Techniques used for the regulation of gene expression facilitate studies of gene function and treatment of diseases via gene therapy. Many tools have been developed for the regulation of gene expression in mammalian cells. The Lac operon system induced with isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) is one of the employed inducible systems. IPTG mimics the molecular structure of allolactose and has a strong affinity for the corresponding repressor. IPTG is known to rapidly penetrate into mammalian cells and exhibits low toxicity. In the present study, we developed a new inducible expression system that could regulate the expression of genes in mammalian cells using IPTG. Here we confirm that unlike other vector systems based on the Lac operon, this expression system allows regulation of gene expression with lactose in the mammalian cells upon transfection. The co-treatment with IPTG and lactose could improve the regulatory efficiency of the specific target gene expression. The regulation of gene expression with lactose has several benefits. Lactose is safe in humans as compared to other chemical substances and is easily available, making this technique very cost-effective.
Kim, Minjae;Kim, Jongrae;Kim, Sanghee;Jin, EonSeon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제30권11호
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pp.1777-1784
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2020
To increase the availability of microalgae as producers of valuable compounds, it is necessary to develop novel systems for gene expression regulation. Among the diverse expression systems available in microalgae, none are designed to induce expression by low temperature. In this study, we explored a cold-inducible system using the antifreeze protein (AFP) promoter from a polar diatom, Chaetoceros neogracile. A vector containing the CnAFP promoter (pCnAFP) was generated to regulate nuclear gene expression, and reporter genes (Gaussia luciferase (GLuc) and mVenus fluorescent protein (mVenus)) were successfully expressed in the model microalga, Chlamydomonas reinhardtii. In particular, under the control of pCnAFP, the expression of these genes was increased at low temperature, unlike pAR1, a promoter that is widely used for gene expression in C. reinhardtii. Promoter truncation assays showed that cold inducibility was still present even when pCnAFP was shortened to 600 bp, indicating the presence of a low-temperature response element between -600 and -477 bp. Our results show the availability of new heterologous gene expression systems with cold-inducible promoters and the possibility to find novel low-temperature response factors in microalgae. Through further improvement, this cold-inducible promoter could be used to develop more efficient expression tools.
In this study we tried to construct a more efficient tetracycline-inducible gene expression system by replacing previous key elements with more advance ones. At the beginning, we substituted PGK (phophoglycerate kinase) promoter for CMV (cytomegalovirus) promoter to control "$rtTA2^sM2$" which has been known for high induction efficiency in response to tetracycline. With this modification, expression of the EGFP marker gene under the induction condition was significantly increased. Next, we replaced "TRE" fragment with a modified version named "TRE-tighf" which has been reported to have higher affinity and specificity to the transactivator by minor base change of the "TRE" DNA fragment sequence. Use of "TRE-tighf" instead of "TRE" resulted in more than 10 fold increment in terms of induction efficiency and significant decrement of background expression in non-inducible condition. By combining PGK promoter and "TRE-tight" fragment, we could upgrade previous tetracycline-inducible system to show more stringent turn on/off gene switch ability and stronger expression of the gene of our interest. Use of this newly developed system must be very helpful to the studies of gene expression, especially to the transgenic animal study in which non-controllable constitutive expression of the transgene has been one of the urgent problems to be solved.
The 2D/E gel analysis for polypeptide expression reflecting I-18 C gene (early-ecdysterone inducible gene) has conducted the emerged C. riparius adults from larval phase exposure to tebufenozide acting as an ecdysteroidal molting hormone. Control group, the amount of ORE II of the I-18 C gene was larger than that of ORE I of this gene. After treatments, ORE I of the I-18 C gene was overexpressed as the polypeptide, whereas ORF II of this gene was expressed as the polypeptide and was clearly reduced expression. Accordingly, we consider that tebufenozide exhibited endocrine disruptions related processing of ecdysteroid receptor protein reflecting ORF II of I-18 C gene. Also, earlier emergence day was related overexpressed polypeptide reflecting ORE I of I-18 C gene. In this study result, tebufenozide induced changing of physiological condition, and then polypeptide expression reflecting early-ecdysterone inducible I-18 C gene was different between control group and exposure group.
Hypoxia is a pathophysiological condition that occurs during injury, ischemia, and stroke. Hypoxic stress induces the expression of genes associated with increased energy flux, including the glucose transporters Glutl and Glut3, several glycolytic enzymes, nitric oxide synthase, erythropoietin and vascular endothelial growth factor. Induction of these genes is mediated by a common basic helix-loop-helix PAS transcription complex, the hypoxia-inducible factor-l${\alpha}$ (HIF-1${\alpha}$)/ aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator (ARNT). Insulin plays a central role in regulating metabolic pathways associated with energy storage and utilization. It triggers the conversion of glucose into glycogen and triglycerides and inhibits gluconeogenesis. Insulin also induced hypoxia-induced genes. However the underlying mechanism is unestablished. Here, we study the possibility that transcription factor HIF-1${\alpha}$ is involved in insulin-induced gene expression. We investigate the mechanism that regulates hypoxia-inducible gene expression In response to insulin We demonstrate that insulin increases the transcription of hypoxia- inducible gene. Insulin-induced transcription is not detected in Arnt defective cell lines. Under hypoxic condition, HIF- l${\alpha}$ stabilizes but does not under insulin treatment. Insulin-induced gene expression is inhibited by presence of PI-3 kinase inhibitor and Akt dominant negative mutant, whereas hypoxia-induced gene expression is not. ROS inhibitor differently affects insulin-induced gene expressions and hypoxia-induced gene expressions. Our results demonstrate that insulin also regulates hypoxia-inducible gene expression and this process is dependent on Arnt. However we suggest HIF-l${\alpha}$ is not involved insulin-induced gene expression and insulin- and hypoxia- induces same target genes via different signaling pathway.
본 연구에서는 돼지의 체지방을 감소시키고 성장을 촉진시키는 인자인 PGH를 cloning하여 이 유전자를 외래 유전자의 발현이 유도적으로 조절되는 Tet system에 도입하고자 하였다. 또한 유전자의 발현이 turn on되었을 때 그 발현 정도를 최대화하기 위하여 WPRE 서열을 도입하였다. 구축된 각각의 vector는 retrovirus 생산 세포주에 도입하여 virus를 생산하였으며 이를 여러 종류의 표적세포에 감염시켜서 PGH 유전자의 발현을 확인한 결과, 1×10/sup 6/ 세포에서 350∼2,100 ng의 PGH가 분비되었으며 특히 PFF 세포에서 가장 높은 발현을 나타내었다. Tet system에 도입된 PGH의 발현이 유도적으로 조절되는지를 PFF 세포에서 확인한 결과, 유도 효율이 2∼6배로 나타났으며 WPRE 서열이 rtTA 유전자의 downstream에 위치한 조건에서 가장 높은 유도 효율을 나타내었다. 이러한 PGH 유전자의 유도적인 발현의 조절은 고급육 생산의 형질전환 돼지 연구에 있어서 가장 큰 문제점이 되는 PGH 유전자의 과다한 발현에 의한 생리적인 부작용을 최소화할 수 있는 해결 방안으로 제시될 수 있을 것이다.
Until recently the most popular tetracycline-inducible gene expression system has been the one developed by Gossen and Bujard. In this study, we tested the latest version of same system and the results are summarized as follows: Compared with previous one, the difference of new system are minor changes of nucleotide sequences in transactivator and tetracycline response element (TRE) regions. Sensitivity to the doxycycline (a tetracycline derivative) was improved. Leakiness of GFP marker gene expression in non-inducible condition was significantly decreased. Higher expression of the marker gene was observed when the cells were fed with doxycycline-containing medium. Optimal insertion site of woodchuck posttranscriptional regulatory element (WPRE) sequence which was known to increase gene expression was different depending on the origin of cells. In chicken embryonic fibroblast, location of WPRE sequence at 3' end of TRE resulted in the highest GFP expression. In bovine embryonic fibroblasts, 3' end of transactivator was the best site for the GFP expression.
New regulatory, loci which participate in the regulation of anaerobic inducible gene expression in Salmonella typhimurium were identified. We observed the regulatory network of new regulator mutations to various anaerobic inducible gene (1). Some anaerobic inducible lac fusions were also induced at low pH condition which was severe environment to withstand for its virulence at the place like phagolysosome. Sic oxygen-regulated regulatory mutants (oxr) isolated by Tn10 mutagenesis were divided into two groups. Five of them were found to show negative effect on the regulation of anaerobic gene expression, while on e showed positive effect on the regulation. Genetic loci of four oxr were identified with 54 Mud-P22 lysogens covering the whole chromosome of S. typhimurium, in the nearby region of map unit 87 min (oxr101), 63 min (oxr104), 97 min (oxr 105), and 57 min (oxr 106), respectively. Two oxr mutants were subjected to two-dimensional polyacrylamide electrophoretic analysis of anaerobic inducible proteins for searching the control circuitry of our oxr mutants.
In order to express the CDC70 gene of Saccharomyces cerevisiae by heat shock, we have designed heat inducibe hybrid promoters using the Drosophila melanogaster heat shock elements (HSEs). A 220 bp-long upstream fragment of the D. melanogaster hsp70 gene comprised of four HSEs was placed upstream of the putative proximal TATA box of the CDC70 gene. Hybrid promoters containing different fusion joints were tested for their ability to drive the CDC70 gene expression by heat shock. The results showed that the HSEs of D. melanogaster conferred the heat-induced CDC70 gene expression, but the heat inducibility was much lower than that in D. melanogaster.
Inducible and reversible gene silencing in desired types of cells is instrumental for deciphering gene functions using cultured cells or in vivo models. However, efficient conditional gene knockdown systems remain to be established. Here, we report the generation of an inducible expression system for short hairpin RNA (shRNA) targeted to PTEN, a well-documented dual-specificity phosphatase involved in tumor suppression and ontogenesis. Upon induction by doxycycline (DOX), the reverse tetracycline transcriptional activator (rtTA) switched on the concomitant expression of GFP and a miR-30 precursor, the subsequent processing of which released the embedded PTEN-targeted shRNA. The efficacy and reversibility of PTEN knockdown by this construct was validated in normal and neoplastic cells, in which PTEN deficiency resulted in accelerated cell proliferation, suppressed apoptosis, and increased invasiveness. Transgenic mice harboring the conditional shRNA-expression cassette were obtained; GFP expression and concurrent PTEN silencing were observed upon ectopic expression of rtTA and induction with Dox. Therefore, this study provides novel tools for the precise dissection of PTEN functions and the generation of PTEN loss of function models in specific subsets of cells during carcinogenesis and ontogenesis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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