Kim Jin-Sik;Yun Hong-Seok;Kim Hyun-Uk;Choi Hyung-Seok;Kim Tae-Yong;Woo Han-Min;Lee Sang-Yup
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.16
no.6
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pp.832-848
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2006
Systems biology has recently become an important research paradigm that is anticipated to decipher the metabolic, regulatory, and signaling networks of complex living organisms on the whole organism level. Thus, various research outputs are being generated, along with the development of many tools and resources for systems biology research. Accordingly, this review provides a comprehensive summary of the current resources and tools for systems biology research that will hopefully be helpful to researchers involved in this field. The resources are categorized into the following five groups: genome information and analysis, transcriptome and proteome databases, metabolic profiling and metabolic control analysis, metabolic and regulatory information, and software for computational systems biology. A summary table and some future perspectives are also provided.
Han, Ji Hee;Klochkova, Tatyana A.;Han, Jong Won;Shim, Junbo;Kim, Gwang Hoon
ALGAE
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v.30
no.4
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pp.303-312
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2015
The intimate physical interaction between food algae and sacoglossan sea slug is a pertinent system to test the theory that “you are what you eat.” Some sacoglossan mollusks ingest and maintain chloroplasts that they acquire from the algae for photosynthesis. The basis of photosynthesis maintenance in these sea slugs was often explained by extensive horizontal gene transfer (HGT) from the food algae to the animal nucleus. Two large-scale expressed sequence tags databases of the green alga Bryopsis plumosa and sea slug Placida dendritica were established using 454 pyrosequencing. Comparison of the transcriptomes showed no possible case of putative HGT, except an actin gene from P. dendritica, designated as PdActin04, which showed 98.9% identity in DNA sequence with the complementary gene from B. plumosa, BpActin03. Highly conserved homologues of this actin gene were found from related green algae, but not in other photosynthetic sea slugs. Phylogenetic analysis showed incongruence between the gene and known organismal phylogenies of the two species. Our data suggest that HGT is not the primary reason underlying the maintenance of short-term kleptoplastidy in Placida dendritica.
Escherichia coli has a PhoR-PhoB two-component regulatory system to detect and respond to the changes of environmental phosphate concentration. For the E. coli W3110 strain growing under phosphate-limiting condition, the changes of global gene expression levels were investigated by using DNA microarray analysis. The expression levels of some genes that are involved in phosphate metabolism were increased as phosphate became limited, whereas those of the genes involved in ribosomal protein or amino acid metabolism were decreased, owing to the stationary phase response. The upregulated genes could be divided into temporarily and permanently inducible genes by phosphate starvation. At the peak point showing the highest expression levels of the phoB and phoR genes under phosphate-limiting condition, the phoB- and/or phoR-dependent regulatory mechanisms were investigated in detail by comparing the gene expression levels among the wild-type and phoB and/or phoR mutant strains. Overall, the phoB mutation was epistatic over the phoR mutation. It was found that PhoBR and PhoB were responsible for the upregulation of the phosphonate or glycerol phosphate metabolism and high-affinity phosphate transport system, respectively. These results show the complex regulation by the PhoR-PhoB two-component regulatory system in E. coli.
The global spread of flaviviruses has triggered major outbreaks worldwide, significantly impacting public health, society, and economies. This has intensified research efforts to understand how flaviviruses interact with their hosts and manipulate the immune system, underscoring the need for advanced research tools. RNA-sequencing (RNA-seq) technologies have revolutionized our understanding of flavivirus infections by offering transcriptome analysis to dissect the intricate dynamics of virus-host interactions. Bulk RNA-seq provides a macroscopic overview of gene expression changes in virus-infected cells, offering insights into infection mechanisms and host responses at the molecular level. Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) provides unprecedented resolution by analyzing individual infected cells, revealing remarkable cellular heterogeneity within the host response. A particularly innovative advancement, virus-inclusive single-cell RNA sequencing (viscRNA-seq), addresses the challenges posed by non-polyadenylated flavivirus genomes, unveiling intricate details of virus-host interactions. In this review, we discuss the contributions of bulk RNA-seq, scRNA-seq, and viscRNA-seq to the field, exploring their implications in cell line experiments and studies on patients infected with various flavivirus species. Comprehensive transcriptome analyses from RNA-seq technologies are pivotal in accelerating the development of effective diagnostics and therapeutics, paving the way for innovative treatments and enhancing our preparedness for future outbreaks.
Choi, Ki-Young;Park, Duck Hwan;Seong, Eun-Soo;Lee, Sang Woo;Hang, Jin;Yi, Li Wan;Kim, Jong-Hwa;Na, Jong-Kuk
Journal of Plant Biotechnology
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v.46
no.4
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pp.274-281
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2019
Pistacia chinensis Bunge has not only been used as a medicinal plant to treat various illnesses but its young shoots and leaves have also been used as vegetables. In addition, P. chinensis is used as a rootstock for Pistacia vera (pistachio). Here, the transcriptome of P. chinensis was sequenced to enrich genetic resources and identify secondary metabolite biosynthetic pathways using Illumina RNA-seq methods. De novo assembly resulted in 18,524 unigenes with an average length of 873 bp from 19 million RNA-seq reads. A Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) annotation tool assigned KO (KEGG orthology) numbers to 6,553 (36.2%) unigenes, among which 4,061 unigenes were mapped into 391 different metabolic pathways. For terpenoid backbone and carotenoid biosynthesis pathways, 44 and 22 unigenes encode enzymes corresponding to 30 and 16 entries, respectively. Twenty-two unigenes encode proteins for 16 entries of the carotenoid biosynthesis pathway. As for the phenylpropanoid and flavonoid biosynthesis pathways, 63 and 24 unigenes were homologous to 17 and 14 entry proteins, respectively. Mining of simple sequence repeat identified 2,599 simple sequence repeats from P. chinensis unigenes. The results of the present study provide a valuable resource for in-depth studies on comparative and functional genomics to unravel the underlying mechanisms of the medicinal properties of Pistacia L.
Background: Fusarium oxysporum (F. oxysporum) is the primary pathogenic fungus that causes Panax notoginseng (P. notoginseng) root rot disease. To control the disease, safe and efficient antifungal pesticides must currently be developed. Methods: In this study, we prepared and characterized a nanoemulsion of Foeniculum vulgare essential oil (Ne-FvEO) using ultrasonic technology and evaluated its stability. Traditional Foeniculum vulgare essential oil (T-FvEO) was prepared simultaneously with 1/1000 Tween-80 and 20/1000 dimethyl sulfoxide (DMSO). The effects and inhibitory mechanism of Ne-FvEO and T-FvEO in F. oxysporum were investigated through combined transcriptome and metabolome analyses. Results: Results showed that the minimum inhibitory concentration (MIC) of Ne-FvEO decreased from 3.65 mg/mL to 0.35 mg/mL, and its bioavailability increased by 10-fold. The results of gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) showed that T-FvEO did not contain a high content of estragole compared to Foeniculum vulgare essential oil (FvEO) and Ne-FvEO. Combined metabolome and transcriptome analysis showed that both emulsions inhibited the growth and development of F. oxysporum through the synthesis of the cell wall and cell membrane, energy metabolism, and genetic information of F. oxysporum mycelium. Ne-FvEO also inhibited the expression of 2-oxoglutarate dehydrogenase and isocitrate dehydrogenase and reduced the content of 2-oxoglutarate, which inhibited the germination of spores. Conclusion: Our findings suggest that Ne-FvEO effectively inhibited the growth of F. oxysporum in P. notoginseng in vivo. The findings contribute to our comprehension of the antifungal mechanism of essential oils (EOs) and lay the groundwork for the creation of plant-derived antifungal medicines.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.537-545
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2018
In this study, transcriptome analysis was conducted to collect various information from Fagopyrum esculentum and Fagopyrum tataricum during the early germination stage. Total RNA was extracted from the seeds and at 12, 24, and 36 hrs after germination of Jeju native Fagopyrum esculentum and Fagopyrum tataricum and sequenced using the Illumina Hiseq 2000 platform. Raw data analysis was conducted using the Dynamic Trim and Lengths ORT programs in the SolexaQA package, and assembly and annotation were performed. Based on RNA-seq raw data, we obtained 16.5 Gb and 16.2 Gb of transcriptome data corresponding to about 84.2% and 81.5% of raw data, respectively. De novo assembly and annotation revealed 43,494 representative transcripts corresponding to 47.5Mb. Among them, 23,165 sequences were shown to have similar sequences with annotation DB. Moreover, Gene Ontology (GO) analysis of buckwheat representative transcripts confirmed that the gene is involved in metabolic processes (49.49%) of biological processes, as well as cell function (46.12%) in metabolic process, and catalytic activity (80.43%) in molecular function In the case of gibberellin receptor GID1C, which is related to germination of seeds, the expression levels increased with time after germination in both F. esculentum and F. tataricum. The expression levels of gibberellin 20-oxidase 1 were increased within 12 hrs of gemination in F. esculentum but continuously until 36 hrs in F. tataricum. This buckwheat transcriptome profile analysis of the early germination stage will help to identify the mechanism causing functional and morphological differences between species.
We conducted a comprehensive series of molecular biological studies aimed at unraveling the intricate mechanisms underlying the anti-fibrotic effects of triamcinolone acetonide (TA) when used in conjunction with fully covered self-expandable metal stents (FCSEMS) for the management of benign biliary strictures (BBS). To decipher the molecular mechanisms responsible for the anti-fibrotic effects of corticosteroids on gallbladder mucosa, we conducted a comprehensive analysis. This analysis included various methodologies such as immunohisto-chemistry, ELISA, real-time PCR, and transcriptome analysis, enabling us to examine alterations in factors related to fibrosis and inflammation at both the protein and RNA levels. Overall, our findings revealed a dose-dependent decrease in fibrosis-related signaling with higher TA concentrations. The 15 mg of steroid treatment (1X) exhibited anti-fibrosis and anti-inflammatory effects after 4 weeks, whereas the 30 mg of steroid treatment (2X) rapidly reduced fibrosis and inflammation within 2 weeks in BBS. Transcriptomic analysis results consistently demonstrated significant downregulation of fibrosis- and inflammation-related pathways and genes in steroid-treated fibroblasts. Use of corticosteroids, specifically TA, together with FCSEMS was effective for the treatment of BBS, ameliorating fibrosis and inflammation. Our molecular biological analysis supports the potential development of steroid-eluted FCSEMS as a therapeutic option for BBS in humans resulting from various surgical procedures.
Hong Ju Lee;Hwa Kyoung Shin;Ji-Hwan Kim;Byung Tae Choi
Journal of Pharmacopuncture
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v.27
no.2
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pp.162-171
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2024
Objectives: Electroacupuncture (EA) has been demonstrated to aid stroke recovery. However, few investigations have focused on identifying the potent molecular targets of EA by comparing EA stimulation between naïve and disease models. Therefore, this study was undertaken to identify the potent molecular therapeutic mechanisms underlying EA stimulation in ischemic stroke through a comparison of mRNA sequencing data obtained from EA-treated naïve control and ischemic stroke mouse models. Methods: Using both naïve control and middle cerebral artery occlusion (MCAO) mouse models, EA stimulation was administered at two acupoints, Baihui (GV20) and Dazhui (GV14), at a frequency of 2 Hz. Comprehensive assessments were conducted, including behavioral evaluations, RNA sequencing to identify differentially expressed genes (DEGs), functional enrichment analysis, protein-protein interaction (PPI) network analysis, and quantitative real-time PCR. Results: EA stimulation ameliorated the ischemic insult-induced motor dysfunction in mice with ischemic stroke. Comparative analysis between control vs. MCAO, control vs. control + EA, and MCAO vs. MCAO + EA revealed 4,407, 101, and 82 DEGs, respectively. Of these, 30, 7, and 1 were common across the respective groups. Gene Ontology (GO) and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pathway analyses revealed upregulated DEGs associated with the regulation of inflammatory immune response in the MCAO vs. MCAO + EA comparison. Conversely, downregulated DEGs in the control vs. control + EA comparison were linked to neuronal development. PPI analysis revealed major clustering related to the regulation of cytokines, such as Cxcl9, Pcp2, Ccl11, and Cxcl13, in the common DEGs of MCAO vs. MCAO + EA, with Esp8l1 identified as the only common downregulated DEG in both EA-treated naïve and ischemic models. Conclusion: These findings underscore the diverse potent mechanisms of EA stimulation between naïve and ischemic stroke mice, albeit with few overlaps. However, the potent mechanisms underlying EA treatment in ischemic stroke models were associated with the regulation of inflammatory processes involving cytokines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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