928 resultados para differentially expressed genes
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A better understanding of the molecular effects of aging in the brain may help to reveal important aspects of organismal aging, as well as processes that lead to age-related brain dysfunction. In this study, we have examined differences in gene expression in the hypothalamus and cortex of young and aged mice by using high-density oligonucleotide arrays. A number of key genes involved in neuronal structure and signaling are differentially expressed in both the aged hypothalamus and cortex, including synaptotagmin I, cAMP-dependent protein kinase C β, apolipoprotein E, protein phosphatase 2A, and prostaglandin D. Misregulation of these proteins may contribute to age-related memory deficits and neurodegenerative diseases. In addition, many proteases that play essential roles in regulating neuropeptide metabolism, amyloid precursor protein processing, and neuronal apoptosis are up-regulated in the aged brain and likely contribute significantly to brain aging. Finally, a subset of these genes whose expression is affected by aging are oppositely affected by exposure of mice to an enriched environment, suggesting that these genes may play important roles in learning and memory.
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Hypoxia is important in both biomedical and environmental contexts and necessitates rapid adaptive changes in metabolic organization. Mammals, as air breathers, have a limited capacity to withstand sustained exposure to hypoxia. By contrast, some aquatic animals, such as certain fishes, are routinely exposed and resistant to severe environmental hypoxia. Understanding the changes in gene expression in fishes exposed to hypoxic stress could reveal novel mechanisms of tolerance that may shed new light on hypoxia and ischemia in higher vertebrates. Using cDNA microarrays, we have studied gene expression in a hypoxia-tolerant burrow-dwelling goby fish, Gillichthys mirabilis. We show that a coherent picture of a complex transcriptional response can be generated for a nonmodel organism for which sequence data were unavailable. We demonstrate that: (i) although certain shifts in gene expression mirror changes in mammals, novel genes are differentially expressed in fish; and (ii) tissue-specific patterns of expression reflect the different metabolic roles of tissues during hypoxia.
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Early detection is an effective means of reducing cancer mortality. Here, we describe a highly sensitive high-throughput screen that can identify panels of markers for the early detection of solid tumor cells disseminated in peripheral blood. The method is a two-step combination of differential display and high-sensitivity cDNA arrays. In a primary screen, differential display identified 170 candidate marker genes differentially expressed between breast tumor cells and normal breast epithelial cells. In a secondary screen, high-sensitivity arrays assessed expression levels of these genes in 48 blood samples, 22 from healthy volunteers and 26 from breast cancer patients. Cluster analysis identified a group of 12 genes that were elevated in the blood of cancer patients. Permutation analysis of individual genes defined five core genes (P ≤ 0.05, permax test). As a group, the 12 genes generally distinguished accurately between healthy volunteers and patients with breast cancer. Mean expression levels of the 12 genes were elevated in 77% (10 of 13) untreated invasive cancer patients, whereas cluster analysis correctly classified volunteers and patients (P = 0.0022, Fisher's exact test). Quantitative real-time PCR confirmed array results and indicated that the sensitivity of the assay (1:2 × 108 transcripts) was sufficient to detect disseminated solid tumor cells in blood. Expression-based blood assays developed with the screening approach described here have the potential to detect and classify solid tumor cells originating from virtually any primary site in the body.
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In this work we extended the study of genes controlling the formation of specific differentiation structures called “domes” formed by the rat mammary adenocarcinoma cell line LA7 under the influence of DMSO. We have reported previously that an interferon-inducible gene, rat-8, and the β-subunit of the epithelial sodium channel (ENaC) play a fundamental role in this process. Now, we used a proteomic approach to identify proteins differentially expressed either in DMSO-induced LA7 or in 106A10 cells. Two differentially expressed proteins were investigated. The first, tropomyosin-5b, strongly expressed in DMSO-induced LA7 cells, is needed for dome formation because its synthesis inhibition by the antisense RNA technology abolished domes. The second protein, maspin, strongly expressed in the uninduced 106A10 cell line, inhibits dome formation because 106A10 cells, transfected with rat8 cDNA (the function of which is required for the organization of these structures), acquired the ability to develop domes when cultured in presence of an antimaspin antibody. Dome formation in these cultures are accompanied by ENaC β-subunit expression in the absence of DMSO. Therefore, dome formation requires the expression of tropomyosin-5b, in addition to the ENaC β-subunit and the rat8 proteins, and is under the negative control of maspin.
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In vivo all-trans-retinoic acid (ATRA), a differentiation inducer, is capable of causing clinical remission in about 90% of patients with acute promyelocytic leukemia (APL). The molecular basis for the differentiation of APL cells after treatment with ATRA remains obscure and may involve genes other than the known retinoid nuclear transcription factors. We report here the ATRA-induced gene expression in a cell line (NB4) derived from a patient with APL. By differential display-PCR, we isolated and characterized a novel gene (RIG-E) whose expression is up-regulated by ATRA. The gene is 4.0 kb long, consisting of four exons and three introns, and is localized on human chromosome region 8q24. The deduced amino acid sequence predicts a cell surface protein containing 20 amino acids at the N-terminal end corresponding to a signal peptide and an extracellular sequence containing 111 amino acids. The RIG-E coded protein shares some homology with CD59 and with a number of growth factor receptors. It shares high sequence homology with the murine LY-6 multigene family, whose members are small cysteine-rich proteins differentially expressed in several hematopoietic cell lines and appear to function in signal transduction. It seems that so far RIG-E is the closest human homolog of the LY-6 family. Expression of RIG-E is not restricted to myeloid differentiation, because it is also present in thymocytes and in a number of other tissues at different levels.
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Bacterial lipopolysaccharide (LPS) is a potent stimulator of B-cell activation, proliferation, and differentiation. We examined the genetic response of B-lineage cells to LPS via trapping of expressed genes with a gene-trap retrovirus. This analysis showed that expression of only a small fraction of genes is altered during LPS stimulation of B-lineage cells. Isolation of the cellular portion of the trapped LPS-response genes via 5' RACE (rapid amplification of cDNA ends) cloning identified novel genes for all the cloned loci. These novel LPS-response genes were also found to have differentiation stage-restricted expression within the B-lymphoid lineage. That LPS-response genes in B cells also have differentiation stage-restricted expression suggests that these genes may be involved in the control of B-cell function and differentiation, since the known members of this class of genes have frequently been found to play a role in the function and differentiation of B-lineage cells. The isolation of novel members of this class of genes, including a gene that contains a putative SH2 domain, will further increase our understanding of the molecular events involved in the control of B-cell differentiation and function.
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To improve our understanding of the mechanism that couples nucleotide-excision repair to transcription in expressed genes, we have examined the effects of mutations in several different DNA repair genes on the removal of cyclobutane pyrimidine dimers from the individual strands of the induced lactose operon in UV-irradiated Escherichia coli. As expected, we found little repair in either strand of the lactose operon in strains with mutations in established nucleotide excision-repair genes (uvrA, uvrB, uvrC, or uvrD). In contrast, we found that mutations in either of two genes required for DNA-mismatch correction (mutS and mutL) selectively abolish rapid repair in the transcribed strand and render the cells moderately sensitive to UV irradiation. Similar results were found in a strain with a mutation in the mfd gene, the product of which has been previously shown to be required for transcription-coupled repair in vitro. Our results demonstrate an association between mismatch-correction and nucleotide-excision repair and implicate components of DNA-mismatch repair in transcription-coupled repair. In addition, they may have important consequences for human disease and may enhance our understanding of the etiology of certain cancers which have been associated with defects in mismatch correction.
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Chronic myelogenous leukemia evolves in two clinically distinct stages: a chronic and a blast crisis phase. The molecular changes associated with chronic phase to blast crisis transition are largely unknown. We have identified a cDNA clone, DR-nm23, differentially expressed in a blast-crisis cDNA library, which has approximately 70% sequence similarity to the putative metastatic suppressor genes, nm23-H1 and nm23-H2. The deduced amino acid sequence similarity to the proteins encoded by these two latter genes is approximately 65% and includes domains and amino acid residues (the leucine zipper-like and the RGD domain, a serine and a histidine residue in the NH2- and in the COOH-terminal portion of the protein, respectively) postulated to be important for nm23 function. DR-nm23 mRNA is preferentially expressed at early stages of myeloid differentiation of highly purified CD34+ cells. Its constitutive expression in the myeloid precursor 32Dc13 cell line, which is growth-factor dependent for both proliferation and differentiation, results in inhibition of granulocytic differentiation induced by granulocyte colony-stimulating factor and causes apoptotic cell death. These results are consistent with a role for DR-nm23 in normal hematopoiesis and raise the possibility that its overexpression contributes to differentiation arrest, a feature of blastic transformation in chronic myelogenous leukemia.
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A diapausa é um fenômeno amplamente presente nos artrópodes e é considerada como primordial para o sucesso evolutivo da Classe Insecta, pois possibilita a sobrevivência em condições adversas, como estações frias e secas. Sabe-se que durante a diapausa ocorre o silenciamento de muitos genes e que outros são unicamente expressos nesta fase. Embora existam evidências de que o processo da diapausa tenha se mantido conservado durante a evolução das espécies, ainda há lacunas no conhecimento sobre o nível de conservação dos padrões metabólicos. Um bom modelo para se estudar a diapausa é Tetrapedia diversipes, uma espécie bivoltina de abelha solitária. Os indivíduos que nascem na primeira geração seguem o desenvolvimento desde ovo até adulto em tempo bem menor do que aqueles que nascem na segunda geração; estes retardam o desenvolvimento na fase larval. Além disso, essa espécie é de fácil obtenção no seu ambiente natural, pois apresenta alta taxa de nidificação em ninhos-armadilha. O objetivo deste trabalho foi comparar o perfil de expressão de genes entre as larvas da 1ª geração (que não entram em diapausa), larvas da 2ª geração (que entrariam em diapausa) e das larvas em diapausa. Foram identificados 196 genes diferencialmente expressos, destes 87 foram anotados. Muitos destes genes já foram descritos na literatura como relacionados à diapausa em outras espécies, no entanto, o padrão de expressão não é conservado. Os genes aqui identificados foram divididos em cinco grupos: relacionados à desintoxicação celular, cutícula e citoesqueleto, metabolismo de lipídeos e esteróis, ciclo celular e outros genes relacionados à diapausa
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Os microRNAs (miRNAs) são pequenos RNAs não codificadores de proteínas presentes na maioria dos eucariotos. Esses RNAs regulam a expressão gênica em nível pós-transcricional através do silenciamento de mRNAs-alvo que possuem sítios complementares às suas sequências, atuando em praticamente todos os processos celulares. Embora a estrutura e função dos miRNAs estejam bem caracterizadas, aspectos relacionados à sua organização genômica, evolução e atuação em doenças são tópicos que apresentam enormes lacunas. Nesta tese, utilizamos abordagens computacionais para investigar estes temas em três trabalhos. No primeiro, processamos e integramos um vasto volume de dados publicamente disponíveis referentes aos miRNAs e genes codificadores de proteínas para cinco espécies de vertebrados. Com isso, construimos uma ferramenta web que permite a fácil inspeção da organização genômica dos miRNAs em regiões inter e intragênicas, o acesso a dados de expressão de miRNAs e de genes codificadores de proteínas (classificados em genes hospedeiros e não hospedeiros de miRNAs), além de outras informações pertinentes. Verificamos que a ferramenta tem sido amplamente utilizada pela comunidade científica e acreditamos que ela possa facilitar a geração de hipóteses associadas à regulação dos miRNAs, principalmente quando estão inseridos em genes hospedeiros. No segundo estudo, buscamos compreender como o contexto genômico e a origem evolutiva dos genes hospedeiros influenciam a expressão e evolução dos miRNAs humanos. Nossos achados mostraram que os miRNAs intragênicos surgem preferencialmente em genes antigos (origem anterior à divergência de vertebrados). Observamos que os miRNAs inseridos em genes antigos têm maior abrangência de expressão do que os inseridos em genes novos. Surpreendentemente, miRNAs jovens localizados em genes antigos são expressos em um maior número de tecidos do que os intergênicos de mesma idade, sugerindo uma vantagem adaptativa inicial que pode estar relacionada com o controle da expressão dos genes hospedeiros, e como consequência, expondo-os a contextos celulares e conjuntos de alvos diversos. Na evolução a longo prazo, vimos que genes antigos conferem maior restrição nos padrões de expressão (menor divergência de expressão) para miRNAs intragênicos, quando comparados aos intergênicos. Também mostramos possíveis associações funcionais relacionadas ao contexto genômico, tais como o enriquecimento da expressão de miRNAs intergênicos em testículo e dos intragênicos em tecidos neurais. Propomos que o contexto genômico e a idade dos genes hospedeiros são fatores-chave para a evolução e expressão dos miRNAs. Por fim, buscamos estabelecer associações entre a expressão diferencial de miRNAs e a quimioresistência em câncer colorretal utilizando linhagens celulares sensíveis e resistentes às drogas 5-Fluoruracil e Oxaliplatina. Dentre os miRNAs identificados, o miR-342 apresentou níveis elevados de expressão nas linhagens sensíveis à Oxaliplatina. Com base na análise dos alvos preditos, detectamos uma significativa associação de miR-342 com a apoptose. A superexpressão de miR-342 na linhagem resistente SW620 evidenciou alterações na expressão de genes da via apoptótica, notavelmente a diminuição da expressão do fator de crescimento PDGFB, um alvo predito possivelmente sujeito à regulação direta pelo miR-342.
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Parcela considerável de pacientes com distúrbios de crescimento não têm a causa de seus quadros clínicos estabelecida, incluindo aproximadamente 50% dos pacientes com diagnóstico clínico de síndrome de Silver−Russell (SRS) e 10-20% dos pacientes com síndrome de Beckwith-Wiedemann (BWS). O objetivo deste estudo foi investigar as causas genéticas e epigenéticas de distúrbios de crescimento, de etiologia desconhecida, numa contribuição para o entendimento de mecanismos que regulam o crescimento. O estudo compreendeu: (1) a investigação de microdesequilíbrios cromossômicos, por aCGH; (2) a análise do perfil de expressão alelo-específica de genes sujeitos a imprinting (IG), por pirossequenciamento (PSQ) ou sequenciamento de Sanger; (3) a investigação do padrão de metilação global em pacientes com restrição de crescimento, utilizando microarray de metilação. A casuística constituiu-se de 41 pacientes não aparentados, com distúrbios de crescimento, de etiologia desconhecida: (1) 25, com hipótese diagnóstica de SRS; (2) seis, com restrição de crescimento intrauterino e peso ao nascimento abaixo do 10º percentil, associados a outros sinais clínicos; (3) sete, com hipótese diagnóstica de BWS; e (4) três, com macrossomia pré-natal ou pós-natal, associada a outros sinais. A investigação de microdesequilíbrios cromossômicos foi realizada em 40 pacientes. Foram detectadas 58 variantes raras em 30/40 pacientes (75%): 40 foram consideradas provavelmente benignas (18 pacientes, 45%), 12, com efeito patogênico desconhecido (11 pacientes, 27,5%), duas, provavelmente patogênicas (um paciente, 2,5%) e quatro, patogênicas (três pacientes, 7,5%). Essas frequências são comparáveis àquelas descritas em estudos que investigaram CNV em grupos de pacientes com distúrbios de crescimento e outras alterações congênitas, incluindo SRS, e mostram a importância da investigação de microdesequilíbrios cromossômicos nesses pacientes. A diversidade dos microdesequilíbrios cromossômicos identificados é reflexo da heterogeneidade clínica das casuísticas. Neste estudo, muitos dos pacientes com hipótese diagnóstica de SRS e BWS apresentavam sinais clínicos atípicos, explicando a ausência neles das alterações (epi)genéticas que causam essas síndromes. A identificação de CNV características de outras síndromes reflete a sobreposição de sinais clínicos com BWS e SRS. A análise do perfil de expressão alelo-específica de IG foi realizada em um subgrupo de 18 pacientes com restrição de crescimento. Trinta IG com função em proliferação celular, crescimento fetal ou neurodesenvolvimento foram inicialmente selecionados. Após seleção de SNP transcritos com alta frequência na população, genotipagem de pacientes, genitores e indivíduos controle, determinação da expressão dos IG em sangue periférico e seu padrão de expressão (mono ou bialélico), 13 IG, expressos no sangue, tiveram a expressão alelo-específica avaliada, sete deles por PSQ e seis por sequenciamento de Sanger. Alterações no perfil de expressão de dois genes, de expressão normalmente paterna, foram detectadas em 4/18 pacientes (22%). Este estudo é o primeiro a utilizar pirossequenciamento e sequenciamento de Sanger na avaliação do perfil de expressão alelo-específica de IG, em pacientes com restrição de crescimento. Apesar de terem limitações, ambas as técnicas mostraram-se robustas e revelaram alterações de expressão alélica interessantes; entretanto, a relação dessas alterações com o quadro clínico dos pacientes permanece por esclarecer. A investigação da metilação global do DNA foi realizada em subgrupo de 21 pacientes com restrição de crescimento e em 24 indivíduos controle. Dois tipos de análise foram realizados: (1) análise diferencial de grupo e (2) análise diferencial individual. Na primeira análise, em que foi comparado o padrão de metilação do grupo de pacientes com quadro clínico sugestivo de SRS (n=16) com o do grupo controle (n=24), não houve indicação de hipo ou hipermetilação global no grupo SRS. Na segunda análise, foi comparado o padrão de metilação de cada um dos 21 pacientes com restrição de crescimento e dos 24 indivíduos controle, com o padrão de metilação do grupo controle. O número médio de CpG hipermetilados e de segmentos diferencialmente metilados (SDM) foi significativamente maior nos pacientes. Foram identificados 82 SDM hipermetilados, estando 57 associados a gene(s) (69,5%), em 16 pacientes, e 51 SDM hipometilados, 41 deles associados a gene(s) (80,4%), em 10 pacientes. A análise de ontologia genética dos 61 genes associados aos SDM hipo ou hipermetilados nos pacientes destacou genes que atuam no desenvolvimento e na morfogênese do sistema esquelético e de órgãos fetais, e na regulação da transcrição gênica e de processos metabólicos. Alterações de metilação em genes que atuam em processos de proliferação e diferenciação celulares e crescimento foram identificadas em 9/20 dos pacientes (45%), sugerindo implicação clínica. Não foi detectada alteração epigenética comum aos pacientes com diagnóstico clínico de SRS, explicável provavelmente pela heterogeneidade clínica. A investigação de metilação global, utilizando microarray, produziu novos dados que podem contribuir para a compreensão de mecanismos moleculares que influenciam o crescimento pré- e pós-natal. Na translocação aparentemente equilibrada - t(5;6)(q35.2;p22.3)dn, detectada em paciente com suspeita clínica de SRS, a interrupção de um gene, pela quebra no cromossomo 6, pode ser a causa do quadro clínico; alternativamente, a translocação pode ter impactado a regulação de genes de desenvolvimento localizados próximos aos pontos de quebra. A análise de expressão em sangue periférico mostrou que os níveis de cDNA do gene, interrompido pelo ponto de quebra da translocação, estavam reduzidos à metade. Além de sinais típicos da SRS, a paciente apresentava algumas características clínicas sugestivas de displasia cleidocraniana. Assim, a translocação t(5;6) pode ter alterado a interação de genes de desenvolvimento e seus elementos reguladores, levando à desregulação de sua expressão espaço-temporal, e resultando num fenótipo atípico, com características sobrepostas de mais de uma síndrome genética
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Long distance transport of amino acids is mediated by several families of differentially expressed amino acid transporters. The two genes AAP1 and AAP2 encode broad specificity H+-amino acid co-transporters and are expressed to high levels in siliques of Arabidopsis, indicating a potential role in supplying the seeds with organic nitrogen. The expression of both genes is developmentally controlled and is strongly induced in siliques at heart stage of embryogenesis, shortly before induction of storage protein genes. Histochemical analysis of transgenic plants expressing promoter-GUS fusions shows that the genes have non-overlapping expression patterns in siliques. AAP1 is expressed in the endosperm and the cotyledons whereas AAP2 is expressed in the vascular strands of siliques and in funiculi. The endosperm expression of AAP1 during early stages of seed development indicates that the endosperm serves as a transient storage tissue for organic nitrogen. Amino acids are transported in both xylem and phloem but during seed filling are imported only via the phloem. AAP2, which is expressed in the phloem of stems and in the veins supplying seeds, may function in uptake of amino acids assimilated in the green silique tissue, in the retrieval of amino acids leaking passively out of the phloem and in xylem-to-phloem transfer along the path. The promoters provide excellent tools to study developmental, hormonal and metabolic control of nitrogen nutrition during development and may help to manipulate the timing and composition of amino acid import into seeds.
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Transgenerational effects can buffer populations against environmental change, yet little is known about underlying mechanisms, their persistence, or the influence of environmental cue timing. We investigated mitochondrial respiratory capacity (MRC) and gene expression of marine sticklebacks that experienced acute or developmental acclimation to simulated ocean warming (21°C) across three generations. Previous work showed that acute acclimation of grandmothers to 21°C led to lower (optimised) offspring MRCs. Here, developmental acclimation of mothers to 21°C led to higher, but more efficient offspring MRCs. Offspring with a 21°Cx17°C grandmother-mother environment mismatch showed metabolic compensation: their MRCs were as low as offspring with a 17°C thermal history across generations. Transcriptional analyses showed primarily maternal but also grandmaternal environment effects: genes involved in metabolism and mitochondrial protein biosynthesis were differentially expressed when mothers developed at 21°C, whereas 21°C grandmothers influenced genes involved in hemostasis and apoptosis. Genes involved in mitochondrial respiration all showed higher expression when mothers developed at 21° and lower expression in the 21°Cx17°C group, matching the phenotypic pattern for MRCs. Our study links transcriptomics to physiology under climate change, and demonstrates that mechanisms underlying transgenerational effects persist across multiple generations with specific outcomes depending on acclimation type and environmental mismatch between generations.
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We have constructed cDNA microarrays for soybean (Glycine max L. Merrill), containing approximately 4,100 Unigene ESTs derived from axenic roots, to evaluate their application and utility for functional genomics of organ differentiation in legumes. We assessed microarray technology by conducting studies to evaluate the accuracy of microarray data and have found them to be both reliable and reproducible in repeat hybridisations. Several ESTs showed high levels (>50 fold) of differential expression in either root or shoot tissue of soybean. A small number of physiologically interesting, and differentially expressed sequences found by microarray analysis were verified by both quantitative real-time RT-PCR and Northern blot analysis. There was a linear correlation (r(2) = 0.99, over 5 orders of magnitude) between microarray and quantitative real-time RT-PCR data. Microarray analysis of soybean has enormous potential not only for the discovery of new genes involved in tissue differentiation and function, but also to study the expression of previously characterised genes, gene networks and gene interactions in wild-type, mutant or transgenic; plants.
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The current RIKEN transcript set represents a significant proportion of the mouse transcriptome but transcripts expressed in the innate and acquired immune systems are poorly represented. In the present study we have assessed the complexity of the transcriptome expressed in mouse macrophages before and after treatment with lipopolysaccharide, a global regulator of macrophage gene expression, using existing RIKEN 19K arrays. By comparison to array profiles of other cells and tissues, we identify a large set of macrophage-enriched genes, many of which have obvious functions in endocytosis and phagocytosis. In addition, a significant number of LPS-inducible genes were identified. The data suggest that macrophages are a complex source of mRNA for transcriptome studies. To assess complexity and identify additional macrophage expressed genes, cDNA libraries were created from purified populations of macrophage and dendritic cells, a functionally related cell type. Sequence analysis revealed a high incidence of novel mRNAs within these cDNA libraries. These studies provide insights into the depths of transcriptional complexity still untapped amongst products of inducible genes, and identify macrophage and dendritic cell populations as a starting point for sampling the inducible mammalian transcriptome.