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.
The well-characterized gram-positive bacterium Bacillus subtilis is an outstanding industrial candidate for protein expression owing to its single membrane and high capacity of secretion, simplifying the downstream processing of secretory proteins. During the last few years, there has been continuous progress in the illustration of secretion mechanisms and application of this robust host in various fields of life science, such as enzyme production, feed additives, and food and pharmaceutical industries. Here, we review the developments of Bacillus subtilis as a highly promising expression system illuminating strong chemical- and temperatureinducible and other types of promoters, strategies for ribosome-binding-site utilization, and the novel approach of signal peptide selection. Furthermore, we outline the main steps of the Sec pathway and the relevant elements as well as their interactions. In addition, we introduce the latest discoveries of Tat-related complex structures and functions and the countless applications of this full-folded protein secretion pathway. This review also lists some of the current understandings of ATP-binding cassette transporters. According to the extensive knowledge on the genetic modification strategies and molecular biology of Bacillus subtilis, we propose some suggestions and strategies for improving the yield of intended productions. We expect this to promote striking future developments in the optimization and application of this bacterium.
Avermectin and its analogs are major commercial antiparasitic agents in the fields of animal health, agriculture, and human infections. Previously, comparative transcriptome analysis between the low-producer S. avermitilis ATCC31267 and the high-producer S. avermitilis ATCC31780 using a S. avermitilis whole genome chip revealed that 50 genes were overexpressed at least two-fold higher in S. avermitilis ATCC31780. To verify the biological significance of some of the transcriptomics-guided targets, five putative regulatory genes were individually cloned under the strong-and-constitutive promoter of the Streptomyces expression vector pSE34, followed by the transformation into the low-producer S. avermitilis ATCC31267. Among the putative genes tested, three regulatory genes including SAV213, SAV3818, and SAV4023 exhibited stimulatory effects on avermectin production in S. avermitilis ATCC31267. Moreover, overexpression of SAV3818 also stimulated actinorhodin production in both S. coelicolor M145 and S. lividans TK21, implying that the SAV3818, a putative TetR-family transcriptional regulator, could be a global upregulator acting in antibiotic production in Streptomyces species.
Proline accumulation has been shown to correlate with tolerance to drought and salt stresses in plants. We attempt to introduce the wild-type, mutant, and fusion proBA genes derived from Bacillus subtilis into Arabidopsis thaliana under the control of a strong promoter cauliflower mosaic virus 35S (CaMV35S). The transgenic plants produced higher level of free proline than control and the overproduction of proline resulted in the increased tolerance to osmotic stress in transgenic plants. Besides, the mutation in proBA genes, which were proved to lead $\alpha$-glutamyl kinase ($\alpha$-GK) reduces sensitivity to the end-product inhibition and the fusion of proB and proA also result in increasing proline production and confer osmotolerance in transgenic lines.
Vu, Nguyen Thanh;Cho, Young Sun;Lee, Sang Yoon;Kim, Dong Soo;Nam, Yoon Kwon
Fisheries and Aquatic Sciences
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제17권4호
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pp.479-486
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2014
To evaluate their potential utility as an ornamental organism, novel transgenic marine medaka Oryzias dancena strains with a highly vivid fluorescent phenotype were established through transgenesis of a cyan fluorescent protein gene (cfp) driven by the endogenous fast skeletal myosin light chain 2 gene (mlc2f) promoter. The transgenic marine medaka strains possessed multiple copies of transgene integrants and passed their fluorescent transgenes successfully to subsequent generations. Transgenic expression in skeletal muscles at both the mRNA and phenotypic levels was, overall, dependent upon transgene copy numbers. In the external phenotype, an authentic fluorescent color was dominant in the skeletal muscles of the transgenic fish and clearly visible to the unaided eye. The phenotypic fluorescent color presented differentially in response to different light-irradiation sources; the transgenics displayed a yellow-green color under normal daylight or white room light conditions, a strong green-glowing fluorescence under ultraviolet light, and a cyan-like fluorescence under blue light from a light-emitting diode.
Park Nam-Sil;Park Hyun-Joo;Han Kyu-Boem;Kim Eung-Soo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권2호
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pp.295-298
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2006
Actinomycetes are ubiquitous Gram-positive soil bacteria and a group of the most important industrial microorganisms for the biosynthesis of many valuable secondary metabolites as well as the source of various bioconversion enzymes. Cytochrome P450 hydroxylase (CYP), a hemebinding protein, is known to be involved in the modification of various natural compounds, including polyketides, fatty acids, steroids, and some aromatic compounds. Previously, six different novel CYP genes were isolated from a rare actinomycetes called Sebekia benihana, and they were completely sequenced, revealing significant amino acid similarities to previously known CYP genes involved in Streptomyces secondary metabolism. In the present study, these six CYP genes were functionally expressed in Streptomyces lividans, using an $ermE^{*}$ promoter-containing Streptomyces expression vector. Among six CYP genes, two S. benihana CYP genes (CYP503 and CYP504) showed strong hydroxylation activities toward 7-ethoxycoumarin. Furthermore, the recombinant S. lividans containing both the S. benihana CYP506-ferredoxin genes as well as the S. coelicolor feredoxin reductase gene also demonstrated cyclosporin A hydroxylation activity, suggesting potential application of actinomycetes CYPs for the biocatalysts of natural product bioconversion.
The ethionine resisconferring gene (ERCI) was constitutively expressed under the control of the alcohol dehydrogenase gene promoter (ADClp) and introduced into the chromosomes of an industrial polyploid strain of Saccharocerevisiae by using the 8-sequences of the Tyl retrotransposon as the recombination site. 8-Integrative cassette devoid of bacterial DNA sequences containing the ampicillin resistance gene was constructed that had the aureobasidin A resistance gene (AURl-C) as the selection marker and ERCl gene. The ERCl gene was also employed as the selection marker in the 8-integrative cassette lacking the A URl-C gene. Industrial Saccerevisiae transformed with these integrative cassettes exhibited strong resistance to DL-ethioncompared with nontransformants.
Cancer metastasis is a major determinant of cancer patient mortality. Mounting evidence favors a strong positive role for $TGF-{\beta}$ in human cancer progression. The complex pattern on cross-talk of $TGF-{\beta}$ and the related other signaling pathways is an important area of investigation that will ultimately contribute to understanding of the bifunctional role of $TGF-{\beta}$ in cancer progression. This review summarizes some of the current understanding of $TGF-{\beta}$ signaling with a major focus in its contribution to the tumor cell invasion and metastasis. Five issues are addressed in this review: (1) $TGF-{\beta}$ signaling, (2) $TGF-{\beta}$ and EMT, (3) $TGF-{\beta}$ and MMP, (4) $TGF-{\beta}$ and Ras, and (5) Role of $TGF-{\beta}$ in invasion and metastasis. Due to the bifunctional cellular effects of $TGF-{\beta}$, as a tumor promoter and a tumor suppressor, more precisely defined $TGF-{\beta}$ signaling pathways need to be elucidated. According to the current literature, $TGF-{\beta}$ is clearly a major factor stimulating tumor progression through a complex spectrum of the interplay and cross-talk between various signaling molecules. Understanding the role of $TGF-{\beta}$ in invasion and metastasis will provide valuable information on establishing strategies to manipulate $TGF-{\beta}$ signaling which should be a high priority for the development of anti-metastatic therapeutics.
Burkholderia pyrrocinia CH-67 is a biocontrol bacterium with strong antifungal activity against several plant pathogenic fungi. Transposon mutagenesis was performed to identify the genes responsible for the antifungal activity of B. pyrrocinia CH-67. Of the 2,500 mutants tested using the Fulvia fulva spore screening method, a mutant deficient in antifungal activity, M208, was selected. DNA sequence analysis of the transposon-inserted region revealed that a gene encoding an adenylate kinase-related kinase was disrupted in M208. Antifungal activity was restored in M208 when a full-length adenylate kinase gene with its promoter was introduced in trans. The deduced amino acid sequence of adenylate kinase from CH-67 was 80% identical to that of B. cenocepacia MCO-3. Adenosine diphosphate supplementation or high levels of adenosine triphosphate and adenosine monophosphate together restored antifungal activity in M208, suggesting that adenylate kinase of B. pyrrocinia CH-67 is involved in antifungal activity expression.
FtsH is a membrane-bound, ATP-dependent metalloprotease that is involved in a variety of cellular functions including the regulation of responses to heat and stress shock. Previously, we had cloned and sequenced pneumococcal ftsH gene whose deduced amino acid sequence was very similar to those of several gram-positive bacteria and Escherichia coli, except for the N-terminal domain that was responsible for membrane anchoring. In order to better understand the role of Streptococcus pneumoniae FtsH, we expressed pneumococcal ftsH gene in Escherichia coli. When it was expressed from a strong promoter, $P_{tac}$, a considerable amount of the recombinant FtsH was produced, although the prolonged induction resulted in not only accumulation of breakdown products but also ceasing of the further growth of E. coli host. This indicated that the expression of the exogenous ftsH gene was tightly regulated since the excessive FtsH appeared detrimental to bacterial cells. In Western blotting, the pneumococcal FtsH protein, whether native or recombinant, was reactive to anti-E. coli FtsH serum. The observation that FtsH proteins were well conserved throughout the bacterial kingdom and its expression level was fine-tuned suggests an important role for this protein in the stress adaptation which may be related to infecting process by pneumococci.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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