Involvements of the Plant 3'-5' Exonuclease ERL1 in Chloroplast Ribosomal RNA Biogenesis and RNA Silencing Pathways

ERI-1 und ihm homologe Proteine sind 3‘-5‘ Exoribonukleasen mit konservierten Funktionen in der Regulation von RNA Silencing sowie der Prozessierung ribosomaler RNA. Caenorhabditis elegans ERI-1 (Enhanced RNAi 1) enthält eine konservierte ERI-1_3’hExo_like EXOIII-Domäne, die siRNAs in vitro bindet und degradiert, und deren Inaktivierung eine RNAi-Hypersensitivität zur Folge hat. ERI-1 ist phylogenetisch konserviert, und homologe Proteine wurden Reiche-übergreifend in einer Vielzahl von Modellorganismen identifiziert. RNA-Silencing-reprimierende Eigenschaften dieser Proteine wurden in einigen Fällen charakterisiert. Zusätzlich wurde für eine Untergruppe ERI-1-homologer Proteine eine Funktion in der Biogenese der 5.8S ribosomalen RNA aufgezeigt: Katalyse des letzten Prozessierungsschritts während der Reifung des 5.8S rRNA 3‘-Endes. Diese Doppelfunktion ERI-1-homologer Proteine schlägt eine interessante Brücke zwischen evolutionär weit entfernten auf nicht-codierender RNA basierenden Mechanismen. In dieser Arbeit werden Ergebnisse präsentiert, die Charakteristika des pflanzlichen ERI-1-Homologs ERL1 in verschiedenen regulatorischen Zusammenhängen zum Gegenstand haben. ERL1 lokalisiert in Chloroplasten und zeigt keinerlei messbare Aktivität in Bezug auf die Regulierung von RNA Silencing. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, dass ERL1 eine wichtige Rolle während der Reifung der chloroplastischen 5S rRNA spielt. ERL1-supprimierende bzw. -überexprimierende transgene Pflanzen, zeigen unterschiedliche phänotypische Aberrationen. Diese beinhalten vielfarbige Blätter, reduziertes Wachstum und Fruchtbarkeit, sowie den Verlust Photosynthese-kompetenter Chloroplasten in gebleichten Sektoren. Diese Defekte werden dadurch verursacht, dass die Plastid-Entwicklung in einem frühen Stadium blockiert wird. Dies führt zu defekten Plastiden, die keine kanonischen internen Strukturen, einschließlich Grana, bilden können. Die gestörte Plastid-Entwicklung ist ein Resultat fehlerhafter Prozessierung ribosomaler RNAs und dem daraus folgenden Verlust plastidärer Transkription und Translation. Wenn ERL1 runterreguliert oder überexprimiert ist, akkumulieren 3‘-elongierte 5S rRNA-Moleküle, was Störungen in der Produktion der Ribosomen hervorruft. Die Reifung der 5S rRNA ist leit langem als Prozess bekannt, der viele aufeinander folgende endonukleolytische Spaltungen sowie exonukleolytische Rezessionen beinhaltet. Bis dato war die Gesamtheit der Exonukleasen während dieser Reifung jedoch nur lückenhaft bekannt. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass ERL1 eine wichtige Rolle in der Plastid-Entwicklung spielt, indem ERL1 den finalen Reifungsschritt des 5S rRNA 3‘-Endes katalysiert.

Posttranslationale Chromatin-Modifikationen in Dictyostelium discoideum

Die Erforschung posttranslationaler Veränderungen von Chromatin-Komponenten stellt einen wichtigen Pfeiler der Epigenetik dar. Epigenetische Mechanismen verändern die Aussagekraft der DNA-Sequenz und entscheiden somit beispielsweise über die Aktivierung oder Stilllegung von Genen. Ein häufiges Ziel der Stilllegung sind springende genetische Elemente, die ansonsten zur Destabilisierung des Genoms führen können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei unterschiedliche Stilllegungsmechanismen der Transpo-sons DIRS-1 und Skipper aus Dictyostelium discoideum untersucht. Dabei konnte gezeigt werden, auf welche Weise die RNA-Interferenz (RNAi) zur Zerstörung des DIRS-1 Transkripts führt und dass die Ursache dafür in der Promotor-Aktivität des Elements selbst liegt. Eine überraschende Erkenntnis konnte auch für das zweite Element gewonnen werden. Experimente legen nahe, dass die in der kodierenden Skipper-Sequenz gefundene Chromo-Domäne zu einer gezielten Integration des Elements in bereits stillgelegte heterochromatische Bereiche führt. Diese zeichnen sich vor allem durch eine spezielle posttranslationale Histon-Modifikation, der Methylierung von Lysin 9 des Histons H3 (H3K9), aus. Während zu der Methylierung von H3K9 bereits Arbeiten erschienen sind, war ein Großteil der anderen in Dictyostelium discoideum kodierten Histon-Modifikationen bislang unbekannt. Mit Hilfe der Massenspektrometrie konnte erstmalig eine umfassende Karte der veränderten Aminosäuren erstellt werden. Dabei konnten neue, bislang für keinen Organismus beschriebene Modifikationsziele identifiziert werden. Weitere lassen durch einen Vergleich mit Modellorganismen wie Hefe und Fruchtfliege Schlüsse auf die Evolution des Histon-Codes zu. Die erstellte Karte kann in Zukunft Forschern als Grundlage dienen, um weitergehende Fragestellungen in Bezug auf die Funktionen der hier vorgestellten Modifikationen zu erforschen. Ein weiteres Ergebnis dieser Arbeit stellt die Charakterisierung posttranslationaler Veränderungen des an H3K9 bindenden Heterochromatin-Proteins 1 (HP1) dar. Neben einer ersten Analyse der in Dictyostelium discoideum vorhandenen Modifikationen der beiden Homologe HcpA und HcpB, wurde auch die Funktion der in der Chromoshadow-Domäne lokalisierten Acetylierung erforscht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass ein Fehlen des veränderten Lysins zu einem deutlichen Phänotyp in der Sporenform und im Wachstum der Zellen führt. Als Ursache dafür konnte eine Veränderung in der Fähigkeit zur Gen-Stilllegung durch das mutierte HP1-Protein nachgewiesen werden. Dies gelang mit Hilfe eines dafür etablierten Reporters auf Basis des Gal4/UAS-Systems aus der Fruchtfliege und beweist erstmalig die Funktion einer Acetylierung der HP1-Proteine.

Untersuchungen zur Bedeutung der PKA für die Spermatogenese in Drosophila melanogaster

Für die cAMP-abhängige Proteinkinase (Proteinkinase A, PKA) in Drosophila melanogaster sind zwei regulatorische Untereinheiten (R1 und R2) und drei katalytische Untereinheiten (C1, C2 und C3) beschrieben. Außerdem gibt es eine weitere mögliche katalytische Untereinheit mit einer auffälligen Ähnlichkeit zu C2, dementsprechend C2-like genannt. Für R2, C2 und C2-like konnte bereits gezeigt werden, dass sie im Hodengewebe synthetisiert werden. Die Expression der verbleibenden PKA-Untereinheiten im Hodengewebe wurde in dieser Arbeit mit Hilfe von RT-PCR, Northern-Hybridisierungen, GFP-Reporter- bzw. GFP-Fusionskonstrukten untersucht. So konnte gezeigt werden, dass alle PKA-Untereinheiten im Hoden exprimiert werden. Dabei wird von jeder Untereinheit mindestens eine Isoform in den Keimzellen synthetisiert. R2 und C1 treten außerdem in den die Keimzellen umschließenden Zystenzellen auf, wobei R2 während der gesamten Spermatogenese exprimiert wird, C1 jedoch nur am Ende des Prozesses während des Stadiums der elongierten Spermatiden. In BRET-Analysen sind die beiden Untereinheiten in der Lage, miteinander zu interagieren. Somit könnten sie zusammen eine Funktion in den Zystenzellen vermitteln, die während der Differenzierungsphase stattfindet. Die katalytischen Untereinheiten C2, C2-like und zwei Isoformen von C3 (B und B') werden keimzellspezifisch exprimiert. Die BRET-Analysen lassen darauf schließen, dass C2 und C3 B’ möglicherweise keine funktionellen PKA-Untereinheiten sind. Auch der Versuch, durch Antisense- und RNAi-Konstrukte einen mutanten Phänotyp zu erzeugen, schlug fehl. Das könnte ein Hinweis darauf sein, dass die beiden Untereinheiten C2 und C3 B’ gar keine oder zumindest keine essentielle Funktion während der Spermatogenese haben. Das C2-like as-Konstrukt führte hingegen zu einem starken Phänotyp. Schon eine geringe Reduktion der endogenen c2-like-mRNA führte zu einer starken Beeinträchtigung der männlichen Fertilität. Die elongierten Spermatiden zeigten einen Defekt in der Kernmorphologie und waren nicht in der Lage, Individualisierungskomplexe auszubilden. Dementsprechend fand keine Individualisierung statt und es konnten keine reifen Spermien in die Samenblase entlassen werden. Der mutante Phänotyp weist darauf hin, dass C2-like an mehreren Prozessen während der Keimzelldifferenzierung beteiligt ist. Gao et al. veröffentlichten 2008 Listen mit potentiellen PKA-Substraten für alle bekannten katalytischen Untereinheiten verschiedener Organismen. Zwei Substrat-Kandidaten für C2-like sind die testisspezifischen Serin/Threonin-Kinasen (TSSK) CG9222 und CG14305. Beide Proteine werden exklusiv im Hoden exprimiert. CG9222-GFP lokalisierte in die Individualisierungskomplexe (ICs) elongierter Spermatiden. Das entsprechende RNAi-Konstrukt zeigte allerdings keinen Effekt auf den Zusammenbau der ICs. Dagegen zeigte CG14305-GFP keine subzelluläre Lokalisierung, sondern war cytoplasmatisch über die gesamten Spermatiden verteilt. Das entsprechende RNAi-Konstrukt führte aber dazu, dass keine ICs ausgebildet werden. Beide Proteine spielen dementsprechend eine Rolle während der Individualisierung. Dies ist in Übereinstimmung mit dem Phänotyp der C2-like as-mutanten Männchen. So ist es vorstellbar, dass CG9222 und CG14305 von C2-like phosphoryliert werden müssen, um ihre Funktion während der Individualisierung der Spermatiden erfüllen zu können. Ein direkter Nachweis, dass C2-like die beiden Proteine tatsächlich phosphorylieren kann, steht allerdings noch aus.

HelF und sein Interaktionspartner Xrn1: zwei Regulatoren der RNA-Interferenz in D. discoideum

Hauptziel dieser Arbeit ist die Identifizierung, Verifizierung und Charakterisierung von Interaktionspartnern von HelF, einem Negativregulator der RNA-Interferenz in Dictyostelium discoideum (Popova et al. 2006). Es ist gelungen, die Interaktion von HelF und der 5‘ 3‘ Exonuklease Xrn1 nachzu-weisen, aber alle anderen Versuchen, bisher unbekannte Protein-Interaktionspartner zu identifizieren, schlugen fehl. Xrn1 ist in den Organismen D. melanogaster (Orban und Izaurralde 2005), C. elegans (Newbury und Woollard 2004) und A. thaliana (Gazzani et al. 2004) bereits als Regulator der RNA-Interferenz bekannt. Mit Aufreinigungen nach der TAP-Methode und mit dem Nanotrap wurde ebenfalls versucht, RNA-Interaktionspartner von HelF zu identifizieren. Es konnten in einigen Aufreinigungen putative, für HelF spezifische RNAs identifiziert werden, doch entweder es handelte sich nachweislich nicht um RNA oder die Reproduktion der Daten schlug trotz mehrfacher Versuche fehl. Bezüglich der zellulären Lokalisation von HelF und Xrn1 konnte gezeigt werden, dass HelF zusätzlich zur bekannten Lokalisation in Foci im Nukleus (Popova et al. 2006) vermutlich auch im Cytoplasma und dort angeordnet in mehreren Granula zu finden ist. Xrn1 ist nahezu ausschließlich im Cytoplasma lokalisiert, wo es in mehreren Foci organisiert ist. Es wird vermutet, dass es sich bei diesen Foci um Processing-Bodies (P-Bodies) handelt und dass möglicherweise Xrn1 und HelF in eben diesen P-Bodies co-lokalisieren. In der Entwicklung vom Einzeller zum mehrzelligen Organismus zeigen die Xrn1KO- und die HelFKO-Mutante jeweils einen eindeutigen Phänotyp, der vom Wildtyp abweicht. Die Phänotypen der beiden Mutanten unterscheiden sich deutlich voneinander. Beim Mischen von HelF-Knockout-Zellen mit grün fluoreszierenden Wildtyp-Zellen zeigt sich, dass beide Stämme innerhalb des sich entwickelnden Organismus an definierten Stellen lokalisieren. Entgegen den Erwartungen befinden sich die Zellen der Mutante in den Stadien „Finger“ und „Slug“ nicht hauptsächlich im vorderen Teil des Organismus, sondern sind auch im hinteren Teil, der später die Sporenmasse bildet, vertreten. Dies lässt vermuten, dass HelF-Knockout-Mutanten in gleichem Maße wie Wildtypzellen als Sporen in die nächste Generation übergehen. Weitere Mix-Experimente, in denen HelFKO-Zellen und Xrn1KO-Zellen mit grün fluoreszierenden Wildtypzellen gemischt wurden, belegen eindeutig, dass beide Knockoutmutanten in Konkurrenz zum Wildtyp bei der Generierung von Sporen und somit beim Übergang in die nächste Generation benachteiligt sind. Dies steht im Gegensatz zu den Ergebnissen der vorher beschriebenen Mix-Experimente, in denen der Organismus als Ganzes betrachtet wurde. Weiterhin konnte herausgefunden werden, dass Xrn1 ebenso wie HelF (Popova et al. 2006) eine Rolle als Negativregulator in der RNA-Interferenz innehat. Fraglich ist aber, ob HelF wie bisher angenommen auch Einfluss auf den Weg der Generierung von miRNAs nimmt, da in HelFKO für keinen der beiden miRNA-Kandidaten eine Hoch- bzw. Runterregulierung der reifen miRNAs im Vergleich zum Wildtyp beobachtet werden kann. Im Xrn1KO hingegen ist die reife miRNA ddi-mir-1176 im Vergleich zum Wildtyp hochreguliert. In Bezug auf die Generierung von siRNAs konnte herausgefunden werden, dass Xrn1 und HelF im Fall der Generierung von Skipper siRNAs regulierend eingreifen, dass aber nicht alle siRNAs von der negativen Regulierung durch HelF und Xrn1betroffen sind, was am Beispiel der DIRS-1-siRNAs belegt werden kann. Das von B. Popova entwickelte Modell (Popova 2005) bezüglich der Rolle von HelF in der RNA-Interferenz wurde basierend auf den neu gewonnenen Daten weiterentwickelt und um Xrn1 ergänzt, um die Funktionen von HelF und Xrn1 als Antagonisten der RNA-Interferenz näher zu beleuchten. Literatur: Gazzani, S., T. Lawrenson, et al. (2004). "A link between mRNA turnover and RNA interference in Arabidopsis." Science 306(5698): 1046-8. Newbury, S. and A. Woollard (2004). "The 5'-3' exoribonuclease xrn-1 is essential for ventral epithelial enclosure during C. elegans embryogenesis." Rna 10(1): 59-65. Orban, T. I. and E. Izaurralde (2005). "Decay of mRNAs targeted by RISC requires XRN1, the Ski complex, and the exosome." Rna 11(4): 459-69. Popova, B. (2005). HelF, a suppressor of RNAi mediated gene silencing in Dictyostelium discoideum. Genetik. Kassel, Universität Kassel. PhD: 200. Popova, B., M. Kuhlmann, et al. (2006). "HelF, a putative RNA helicase acts as a nuclear suppressor of RNAi but not antisense mediated gene silencing." Nucleic Acids Res 34(3): 773-84.

Funktion und Biogenese kleiner RNAs in Dictyostelium discoideum

RNA mediated gene silencing pathways are highly conserved among eukaryotes and they have been well investigated in animals and in plants. Longer dsRNA molecules trigger the silencing pathways: RNase III proteins and their dsRNA binding protein (dsRBP) partners recognize those molecules as a substrate and process 21 nucleotide long microRNAs (miRNAs) or small interfering RNAs (siRNAs). Some organisms encode RNA dependent RNA polymerases (RdRPs), which are able to expand the pool of existing siRNAs. Argonaute proteins are able to bind small regulatory RNAs and are subsequently recruited to target mRNAs by base complementary. This leads in turn to transcriptional or posttranscriptional silencing of respective genes. The Dictyostelium discoideum genome encodes two Dicer homologues (DrnA and DrnB), five Argonaute proteins (AgnA to AgnE) and three RdRPs (RrpA to RrpC). In addition, the amoeba is known to express miRNAs and siRNAs, while the latter derive mainly from the DIRS-1 retrotransposon. One part of this work focused on the miRNA biogenesis pathway of D. discoideum. It was shown that the dsRNA binding protein RbdB is a necessary component for miRNA processing in the amoeba. There were no mature miRNAs detectable by Northern blot analysis in rbdB- strains, which is also true for drnB mutants. Moreover, primary miRNA-transcripts (pri-miRNAs) accumulated in rbdB- and drnB- strains. Fluorescence microscopy studies showed a nuclear localization of RbdB. RbdB accumulated in distinct perinucleolar foci. These were reminiscent of plant dicing bodies that contain essential protein components for miRNA processing. It is well known that RNase III enzymes and dsRBPs work together during miRNA processing in higher eukaryotes. This work demonstrated that the same is true for members of the amoebozoa supergroup. In Arabidopsis the nuclear zinc finger protein Serrate (SE) is also necessary for miRNA processing. The D. discoideum homologue SrtA, however, is not relevant which has been shown by the analysis of the respective knockdown strain. MiRNAs are known to be differentially expressed in several RNAi knockout strains. The accumulation of miRNAs in agnA- strains and a strong decrease in rbdB- strains were criteria that could thus be successfully used (among others) to identify and validate new miRNAs candidates by Illumina®-RNA sequencing. In another part of this study, the silencing and amplification of the DIRS-1 retrotransposons was analyzed in more detail. It was already known that DIRS-1 transcripts and extrachromosomal DIRS-1 DNA molecules accumulated in agnA- strains. This phenotype was correlated with the loss of endogenous DIRS-1 siRNAs in the knockout strain. By deep sequencing analysis of small RNAs from the AX2 wild type and the agnA- strain, the strong decrease of endogenous DIRS-1 siRNAs in the mutant strain (accounting for 70 %) could be confirmed. Further analysis of the data revealed an unequal distribution of DIRS-1 derived siRNAs along the retroelement in the wild type strain, since only very few of them matched the inverted terminal repeats (ITRs) and the 5’- half of the first open reading frame (ORF). Besides, sense and antisense siRNAs were asymmetrically distributed, as well. By using different reporter constructs it was shown indirectly that AgnA is necessary for the RrpC mediated production of secondary DIRS-1 siRNAs. These analyses also demonstrated an amplification of siRNAs in 5’- and in 3’-direction. Further analysis of the agnA- strain revealed that not only DIRS-1 sense transcripts but also ORF2 and ORF3 encoded proteins were enriched. In contrast, the ORF1 encoded protein GAG was equally expressed in the mutant and the wild type. This might reflect the unequal distribution of endogenous DIRS-1 siRNAs along the retrotransposon. Southern Blot and PCR-analyses showed that extrachromosomal DIRS-1 DNA molecules are present in the cytoplasm of angA- strains and that they are complementary to sense transcripts of intact DIRS-1 elements. Thus, the extrachromosomal DIRS-1 intermediates are likely incomplete cDNA molecules generated by the DIRS-1 encoded reverse transcriptase. One could hypothesize that virus like particles (VLPs) are the places of DIRS-1 cDNA synthesis. At least, DIRS-1 GAG proteins interact and fluorescence microscopy studies showed that they localize in distinct cytoplasmic foci which accumulate in close proximity to the nuclei.

A simple retroelement based knock-down system in Dictyostelium

Characteristics of DIRS-1 Mediated Knock-Downs __ We have previously shown that the most abundant Dictyostelium discoideum retroelement DIRS-1 is suppressed by RNAi mechanisms. Here we provide evidence that both inverted terminal repeats have strong promoter activity and that bidirectional expression apparently generates a substrate for Dicer. A cassette containing the inverted terminal repeats and a fragment of a gene of interest was sufficient to activate the RNAi response, resulting in the generation of ~21 nt siRNAs, a reduction of mRNA and protein expression of the respective endogene. Surprisingly, no transitivity was observed on the endogene. This was in contrast to previous observations, where endogenous siRNAs caused spreading on an artificial transgene. Knock-down was successful on seven target genes that we examined. In three cases a phenotypic analysis proved the efficiency of the approach. One of the target genes was apparently essential because no knock-out could be obtained; the RNAi mediated knock-down, however, resulted in a very slow growing culture indicating a still viable reduction of gene expression.

Synthesis of 3 '-S-phosphorothiolate oligonucleotides for their potential use in RNA interference

The potency of RNA interference (RNAi) undoubtedly can be improved through chemical modifications to the small interfering RNAs (siRNA). By incorporation of the 3′-S-phosphorothiolate modification into strands of RNA, it is hoped that specific regions of a siRNA duplex can be stabilised to enhance the target binding affinity of a selected antisense strand into the activated RNA-induced silencing complex (RISC*). Oligonucleotides composed entirely of this modification are desirable so unconventional 5′ → 3′ synthesis is investigated, with initial solution-phase testing proving successful. The phosphoroamidite monomer required for solid-phase synthesis has also been produced.

A functional link between bone morphogenetic proteins and insulin-like peptide 3 signaling in modulating ovarian androgen production

Bone morphogenetic proteins (BMP) are firmly implicated as intra-ovarian regulators of follicle development and steroidogenesis. Here we report a microarray analysis showing that treatment of cultured bovine theca cells (TC) with BMP6 significantly (>2-fold; P<0.01) up- or down-regulated expression of 445 genes. Insulin-like peptide 3 (INSL3) was the most heavily down-regulated gene (-43-fold) with CYP17A1 and other key transcripts involved in TC steroidogenesis including LHCGR, INHA, STAR, CYP11A1 and HSD3B1 also down-regulated. BMP6 also reduced expression of NR5A1 encoding steroidogenic factor-1 known to target the promoter regions of the aforementioned genes. Real-time PCR confirmed these findings and also revealed a marked reduction in expression of INSL3 receptor (RXFP2). Secretion of INSL3 protein and androstenedione were also suppressed suggesting a functional link between BMP and INSL3 pathways in controlling androgen synthesis. RNAi-mediated knockdown of INSL3 reduced INSL3 mRNA and secreted protein level (75 and 94%, respectively) and elicited a 77% reduction in CYP17A1 mRNA level and 83% reduction in androstenedione secretion. Knockdown of RXFP2 also reduced CYP17A1 mRNA level (81%) and androstenedione secretion (88%). Conversely, treatment with exogenous (human) INSL3 increased androstenedione secretion ~2-fold. The CYP17 inhibitor abiraterone abolished androgen secretion and reduced expression of both INSL3 and RXFP2. Collectively, these findings indicate a positive autoregulatory role for INSL3 signaling in maintaining thecal androgen production, and visa versa. Moreover, BMP6-induced suppression of thecal androgen synthesis may be mediated, at least in part, by reduced INSL3-RXFP2 signaling.

Antisense-induced myostatin exon skipping leads to muscle hypertrophy in mice following Octa‑guanidine morpholino oligomer treatment

Myostatin is a negative regulator of muscle mass, and several strategies are being developed to knockdown its expression to improve muscle-wasting conditions. Strategies using antimyostatin-blocking antibodies, inhibitory-binding partners, signal transduction blockers, and RNA interference system (RNAi)-based knockdown have yielded promising results and increased muscle mass in experimental animals. These approaches have, however, a number of disadvantages such as transient effects or adverse immune complications. We report here the use of antisense oligonucleotides (AOs) to manipulate myostatin pre-mRNA splicing and knockdown myostatin expression. Both 2’O-methyl phosphorothioate RNA (2’OMePS) and phosphorodiamidate morpholino oligomers (PMO) led to efficient exon skipping in vitro and in vivo and knockdown of myostatin at the transcript level. The substantial myostatin exon skipping observed after systemic injection of Vivo-PMO into normal mice led to a significant increase in soleus muscle mass as compared to the controls injected with normal saline suggesting that this approach could be feasible to ameliorate muscle-wasting pathologies.

RNA interference suppression of genes in glycosyl transferase families 43 and 47 in wheat starchy endosperm causes large decreases in arabinoxylan content

The cell walls of wheat (Triticum aestivum) starchy endosperm are dominated by arabinoxylan (AX), accounting for 65% to 70% of the polysaccharide content. Genes within two glycosyl transferase (GT) families, GT43 (IRREGULAR XYLEM9 [IRX9] and IRX14) and GT47 (IRX10), have previously been shown to be involved in the synthesis of the xylan backbone in Arabidopsis, and close homologs of these have been implicated in the synthesis of xylan in other species. Here, homologs of IRX10 TaGT47_2 and IRX9 TaGT43_2, which are highly expressed in wheat starchy endosperm cells, were suppressed by RNA interference (RNAi) constructs driven by a starchy endosperm-specific promoter. The total amount of AX was decreased by 40% to 50% and the degree of arabinosylation was increased by 25% to 30% in transgenic lines carrying either of the transgenes. The cell walls of starchy endosperm in sections of grain from TaGT43_2 and TaGT47_2 RNAi transgenics showed decreased immunolabeling for xylan and arabinoxylan epitopes and approximately 50% decreased cell wall thickness compared with controls. The proportion of AX that was water soluble was not significantly affected, but average AX polymer chain length was decreased in both TaGT43_2 and TaGT47_2 RNAi transgenics. However, the long AX chains seen in controls were absent in TaGT43_2 RNAi transgenics but still present in TaGT47_2 RNAi transgenics. The results support an emerging picture of IRX9-like and IRX10-like proteins acting as key components in the xylan synthesis machinery in both dicots and grasses. Since AX is the main component of dietary fiber in wheat foods, the TaGT43_2 and TaGT47_2 genes are of major importance to human nutrition.

Rescue of gene expression by modified REST decoy oligonucleotides in a cellular model of Huntington's disease

Transcriptional dysfunction is a prominent hallmark of Huntington's disease (HD). Several transcription factors have been implicated in the aetiology of HD progression and one of the most prominent is repressor element 1 (RE1) silencing transcription factor (REST). REST is a global repressor of neuronal gene expression and in the presence of mutant Huntingtin increased nuclear REST levels lead to elevated RE1 occupancy and a concomitant increase in target gene repression, including brain-derived neurotrophic factor. It is of great interest to devise strategies to reverse transcriptional dysregulation caused by increased nuclear REST and determine the consequences in HD. Thus far, such strategies have involved RNAi or mutant REST constructs. Decoys are double-stranded oligodeoxynucleotides corresponding to the DNA-binding element of a transcription factor and act to sequester it, thereby abrogating its transcriptional activity. Here, we report the use of a novel decoy strategy to rescue REST target gene expression in a cellular model of HD. We show that delivery of the decoy in cells expressing mutant Huntingtin leads to its specific interaction with REST, a reduction in REST occupancy of RE1s and rescue of target gene expression, including Bdnf. These data point to an alternative strategy for rebalancing the transcriptional dysregulation in HD.

Stigma/style cell cycle inhibitor 1 (SCI1), a tissue-specific cell cycle regulator that controls upper pistil development

P>A cDNA encoding a small lysine-rich protein of unknown function was identified in a tobacco (Nicotiana tabacum) stigma/style suppression subtractive hybridization cDNA library. After its characterization, the corresponding gene was designated stigma/style cell cycle inhibitor 1 (SCI1). Fluorescence microscopy with an SCI1-GFP protein fusion demonstrated its nuclear localization, which was confined to the interchromatic region. Real-time RT-PCR and in situ hybridization experiments showed that SCI1 is stigma/style-specific and developmentally regulated. SCI1 RNAi knockdown and overexpression plants had stigmas/styles with remarkably enlarged and reduced areas, respectively, which was attributable to differences in cell numbers. These results indicate that SCI1 is a tissue-specific negative cell cycle regulator. The differences in cell division had an effect on the timing of the differentiation of the stigmatic papillar cells, suggesting that their differentiation is coupled to stigma cell divisions. This is consistent with a role for SCI1 in triggering differentiation through cell proliferation control. Our results revealed that SCI1 is a novel tissue-specific gene that controls cell proliferation/differentiation, probably as a component of a developmental signal transduction pathway.

Effects of 15-deoxy-Delta(12, 14) prostaglandin J(2) and ciglitazone on human cancer cell cycle progression and death: The role of PPAR gamma

The role of PPAR-gamma in ciglitazone and 15-d PGJ(2)-induced apoptosis and cell cycle arrest of Jurkat (before and after PPAR gamma gene silencing), U937 (express high levels of PPAR gamma) and HeLa (that express very low levels of PPAR gamma) cells was investigated. PPAR gamma gene silencing, per se, induced a G2/M cell arrest, loss of membrane integrity and DNA fragmentation of Jurkat cells, indicating that PPAR gamma is important for this cell survival and proliferation. Ciglitazone-induced apoptosis was abolished after knockdown of PPAR gamma suggesting a PPAR gamma-dependent pro-apoptotic effect. However, ciglitazone treatment was toxic for U937 and HeLa cells regardless of the presence of PPAR gamma. This treatment did not change the cell cycle distribution corroborating with a PPAR gamma-independent mechanism. On the other hand, 15-d PGJ(2) induced apoptosis of the three cancer cell lines regardless of the expression of PPAR gamma. These results suggest that PPAR gamma plays an important role for death of malignant T lymphocytes (Jurkat cells) and PPAR gamma agonists exert their effects through PPAR gamma-dependent and -independent mechanisms depending on the drug and the cell type. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Leishmania amazonensis META2 protein confers protection against heat shock and oxidative stress

The META cluster of Leishmania amazonensis contains both META1 and META2 genes, which are upregulated in metacyclic promastigotes and encode proteins containing the META domain. Previous studies defined META2 as a 48.0-kDa protein, which is conserved in other Leishmania species and in Trypanosoma brucei. In this work, we demonstrate that META2 protein expression is regulated during the Leishmania life cycle but constitutive in T. brucei. META2 protein is present in the cytoplasm and flagellum of L amazonensis promastigotes. Leishmania META2-null replacement mutants are more sensitive to oxidative stress and, upon heat shock, assume rounded morphology with shortened flagella. The increased susceptibility of null parasites to heat shock is reversed by extra-chromosomal expression of the META2 gene. Defective Leishmania promastigotes exhibit decreased ability to survive in macrophages. By contrast, META2 expression is decreased by 80% in RNAi-induced T. brucei bloodstream forms with no measurable effect on survival or resistance to heat shock. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Inhibition of Trypanosoma brucei glucose-6-phosphate dehydrogenase by human steroids and their effects on the viability of cultured parasites

Dehydroepiandrosterone ( DHEA) is known as an intermediate in the synthesis of mammalian steroids and a potent uncompetitive inhibitor of mammalian glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), but not the enzyme from plants and lower eukaryotes. G6PDH catalyzes the first step of the pentose-phosphate pathway supplying cells with ribose 5-phosphate, a precursor of nucleic acid synthesis, and NADPH for biosynthetic processes and protection against oxidative stress. In this paper we demonstrate that also G6PDH of the protozoan parasite Trypanosoma brucei is uncompetitively inhibited by DHEA and epiandrosterone (EA), with K(i) values in the lower micromolar range. A viability assay confirmed the toxic effect of both steroids on cultured T. brucei bloodstream form cells. Additionally, RNAi mediated reduction of the G6PDH level in T. brucei bloodstream forms validated this enzyme as a drug target against Human African Trypanosomiasis. Together these findings show that inhibition of G6PDH by DHEA derivatives may lead to the development of a new class of anti-trypanosomatid compounds. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.