Jeong-Ae;Song Hyun-Seok;Lee Hye-Shin;Kim Kyu-Won
YAKHAK HOEJI
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v.50
no.2
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pp.124-128
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2006
Astrocyte has emerged as an active regulator of brain function, which connects between blood vessels and neurons as well as is a structural component of the blood-brain barrier, From its structural characteristics, astrocyte seems to sensitively respond to oxygen tension, and, in turn, generate diverse cellular cascades. Therefore, to reveal astrocytlc events by oxygen change, we screened genes whose expressions are upregulated under reoxygenation after hypoxic stress using cDNA representational difference analysis (RDA) technique. Meteorin that regulates glial differentiation was isolated from primary cultured rat astrocytes as a hypoxia/reoxygenation regulatory factor. We cloned rat version of Meteorin (rMe-teorin) and determined full-size sequences of rMeteorin. In addition, RT-PCR analysis revealed that Meteorin was increased under reoxygenation in astrocytes and highly expressed in the developing brain. Collectively, these results suggest that Meteorin may regulate astrocyte-mediated effects in response to the change of oxygen tension in the pathophysiological states.
The DevSR (DosSR) two-component system, which is a major regulatory system involved in oxygen sensing in mycobacteria, plays an important role in hypoxic induction of many genes in mycobacteria. We demonstrated that overexpression of the kinase domain of Mycobacterium tuberculosis (Mtb) PknB inhibited transcriptional activity of the DevR response regulator in Mycobacterium smegmatis and that this inhibitory effect was exerted through phosphorylation of DevR on Thr180 within its DNA-binding domain. Moreover, the purified kinase domain of Mtb PknB significantly phosphorylated RegX3, NarL, KdpE, TrcR, DosR, and MtrA response regulators of Mtb that contain the Thr residues corresponding to Thr180 of DevR in their DNA-binding domains, implying that transcriptional activities of these response regulators might also be inhibited when the kinase domain of PknB is overexpressed.
Mesenchymal stem cells (MSCs) in the bone marrow and other somatic tissues reside in an environment with relative low oxygen tension. Cobalt chloride ($CoCl_2$) can mimic hypoxic conditions through transcriptional changes of some genes including hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$) and vascular endothelial growth factor (VEGF). This study evaluated the potential role of $CoCl_2$ preconditioning on multi-lineage differentiation of C3H/10T1/2, a murine MSC line to understand its possible molecular mechanisms in vitro. $CoCl_2$ treatment of MSCs markedly increased HIF-$1{\alpha}$ and VEGF mRNA, and protein expression of HIF-$1{\alpha}$. Temporary preconditioning of MSCs with $CoCl_2$ induced up-regulation of osteogenic markers including alkaline phosphatase, osteocalcin, and type I collagen during osteogenic differentiation, followed by enhanced mineralization. $CoCl_2$ also increased chondrogenic markers including aggrecan, sox9, and type II collagen, and promoted chondrocyte differentiation. $CoCl_2$ suppressed the expression of adipogenic markers including $PPAR{\gamma}$, aP2, and $C/EBP{\alpha}$, and inhibited adipogenesis. Temporary preconditioning with $CoCl_2$ could affect the multi-lineage differentiation of MSCs.
Angiogenesis is regulated by a large number of molecules and complex signaling mechanisms. The G protein $G{\alpha}_{13}$ is a part of this signaling mechanism as an endothelial cell movement regulator. Gene expression analysis of $G{\alpha}_{13}$ knockout mouse embryos was carried out to identify the role of $G{\alpha}_{13}$ in angiogenesis signaling during embryonic development. Hypoxia-inducible response factors including those acting as regulators of angiogenesis were over expressed, while genes related to the cell cycle, DNA replication, protein modification and cell-cell dissociation were under expressed. Functional annotation and network analysis indicate that $G{\alpha}_{13}{^{-/-}}$ embryonic mice were exposed to hypoxic conditions. The present analysis of the time course highlighted the significantly high levels of disorder in the development of the cardiovascular system. The data suggested that hypoxia-inducible factors including those associated with angiogenesis and abnormalities related to endothelial cell division contributed to the developmental failure of $G{\alpha}_{13}$ knockout mouse embryos.
A number of genes have been therapeutically targeted to relieve cancer, but cancer relapse is still a growing issue. The concept that the surrounding tumor environment is critical for the progression of cancer may foster an answer to the issue of cancer malignancy. Runt domain transcription factors (RUNX1, 2, and 3) are evolutionarily conserved and have been intensively studied for their roles in normal development and pathological conditions. During tumor growth, a hypoxic microenvironment and infiltration of the tumor by immune cells are common phenomena. In this review, we briefly introduce the consequences of hypoxia and immune cell infiltration into the tumor microenvironment with a focus on RUNX3 as a critical regulator. Furthermore, based on our current knowledge of the functional role of RUNX3 in hypoxia and immune cell maintenance, a probable therapeutic intervention is suggested for the effective management of tumor growth and malignancy.
Ischemia/reperfusion-induced myocardial injury is the main cause of acute myocardial infarction. Dendropanax morbifera $L{\acute{e}}veille$ has been used in traditional medicines for the treatment of various diseases such as headache, infectious diseases, and general debility. However, the effect of extract from D. morbifera (EDM) on myocardial ischemic injury is still unknown. In this study, the effects of EDM on neonatal rat cardiomyocytes with hypoxia/reoxygenation (H/R) injury were investigated. The viability of cardiomyocytes with H (30 min)/R (1 h) decreased; however, treatment with EDM significantly inhibited H/R injury-induced cardiomyocyte death. Further, we observed that reactive oxygen species (ROS) generation and intracellular calcium concentration ($Ca^{2+}{_i}$) were significantly reduced in EDM-treated cardiomyocytes compared with that in H/R-injured positive control. In addition, western blotting results showed that EDM attenuated abnormal changes of RyR2 and SERCA2a genes in hypoxic cardiomyocytes. These results suggest that EDM ameliorates ROS generation and $Ca^{2+}{_i}$ homeostasis to prevent dysregulation of calcium regulatory proteins in the heart, thereby exerting cardioprotective effects and reducing hypoxia-induced cardiomyocyte damage, which verifies the potential use of EDM as a new therapeutic agent for the treatment of myocardial ischemic injury.
Objective: Tibetan chickens, which have unique adaptations to extreme high-altitude environments, exhibit phenotypic and physiological characteristics that are distinct from those of lowland chickens. However, the mechanisms underlying hypoxic adaptation in the liver of chickens remain unknown. Methods: RNA-sequencing (RNA-Seq) technology was used to assess the differentially expressed genes (DEGs) involved in hypoxia adaptation in highland chickens (native Tibetan chicken [HT]) and lowland chickens (Langshan chicken [LS], Beijing You chicken [BJ], Qingyuan Partridge chicken [QY], and Chahua chicken [CH]). Results: A total of 352 co-DEGs were specifically screened between HT and four native lowland chicken breeds. Gene ontology and Kyoto encyclopedia of genes and genomes enrichment analyses indicated that these co-DEGs were widely involved in lipid metabolism processes, such as the peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR) signaling pathway, fatty acid degradation, fatty acid metabolism and fatty acid biosynthesis. To further determine the relationship from the 352 co-DEGs, protein-protein interaction network was carried out and identified eight genes (ACSL1, CPT1A, ACOX1, PPARC1A, SCD, ACSBG2, ACACA, and FASN) as the potential regulating genes that are responsible for the altitude difference between the HT and other four lowland chicken breeds. Conclusion: This study provides novel insights into the molecular mechanisms regulating hypoxia adaptation via lipid metabolism in Tibetan chickens and other highland animals.
By using differential display, we identified one of the genes encoding the multi-subunit complex protein V-ATPase, c subunit gene (ATP6L), and showed alterations of the gene expression by oxidative stresses. Expression of the ATP6L gene in Neuro-2A cells was increased by the treatment with $H_2O_2$ and incubation in hypoxic chamber, implying that the expression of the ATP6L gene is regulated by oxidative stresses. To examine mechanisms involved in the regulation of the gene expression by oxidative stresses, the transcriptional activity of the rat ATP6L promoter was studied. Transcription initiation site was determined by primer extension analysis and DNA sequencing, and promoter of the rat ATP6L and its deletion clones were constructed in reporter assay vector. Significant changes of the promoter activities in Neuro-2A cells were observed in two regions within the proximal 1 kbp promoter, and one containing a suppressor was in -195 to -220, which contains GC box that is activated by binding of Sp1 protein. The suppression of promoter activity was lost in mutants of the GC box. We confirmed by electrophoretic mobility shift and supershift assays that Sp1 protein specifically binds to the GC box. The promoter activity was not changed by the $H_2O_2$ treatment and incubation in hypoxic chamber, however, $H_2O_2$ increased the stability of ATP6L mRNA. These data suggest that the expression of the ATP6L gene by oxidative stresses is regulated at posttranscriptional level, whereas the GC box is important in basal activities of the promoter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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