Podcasts about coexpression

Link to bioRxiv paper: http://biorxiv.org/cgi/content/short/2020.11.10.375758v1?rss=1 Authors: Crow, M., Suresh, H., Lee, J., Gillis, J. Abstract: What makes a mouse a mouse, and not a hamster? The answer lies in the genome, and more specifically, in differences in gene regulation between the two organisms: where and when each gene is expressed. To quantify differences, a typical study will either compare functional genomics data from homologous tissues, limiting the approach to closely related species; or compare gene repertoires, limiting the resolution of the analysis to gross correlations between phenotypes and gene family size. As an alternative, gene coexpression networks provide a basis for studying the evolution of gene regulation without these constraints. By incorporating data from hundreds of independent experiments, meta-analytic coexpression networks reflect the convergent output of species-specific transcriptional regulation. In this work, we develop a measure of regulatory evolution based on gene coexpression. Comparing data from 14 species, we quantify the conservation of coexpression patterns 1) as a function of evolutionary time, 2) across orthology prediction algorithms, and 3) with reference to cell- and tissue-specificity. Strikingly, we uncover deeply conserved patterns of gradient-like expression across cell types from both the animal and plant kingdoms. These results suggest that ancient genes contribute to transcriptional cell identity through mechanisms that are independent of duplication and divergence. Copy rights belong to original authors. Visit the link for more info

Ferdinando Di Cunto, Department of Genetics, Biology and Biochemistry, University of Turin, Turin, ITALY

Background: Alterations in brain-derived neurotrophic factor (BDNF) gene expression contribute to serious pathologies such as depression, epilepsy, cancer, Alzheimer's, Huntington and Parkinson's disease. Therefore, exploring the mechanisms of BDNF regulation represents a great clinical importance. Studying BDNF expression remains difficult due to its multiple neural activity-dependent and tissue-specific promoters. Thus, microarray data could provide insight into the regulation of this complex gene. Conventional microarray co-expression analysis is usually carried out by merging the datasets or by confirming the re-occurrence of significant correlations across datasets. However, co-expression patterns can be different under various conditions that are represented by subsets in a dataset. Therefore, assessing co-expression by measuring correlation coefficient across merged samples of a dataset or by merging datasets might not capture all correlation patterns. Results: In our study, we performed meta-coexpression analysis of publicly available microarray data using BDNF as a "guide-gene" introducing a "subset" approach. The key steps of the analysis included: dividing datasets into subsets with biologically meaningful sample content (e. g. tissue, gender or disease state subsets); analyzing co-expression with the BDNF gene in each subset separately; and confirming co-expression links across subsets. Finally, we analyzed conservation in co-expression with BDNF between human, mouse and rat, and sought for conserved over-represented TFBSs in BDNF and BDNF-correlated genes. Correlated genes discovered in this study regulate nervous system development, and are associated with various types of cancer and neurological disorders. Also, several transcription factor identified here have been reported to regulate BDNF expression in vitro and in vivo. Conclusion: The study demonstrates the potential of the "subset" approach in co-expression conservation analysis for studying the regulation of single genes and proposes novel regulators of BDNF gene expression.

Proliferation erfordert die Koordination des Zellwachstums mit der Zellzyklusmaschinerie. Daten aus der Hefe belegen eine Funktion des Komplexes aus Nop7p, Ytm1p und Erb1p in der Ribosomenbiogenese, dem energieaufwendigsten Prozeß des Wachstums, und der Replikation. Die Beteiligung an diesen Schlüsselprozessen des Zellzyklus läßt die Vermutung zu, daß dieser Komplex eine Funktion bei der Koordination von Wachstum und Zellzyklusprogression innehat. In Säugern existiert ein trimerer Komplex, der sogenannte PeBoW-Komplex, der sich aus Pes1, WDR12 und Bop1 zusammensetzt, die einen hohen Grad an Homologie mit Nop7p, Ytm1p und Erb1p aufweisen. Der PeBoW-Komplex ist in Säugern an der Ribosomenbiogenese beteiligt, spielt eine Rolle in der Mitose, und dominant-negative Mutanten seiner Komponenten inhibieren die Zellzyklusprogression. Die Koordinatorfunktion des Komplexes scheint von der Hefe bis zum Menschen konserviert zu sein. In dieser Arbeit wurden Deletionsmutanten von Pes1 generiert und auf ihren Effekt auf die Zellzyklusprogression und die pre-rRNS Prozessierung hin untersucht. Die Expression zweier dieser Mutanten, Pes1 M1 mit einer N-terminalen und Pes1 M5 mit einer C-terminalen Deletion, induzierte einen reversiblen Zellzyklusarrest in der G1-Phase. Beide Mutanten zeigten zudem einen dominant-negativen Effekt auf die Prozessierung der 36S und 32S pre-rRNS. Mutante M5 blockierte zusätzlich die Reifung des 12S Vorläufers. Sowohl Mutante M1 als auch Mutante M5 induzierten eine p53-Akkumulation in proliferierenden, nicht jedoch in serumgehungerten Zellen, was eine Abhängigkeit der p53-Antwort von einer aktiven Ribosomenbiogenese nahelegt. Die p53-Antwort zog eine Akkumulation des Cdk-Inhibitors p21 nach sich, und die Coexpression des E6-Proteins schwächte den von M1 und M5 hervorgerufenen Zellzyklusarrest merklich ab. Die p53 Antwort konnte damit als Ursache des Zellzyklusarrests ausgemacht werden. Über native Gelelektrophorese und Immunpräzipitationen der Pes1-Mutanten konnten die BRCT-Domäne und ein Teil der NPLP-Domäne als essentielle Domänen für die Inkorporation von Pes1 in den PeBoW-Komplex bestimmt definiert werden. Die erhobenen Daten legen Inkorporation in den PeBoW-Komplex als Voraussetzung für die nukleoläre Lokalisation, wie auch für die Ausbildung eines dominant-negativen Phänotyps der Pes1-Mutanten nahe.

Leukämische Blasten bei AML können ex vivo in DC umgewandelt werden, wodurch Anti-gen-präsentierende Zellen entstehen, welche leukämische Antigene präsentieren. Im kleineren Rahmen sollten zunächst Daten zu methodischen Vorversuchen ausgewertet werden, um bei AML und MDS unter serumfreien Bedingungen DC zu generieren. Diese me-thodischen Vorversuche an 50 AML-, 24 MDS-Patienten und 23 gesunden Probanden erga-ben, dass adhärente Zellfraktionen die DC-Ausbeute im Vergleich zu totalen MNC-Fraktionen nicht verbessern, dass bei MACS-depletierten `MNC(-)`- und aufgetauten MNC-Fraktionen niedrigere DC-Zahlen erreicht werden, und dass die DC-Ernte bei AML- und MDS-Patienten nach 10-14tägiger Kulturzeit, bei gesunden Probanden jedoch nach 7tägiger Kulturzeit höher ist. Außerdem zeigte sich, dass die Zugabe von FL die DC-Ernte erhöht, der Einsatz von autologem Plasma dagegen in vielen Fällen einen inhibitorischen Effekt auf die DC-Generierung hat. Die Kulturmedien CellGro und Xvivo erzielten vergleichbare DC-Ausbeuten. Nach Ermittlung der optimalen Zellfraktion, Kulturdauer und –zusätze, wurden serumfreie DC von 100 AML-, 55 MDS- und 38 gesunden Proben in einem 10-14-tägigem serumfreien Xvivo-Kultursystem mit GM-CSF, IL-4, FL und TNFα angezüchtet und charak-terisiert. Bei der DC-Generierung unter standardisierten Bedingungen betrug die Ausbeute der MNC-Fraktionen durchschnittlich 20% bei MDS, 34% bei AML und 25% bei gesunden Probanden. Zwischen 53-58% der DC waren reife CD83+DC. Die DC-Ernten waren in den monozytären FAB-Klassen (AML-M4/5, MDS-CMML) am höchsten, dagegen unabhängig von den zyto-genetischen Risikogruppen. Das Oberflächenmarkerprofil der DC von den AML- und MDS-Proben (einschließlich 1 MDS- und 3 AML-Zelllinien) war mit dem der gesunden DC ver-gleichbar. In parallelen Kulturansätzen konnte außerdem gezeigt werden, dass in einem `MCM-Mimic`-Medium mit PGE2 der Anteil reifer, CCR7+DC besonders hoch war. Der leu-kämische Ursprung der AML- und MDS-DC wurde bei 5 AML- und 4 MDS-Fällen mittels FISH durch die Persistenz klonaler, zytogenetischer Aberrationen in den DC oder in übrigen Fällen durch die Coexpression leukämischer Antigene auf den DC bewiesen. Durch eine kombinierte FISH/Immunophänotyp-Analyse (FISH-IPA) konnte zudem nachgewiesen wer-den, dass obige klonale, numerische Aberrationen konstant in Kombination mit DC-Markern detektierbar, jedoch nicht alle klonalen Zellen zu leukämischen DC umwandelbar waren (durchschnittlich 53% der AML- und MDS-Blasten). Umgekehrt trugen auch nicht alle gene-rierten DC die klonale Aberration (im Durchschnitt 51% der DC). In 41 AML-Fällen mit ei-ner Leukämie-spezifischen bzw. aberranten Antigenexpression oder in AML-Fällen mit ei-nem CD33+ Blastenphänotyp und gleichzeitig

In dieser Arbeit sollte mittels eines in vitro-Systems die Wirkung des Yersinia-Effektorproteins YopT, einer Cysteinprotease, auf zelluläre Signalwege untersucht werden. Hierzu wurde rekombinant exprimiertes YopT, welches dieselbe biologische Aktivität aufwies wie Yersinia-transloziertes YopT, über die Coexpression mit seinem spezifischen Chaperon SycT in löslicher Form gereinigt. Mittels Interaktionsstudien wurde die Wirkung von YopT auf die RhoGTPasen RhoA, Rac1 und Cdc42 analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass RhoGTPasen, die im Komplex mit ihren zytosolischen Inhibitor RhoGDI vorliegen, als Target für YopT dienen. Dabei wird RhoA von YopT gebunden, proteolytisch modifiziert und anschließend entlassen. Als Folge der Modifikation wird der Komplex zwischen RhoA und RhoGDI getrennt. Rac1 und Cdc42 interagieren ebenfalls mit YopT. Es konnte jedoch keine Modifikation beider GTPasen durch YopT dargestellt werden. Stattdessen binden Cdc42 und Rac1 nach der Wechselwirkung mit YopT in erhöhtem Maße an RhoGDI. Zusätzlich werden die biochemischen Eigenschaften von RhoGDI durch die Wirkung von YopT verändert. RhoA wird durch den Einfluss der Cysteinprotease YopT inaktiviert und kann nicht mehr mit nachgeschalteten Effektoren interagieren. Rac1 und Cdc42 dagegen binden nach Interaktion mit YopT weiterhin in ihrem aktivierten Zustand an ihre Effektoren. Neben YopT ist ein weiteres Yersinia-Effektorprotein bekannt, das mit den RhoGTPasen RhoA und Rac1 interagiert: die Serin/Threonin-Kinase YopO. Hier konnte die Bindung beider GTPasen an YopO unabhängig von der Anwesenheit des Prenylrestes am CTerminus der GTPasen dargestellt werden. Auch als Komplex mit RhoGDI interagierten Rac1 und RhoA mit der Kinase YopO. Zusätzlich konnte gezeigt werden, dass durch die Translokation von YopO im Gegensatz zur Translokation von YopTC139S die drei GTPasen RhoA, Rac1 und Cdc42 zumindest vorübergehend aktiviert werden. In dieser Arbeit konnte außerdem die Kristallstruktur des Chaperons SycT aufgelöst werden. SycT bildet ein Dimer und weist im allgemeinen Ähnlichkeiten zur Struktur anderer Chaperone des Typ III Sekretions- und Translokationsapparates (TTSS) auf. Jedoch unterscheidet sich der Dimerisierungsbereich von SycT strukturell von dem der anderen TTSS-Chaperone. Außerdem konnte gezeigt werden, dass weniger SycT an das biologisch inaktive YopTC139S bindet, was auf eine Interaktion des Chaperons mit dem katalytischen Zentrum der Cysteinprotease YopT hinweist.

The ETV6 gene is involved in many chromosomal translocations forming different fusion genes in both myeloid and lymphoid leukemias as well as in some solid tumors. ETV6 is a member of the ets family of transcription factors and has been shown to be a transcriptional repressor. There is also evidence that ETV6 is a tumor suppressor gene in certain leukemias. ETV6 interacts with TIP60β and PIN1. TIP60 (HIV-1 Tat interacting protein, 60 kDa), a member of the MYST family of histone acetyltransferases, is a transcriptional co-activator or co-repressor depending on the interacting transcription factor. PIN1, an important peptidyl-prolyl cis/trans isomerase, is the only known enzyme to specifically isomerize phosphorylated serine or threonine - proline bonds. This isomerization reaction changes the conformation of the protein substrate and is a central signaling mechanism controlling normal cell proliferation and malignant transformation. In this work the interactions between ETV6 and TIP60β and between ETV6 and PIN1 were analyzed in detail. Using the yeast two hybrid system the TIP60β interacting domain of ETV6 was mapped to the C terminal half of the central domain of ETV6. The interaction between full length ETV6 and TIP60β was shown to be dependent on an intact acetyltransferase activity (HAT) of TIP60β. Interestingly, the HAT deficient TIP60β mutant is still able to interact with the C terminal half of the ETV6 central domain. These results imply a complicated mechanism of ETV6-TIP60β interaction which might involve acetylation of ETV6 by TIP60β and a subsequent conformational change of ETV6. In transient co-transfection experiments using fluorescently tagged proteins ETV6 and TIP60β were co-localized in the nucleus. Reporter gene assays demonstrated that TIP60β is a corepressor of ETV6. This co-repressor activity of TIP60β was especially noticable when a reporter plasmid based on the ETV6-responsive stromelysin-1 promoter was used. TIP60β corepressor activity was dependent on an intact TIP60 acetyl- transferase domain. TIP60β did not exhibit corepessor activity for a serine to alanine mutant at position 257 of ETV6. This result could be caused by a lack of interaction between ETV6(S257A) and TIP60β which might be due to a requirement for a phosphorylation / isomerization dependent conformational change of ETV6 in this region for TIP60β interaction. The expression of GFP-ETV6 had no discernible effect on the proportion of cells in the different phases of the cell cycle as compared to the expression of GFP or YFP. The expression of a TIP60β-YFP construct led to a marked reduction of the proportion of cells in the S/G2/M phase of the cell cycle. Coexpression of both GFP-ETV6 and TIP60β-YFP restored the normal distribution of cycling cells. Similar studies were performed to analyze the interaction between ETV6 and PIN1. The PIN1 interaction domain of ETV6 was mapped to the pointed domain and to the C-terminal half of the central region of ETV6 in the yeast two hybrid system. In both regions, PIN1 consensus binding sites containing a serine/threoine – proline sequence are present. It could be shown that both the WW domain and the PPIase domain of PIN1 participate in the interaction. Co-localization of ETV6 and PIN1 was seen in the nucleus of transiently transfected cells. On a functional level, co-expression of PIN1 with ETV6 markedly reduced the repressor activity of ETV6 when ETV6 was fused to a heterologous DNA binding domain (GAL4DBD). When the stromelysin-1 promoter based reporter gene system was used, co-expression of PIN1 not only relieved ETV6 mediated repression but actually turned ETV6 from a transcriptional repressor to a transcriptional activator. A serine to alanine mutant at position 106 of ETV6 was completely unresponsive to PIN1 coexpression which indicates that S106 of ETV6 is the main site of PIN1 interaction. These findings show that ETV6 activity can be regulated in very decisive ways by interaction with PIN1. It could be that this regulation of ETV6 through PIN1 is a result of ETV6 peptidyl-prolyl cis-trans isomerization and hence a conformational change of ETV6. Expression of YFP-PIN1 led to a slight increase in the proportion of cells in the S/G2/M phase. Like for TIP60β, coexpression of GFP-ETV6 led to a restoration of the distribution of cycling cells.

In der vorliegenden Arbeit wurden die beiden Histon-Methyltransferasen Su(var)3-9 und E(Z) aus Drosophila melanogaster charakterisiert. Die Histonmethylierung als Modifikation war schon länger bekannt gewesen, bis zum Jahr 2000 war jedoch vor allem die Acetylierung etwas genauer untersucht worden. Su(var)3-9 war die einzige bekannte Histon-Lysin-Methyltransferase, als diese Arbeit begonnen wurde. Zur Charakterisierung wurde das myc-getagte Enzym aus Drosophila-Kernextrakt durch Affinitätschromatographie aufgereinigt und zunächst die Substratspezifität festgestellt. Wie das humane Enzym Suv39H1 methyliert es ebenfalls spezifisch H3-K9 (Lysin 9 im Histon H3). Das aus den Kernextrakten aufgereinigte Enzym besitzt aber auch die Fähigkeit, ein an H3-K9 präacetyliertes Substrat zu methylieren. Die Vermutung, dass Su(var)3-9 mit einer Histondeacetylase assoziiert ist, konnte durch Verwendung von TSA als HDAC-Inhibitor bestätigt werden. Es stellte sich heraus, dass HDAC1 (Rpd3) mit Su(var)3-9 assoziiert ist. Um das Enzym besser untersuchen zu können, wurde es als Volllängenprotein und als Deletionsmutante in E. coli exprimiert. Die Aufreinigung des rekombinanten Enzyms sowie seine Lagerbedingungen wurden optimiert. Das Volllängenprotein Su(var)3-9 liegt – wie durch Gelfiltration festgestellt - als Dimer vor, die Interaktion mit sich selbst ist über den N-Terminus vermittelt. Su(var)3-9 bindet an sein eigenes, bereits methyliertes Substrat. Dies wurde an Peptiden untersucht, die den ersten 20 Aminosäuren des Histons H3 entsprechen, und entweder an Lysin 9 dimethyliert oder unmodifiziert waren. Die Interaktion mit dem methylierten Substrat ist auf die Chromodomäne von Su(var)3-9 zurückzuführen, ist jedoch schwächer als die Wechselwirkung von HP1 mit methyliertem H3-K9. Des weiteren wurde eine Drosophila-Zelllinie stabil mit Su(var)3-9 transfiziert. Das überexprimierte Protein ist jedoch nur schwach aktiv. Die Tatsachen, dass Su(var)3-9 mit HDAC1 interagiert sowie mit seinem eigenen Substrat assoziiert, ermöglichen die Aufstellung von Hypothesen über die bis jetzt kaum erhellte Ausbreitung von Heterochromatin in euchromatische Bereiche. Durch die Wechselwirkung mit der Deacetylase könnte Su(var)3-9 auch in aktiv transkribierte Bereiche vordringen und diese methylieren. Die Acetylierung, Zeichen für aktive Transkription, würde durch die Methylierung ersetzt werden. Die Interaktion mit seinem umgesetzten Substrat könnte verhindern, dass das Enzym sich nach der Reaktion entfernt, vielmehr könnte Su(var)3-9 entlang eines DNA-Stranges sukzessive alle Nukleosomen methylieren. Die darauffolgende Bindung von HP1 an methyliertes H3-K9 könnte den heterochromatischen Charakter des Chromatins verstärken und für längere Zeit festlegen. Aus Drosophila-Kernextrakten gelang es weiterhin, den E(Z)/ESC-Komplex über Säulenchromatographie aufzureinigen. Dieser enthält neben E(Z), ESC, p55 und Rpd3 auch Su(z)12. E(Z), ESC und Su(z)12 gehören der Polycomb-Gruppe an. Deren Funktion ist die dauerhafte Repression der homöotischen Gene. Sie spielen daher eine wichtige Rolle im „Zellgedächtnis“ während der frühen Entwicklung von Drosophila. Es konnte gezeigt werden, dass der E(Z)/ESC-Komplex Lysin 9 sowie Lysin 27 im Histon H3 methyliert. Außerdem wurde in vitro ein Teilkomplex aus rekombinantem E(Z), p55 und ESC rekonstituiert, der das Histon H3 methylieren kann. Ein Teilkomplex, der E(Z) mit mutierter SET-Domäne enthält, ist nicht in der Lage, H3 zu methylieren. Die Vorhersage, dass E(Z) aufgrund seiner SET-Domäne eine Methyltransferase sein müsse, konnte durch vorliegende Untersuchungen bestätigt werden. Polycomb ist ein weiteres Protein aus der Polycomb-Gruppe. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass dieses Protein spezifisch an das Histon H3 bindet, das an K27 trimethyliert ist. Polycomb besitzt wie HP1 eine Chromodomäne. Aus den vorliegenden Daten kann folgendes Modell aufgestellt werden: Nach der Methylierung von H3-K9 sowie H3-K27 durch den E(Z)/ESC-Komplex in homöotischen Genen, die schon abgeschaltet sind und weiterhin reprimiert werden müssen, bindet Polycomb an dieses Methylierungsmuster. Polycomb befindet sich in einem großen Komplex mit weiteren Polycomb-Gruppen-Proteinen. Die Bindung dieses Komplexes an Chromatin könnte ein denkbarer Mechanismus sein, wie die dauerhafte Repression der homöotischen Gene vermittelt wird. Um den E(Z)/ESC-Komplex genauer untersuchen zu können, wurden Viren für das Baculosystem hergestellt, so dass eine Einzel- oder auch Coexpression der Proteine möglich ist. Die Aktivität von E(Z), das im Baculosystem exprimiert wurde, ist nicht besonders hoch. Es bindet unter den in dieser Arbeit verwendeten Bedingungen weder an DNA, noch an Histone noch an H3-Peptide, die methyliert sind. Innerhalb des E(Z)/ESC-Komplexes bindet E(Z) an p55, Rpd3, ESC sowie Su(z)12. Su(z)12 interagiert mit p55, Rpd3 und E(Z). Die weiteren Interaktionen werden am besten durch eine bildliche Darstellung (siehe Abb. 86) vermittelt. In einem Luciferase-Assay wurde eine repressive Wirkung von E(Z) festgestellt. Dieses Experiment bedarf allerdings eines aktivierten Systems. Ferner muss durch Mutationsanalysen sichergestellt werden, dass die repressive Wirkung auf die Methyltransferase-Aktivität von E(Z) zurückzuführen ist. Kürzlich wurde entdeckt, dass E(Z) sowie Su(z)12 in verschiedenen Tumoren überexprimiert sind. Noch ist weder deren Funktion in den Tumorzellen klar, noch weiss man, ob die Überexpression der Grund oder eine Folge der Tumorbildung ist, noch kennt man alle Zielgene, die durch eine Überexpression von E(Z) und Su(z)12 beeinflusst werden. In nächster Zeit sind hier Einsichten in die Wirkungsweise von E(Z), Su(z)12 und anderen Polycomb-Gruppen-Proteinen zu erwarten.

Complementary DNAs encoding three novel and distinct beta subunits (CaB2a, CaB2b and CaB3) of the high voltage activated (L-type) calcium channel have been isolated from rabbit heart. Their deduced amino acid sequence is homologous to the beta subunit originally cloned from skeletal muscle (CaB1). CaB2a and CaB2b are splicing products of a common primary transcript (CaB2). Northern analysis and specific amplification of CaB2 and CaB3 specific cDNAs by polymerase chain reactions showed that CaB2 is predominantly expressed in heart, aorta and brain, whereas CaB3 is most abundant in brain but also present in aorta, trachea, lung, heart and skeletal muscle. A partial DNA sequence complementary to a third variant of the CaB2 gene, subtype CaB2c, has also been cloned from rabbit brain. Coexpression of CaB2a, CaB2b and CaB3 with alpha 1heart enhances not only the expression in the oocyte of the channel directed by the cardiac alpha 1 subunit alone, but also effects its macroscopic characteristics such as drug sensitivity and kinetics. These results together with the known alpha 1 subunit heterogeneity, suggest that different types of calcium currents may depend on channel subunit composition.