Effects of chaperones on mRNA stability and gene expression were studied in order to develop an efficient Escherichia coli expression system that can maximize gene expression. The stability of mRNA was modulated by introducing various secondary structures at the 5'-end of mRNA. Four vector systems providing different 5'-end structures were constructed, and genes encoding GFPuv and endoxylanase were cloned into the four vector systems. Primer extension assay revealed different mRNA half-lives depending on the 5'-end secondary structures of mRNA. In addition to the stem-loop structure at the 5'-end of mRNA, coexpression of dnaK-dnaJ-grpE or groEL-groES, representative heat-shock genes in E. coli, increased the mRNA stability and the level of gene expression further, even though the degree of stabilization was varied. Our work suggests that some of the heat-shock proteins can function as mRNA stabilizers as well s protein chaperones.
The addition of zeolite particles enhances the stability of mRNA molecules in a cell-free protein synthesis system. When $20{\mu}g/{\mu}L$ of zeolite (Y5.4) is added to a reaction mixture of cell-free protein synthesis, a substantial increase in protein synthesis is observed. The stabilizing effect of zeolite is most dearly observed in an in vitro translation reaction directed by purified mRNA, as opposed to a coupled transcription and translation reaction. Upon the addition of zeolite in the in vitro translation reaction, the life span of the mRNA molecules is substantially extended, leading to an 80% increase in protein synthesis. The effect of zeolite upon the mRNA stability appears be strongly related to the cation exchange (potassium to sodium) reaction. Our results demonstrate the possibility of modifying this biological process using heterogeneous, non-biological substances in a cell-free protein synthesis system.
We previously found that a potent gonadotropin-releasing hormone (GnRH) agonist, buserelin, decreases GnRH promoter activity together with GnRH mRNA level, providing evidence for an autoregulatory mechanism operating at the level of GnRH gene transcription in immortalized GT1-1 neuronal cells. To examine whether agonist-induced decrease in GnRH mRNA level requires the continuous presence of buserelin, we performed a pulse-chase experiment of buserelin treatment. Short-term exposure (15 min) of GT1-1 neuronal cells to buserelin ($10{\mu}M$) was able to decrease GnRH mRNA levels when determined 24 h later. When GT1-1 cells were treated with buserelin ( $10{\mu}M$) for 30 min and then incubated for 1, 3, 6, 12, 24, and 48 h after buserelin removal, a significant decrease in GnRH mRNA levels was observed after the 12 h incubation period. These data indicate that inhibitory signaling upon buserelin treatment may occur rapidly, but requires a long time (at least 12 h) to significantly decrease the GnRH mRNA level. To examine the possible involvement of de novo synthesis and/or mRNA stability in buserelin-induced decrease in GnRH gene expression, actinomycin D ($5{\mu}m/ml$), a potent RNA synthesis blocker, was co-treated with buserelin. Actinomycin D alone failed to alter basal GnRH mRNA Revel, but blocked the buserelin-induced decrease in GnRH mRNA level at 12 h of post-treatment. These data suggest that buserelin may exert its inhibitory action by altering the stability of GnRH mRNA. Moreover, a polvsomal RNA separation by sucrose gradient centrifugation demonstrated that buserelin decreased the translational efficiency of the transcribed GnRH mRNA. Taken together, these results clearly indicate that GnRH agonist buserelin acts as an inhibitory signal at multiple levels such as transcription mRNA stability, and translation.
HMG-CoA reductase is th rate-limiting enzyme of cholesterol biosynthesis. As intracellular levels of cholesterol should be regulated elaborately in response to external stimuli an internal needs, the expression of the HMG-CoA reductase gene is regulated intricately at several different levels from transcription to post-translational modification. In this study, we investigated the regulatory mechanism of HMG-CoA reductase gene expression at the post-transcriptional/pre-translational levels in a baby hamster kidney cell line, C100. when 25-hydroxycholesterol was added to cells cultured in medium containing 5% delipidized fetal bovine serum and 25$\mu$M lovastatin, the levels of HMG-CoA reductase mRNA decreased rapidly, which seemed to be due to the increased degradation of reductase mRNA. These suppressive effects of 25-hydroxycholesterol on MG-CoA reductase mRNA levels were blocked by a translation inhibitor, cycloheximide. Similarly, actinomycin D and 5,6-dichloro-1-$\beta$-D-ribofuranosylbenzimidazole, transcription inhibitors, blocked the 25-hydroxycholesterol-mediated degradation of HMG-CoA reductase mRNA. These results indicate that new protein/RNA synthesis is required for the degradation of HMG-CoA reductase mRNA. In addition, data from the transfection experiments shows that cis-acting determinants, regulating the stability of reductase mRNA, were scattered in the sequence corresponding to 1766-4313 based on the sequence of Syrian hamster HMG-CoA reductase cDNA. Our data suggests that sterol-mediated destabilization of reductase mRNA might be one of the important regulatory mechanism of HMG-CoA reductase gene expression.
The purpose of this study is to identify the effects of PPARβ/δ over-expression on PGC-1α mRNA and protein stability after single bout of swimming exercise in mice skeletal muscle. Empty vector (EV) or PPARβ/δ was over-expressed in tibialis anterior(TA) using electroporation(EPO) technique to compare with non-treatment muscle(control; Con). TA muscles were dissected at 0h, 24h or 54h after termination of exercise. PGC-1α mRNA in Con, EV and PPARβ/δ over-expressed muscles were increased 6.8 fold (p<.001), 6.2 fold(p<.001) and 7.1 fold(p<.001), respectively, than sedentary(Sed) group at 0h after exercise and then reverted to Sed group levels at 24h and 54h after termination of exercise. PGC-1α and PGC-1α ubiquitination in EV treated muscles were increased 2.2 fold and 1.74 fold, respectively, than Sed group at 24h after termination of exercise, and then reverted to Sed group levels at 54h after termination of exercise. PGC-1α in PPARβ/δ over-expressed muscles at 24h and 54h after termination of exercise were increased 2.5 fold and 2.2 fold, respectively, than Sed group, but PGC-1α ubiquitination was not increased at 24h and 54h after termination of exercise. Our results indicate that PPARβ/δ over-expression does not increase PGC-1α mRNA stability, but increase PGC-1α protein stability through post-translation mechanism after termination of exercise.
The functional stability of mRNA is one of the crucial factors affecting the efficiency of in vitro translation. As the rapid degradation of mRNA in the cell extract (S30 extract) causes early termination of the translational reactions, extending the mRNA half-life will improve the productivity of the in vitro protein synthesis. Thus, a simple PCR-based method is introduced to increase the stability of mRNA in an S30 extract. The target genes are PCR-amplified with primers designed to make the ends of the transcribed mRNA molecule anneal to each other. When compared with normal mRNA, the mRNA with the annealing sequences resulted in an approximately 2-fold increase of protein synthesis in an in vitro translation reaction. In addition, sequential transcription and translation reactions in a single tube enabled direct protein expression from the PCR-amplified genes without any separate purification of the mRNA.
The transcription factor E2F1 is active during G1 to S transition and is involved in the cell cycle and progression. A recent study reported that increased E2F1 is associated with DNA damage and tumor development in several tissues using transgenic models. Here, we show that E2F1 expression is regulated by tristetraprolin (TTP) in prostate cancer. Overexpression of TTP decreased the stability of E2F1 mRNA and the expression level of E2F1. In contrast, inhibition of TTP using siRNA increased the E2F1 expression. E2F1 mRNA contains three AREs within the 3'UTR, and TTP destabilized a luciferase mRNA that contained the E2F1 mRNA 3'UTR. Analyses of point mutants of the E2F1 mRNA 3'UTR demonstrated that ARE2 was mostly responsible for the TTP-mediated destabilization of E2F1 mRNA. RNA EMSA revealed that TTP binds directly to the E2F1 mRNA 3'UTR of ARE2. Moreover, treatment with siRNA against TTP increased the proliferation of PC3 human prostate cancer cells. Taken together, these results demonstrate that E2F1 mRNA is a physiological target of TTP and suggests that TTP controls proliferation as well as migration and invasion through the regulation of E2F1 mRNA stability.
It has been shown that CA repeats in the 3'-untranslated region (UTR) of bcl-2 mRNA contribute the constitutive decay of bcl-2 mRNA and that hnRNP L (heterogenous nuclear ribonucleoprotein L) interacts with CA repeats in the 3'-UTR of bcl-2 mRNA, both in vitro and in vivo. The aim of this study was to determine whether the alteration of hnRNP L affects the stability of bcl-2 mRNA in vivo. Human breast carcinoma MCF-7 cells were transfected with hnRNP L-specific shRNA or hnRNP L-expressing vector to decrease or increase hnRNP L levels, respectively, followed by an actinomycin D chase. An RT-PCR analysis showed that the rate of degradation of endogenous bcl-2 mRNA was not affected by the decrease or increase in the hnRNP L levels. Furthermore, during apoptosis or autophagy, in which bcl-2 expression has been reported to decrease, no difference in the degradation of bcl-2 mRNA was observed between control and hnRNP L-knock down MCF-7 Cells. On the other hand, the levels of AUF-1 and nucleolin, transacting factors for ARE in the 3'UTR of bcl-2 mRNA, were not significantly affected by the decrease in hnRNP L, suggesting that a disturbance in the quantitative balance between these transacting factors is not likely to interfere with the effect of hnRNP L. Collectively, the findings indicate that the decay of bcl-2 mRNA does not appear to be directly controlled by hnRNP L in vivo.
It has long been thought that glucocorticoid receptor (GR) functions as a DNA-binding transcription factor in response to its ligand (a glucocorticoid) and thus regulates various cellular and physiological processes. It is also known that GR can bind not only to DNA but also to mRNA; this observation points to the possible role of GR in mRNA metabolism. Recent data revealed a molecular mechanism by which binding of GR to target mRNA elicits rapid mRNA degradation. GR binds to specific RNA sequences regardless of the presence of a ligand. In the presence of a ligand, however, the mRNA-associated GR can recruit PNRC2 and UPF1, both of which are specific factors involved in nonsense-mediated mRNA decay (NMD). PNRC2 then recruits the decapping complex, consequently promoting mRNA degradation. This mode of mRNA decay is termed "GR-mediated mRNA decay" (GMD). Further research demonstrated that GMD plays a critical role in chemotaxis of immune cells by targeting CCL2 mRNA. All these observations provide molecular insights into a previously unappreciated function of GR in posttranscriptional regulation of gene expression. [BMB Reports 2015; 48(7): 367-368]
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[게시일 2004년 10월 1일]
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