Seed dormancy in Arabidopsis thaliana is controlled by alternative polyadenylation of DOG1

DOG1 is a key regulator of seed dormancy in Arabidopsis and other plants. Interestingly, the C-terminus of DOG1 is either absent or not conserved in many plant species. Here, we show that in Arabidopsis DOG1 transcript is subject to alternative polyadenylation. In line with this, mutants in RNA 3' processing complex display weakened seed dormancy in parallel with defects in DOG1 proximal polyadenylation site selection, suggesting that the short DOG1 transcript, is functional. This is corroborated by the finding that the proximally polyadenylated short DOG1 mRNA is translated in vivo and complements the dog1 mutation. In summary, our findings indicate that the short DOG1 protein isoform produced from the proximally polyadenylated DOG1 mRNA is a key player in the establishment of seed dormancy in Arabidopsis and characterize a set of mutants in RNA 3' processing complex required for production of proximally polyadenylated functional DOG1 transcript.

Alternative polyadenylation and splicing of mRNAs transcribed from the human Sin1 gene

Limited but significant sequence similarity has been observed between an uncharacterized human protein, SIN1, and the S. pombe SIN1, Dictyostelium RIP3 and S. cerevisiae AVO1 proteins. The human Sin1 gene has been automatically predicted (MAPKAP1; GenBank accession number NM_024117); however, this sequence appears to be incomplete. In this study, we have cloned and characterized the full-length human Sin1 mRNA and identified a highly conserved domain that defines the family of SIN1 orthologues, members of which are widely distributed in the fungal and metazoan kingdoms. We demonstrate that Sin1 transcripts can use alternative polyadenylation signals and describe a number of Sin1 splice variants that potentially encode functionally different isoforms. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fully modified 2′ MOE oligonucleotides redirect polyadenylation

Many genes have been described and characterized that have alternative polyadenylation signals at the 3′-end of their pre-mRNAs. Many of these same messages also contain destabilization motifs responsible for rapid degradation of the mRNA. Polyadenylation site selection can thus determine the stability of an mRNA. Fully modified 2′-O-methoxy ethyl/phosphorothioate oligonucleotides that hybridize to the 3′-most polyadenylation site or signal of E-selectin were able to inhibit polyadenylation at this site and redirect it to one of two upstream cryptic sites. The shorter transcripts produced after antisense treatment have fewer destabilization sequences, increased mRNA stability and altered protein expression. This study demonstrates that antisense oligonucleotides can be successfully employed to redirect polyadenylation. This is the first demonstration of the use of oligonucleotides to increase, rather than decrease, abundance of a message.

Heterogeneity in polyadenylation cleavage sites in mammalian mRNA sequences: implications for SAGE analysis

The analysis of a human thyroid serial analysis of gene expression (SAGE) library shows the presence of an abundant SAGE tag corresponding to the mRNA of thyroglobulin (TG). Additional, less abundant tags are present that can not be linked to any other known gene, but show considerable homology to the wild-type TG tag. To determine whether these tags represent TG mRNA molecules with alternative cleavage, 3′-RACE clones were sequenced. The results show that the three putative TG SAGE tags can be attributed to TG transcripts and reflect the use of alternative polyadenylation cleavage sites downstream of a single polyadenylation signal in vivo. By screening more than 300 000 sequences corresponding to human, mouse and rat transcripts for this phenomenon we show that a considerable percentage of mRNA transcripts (44% human, 22% mouse and 22% rat) show cleavage site heterogeneity. When analyzing SAGE-generated expression data, this phenomenon should be considered, since, according to our calculations, 2.8% of human transcripts show two or more different SAGE tags corresponding to a single gene because of alternative cleavage site selection. Both experimental and in silico data show that the selection of the specific cleavage site for poly(A) addition using a given polyadenylation signal is more variable than was previously thought.

Quantitative regulation of FLC via coordinated transcriptional initiation and elongation

The basis of quantitative regulation of gene expression is still poorly understood. In Arabidopsis thaliana, quantitative variation in expression of FLOWERING LOCUS C (FLC) influences the timing of flowering. In ambient temperatures, FLC expression is quantitatively modulated by a chromatin silencing mechanism involving alternative polyadenylation of antisense transcripts. Investigation of this mechanism unexpectedly showed that RNA polymerase II (Pol II) occupancy changes at FLC did not reflect RNA fold changes. Mathematical modeling of these transcriptional dynamics predicted a tight coordination of transcriptional initiation and elongation. This prediction was validated by detailed measurements of total and chromatin-bound FLC intronic RNA, a methodology appropriate for analyzing elongation rate changes in a range of organisms. Transcription initiation was found to vary ∼ 25-fold with elongation rate varying ∼ 8- to 12-fold. Premature sense transcript termination contributed very little to expression differences. This quantitative variation in transcription was coincident with variation in H3K36me3 and H3K4me2 over the FLC gene body. We propose different chromatin states coordinately influence transcriptional initiation and elongation rates and that this coordination is likely to be a general feature of quantitative gene regulation in a chromatin context.

Potranskrypcyjna regulacja ekspresji genu CELF1 - wpływ na patomechanizm dystrofii miotonicznej

Wydział Biologii: Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii

Analysis of wheat SAGE tags reveals evidence for widespread antisense transcription

BACKGROUND: Serial Analysis of Gene Expression (SAGE) is a powerful tool for genome-wide transcription studies. Unlike microarrays, it has the ability to detect novel forms of RNA such as alternatively spliced and antisense transcripts, without the need for prior knowledge of their existence. One limitation of using SAGE on an organism with a complex genome and lacking detailed sequence information, such as the hexaploid bread wheat Triticum aestivum, is accurate annotation of the tags generated. Without accurate annotation it is impossible to fully understand the dynamic processes involved in such complex polyploid organisms. Hence we have developed and utilised novel procedures to characterise, in detail, SAGE tags generated from the whole grain transcriptome of hexaploid wheat. RESULTS: Examination of 71,930 Long SAGE tags generated from six libraries derived from two wheat genotypes grown under two different conditions suggested that SAGE is a reliable and reproducible technique for use in studying the hexaploid wheat transcriptome. However, our results also showed that in poorly annotated and/or poorly sequenced genomes, such as hexaploid wheat, considerably more information can be extracted from SAGE data by carrying out a systematic analysis of both perfect and "fuzzy" (partially matched) tags. This detailed analysis of the SAGE data shows first that while there is evidence of alternative polyadenylation this appears to occur exclusively within the 3' untranslated regions. Secondly, we found no strong evidence for widespread alternative splicing in the developing wheat grain transcriptome. However, analysis of our SAGE data shows that antisense transcripts are probably widespread within the transcriptome and appear to be derived from numerous locations within the genome. Examination of antisense transcripts showing sequence similarity to the Puroindoline a and Puroindoline b genes suggests that such antisense transcripts might have a role in the regulation of gene expression. CONCLUSION: Our results indicate that the detailed analysis of transcriptome data, such as SAGE tags, is essential to understand fully the factors that regulate gene expression and that such analysis of the wheat grain transcriptome reveals that antisense transcripts maybe widespread and hence probably play a significant role in the regulation of gene expression during grain development.

A quantitative view of the transcriptome of Schistosoma mansoni adult-worms using SAGE

Abstract Background Five species of the genus Schistosoma, a parasitic trematode flatworm, are causative agents of Schistosomiasis, a disease that is endemic in a large number of developing countries, affecting millions of patients around the world. By using SAGE (Serial Analysis of Gene Expression) we describe here the first large-scale quantitative analysis of the Schistosoma mansoni transcriptome, one of the most epidemiologically relevant species of this genus. Results After extracting mRNA from pooled male and female adult-worms, a SAGE library was constructed and sequenced, generating 68,238 tags that covered more than 6,000 genes expressed in this developmental stage. An analysis of the ordered tag-list shows the genes of F10 eggshell protein, pol-polyprotein, HSP86, 14-3-3 and a transcript yet to be identified to be the five top most abundant genes in pooled adult worms. Whereas only 8% of the 100 most abundant tags found in adult worms of S. mansoni could not be assigned to transcripts of this parasite, 46.9% of the total ditags could not be mapped, demonstrating that the 3 sequence of most of the rarest transcripts are still to be identified. Mapping of our SAGE tags to S. mansoni genes suggested the occurrence of alternative-polyadenylation in at least 13 gene transcripts. Most of these events seem to shorten the 3 UTR of the mRNAs, which may have consequences over their stability and regulation. Conclusion SAGE revealed the frequency of expression of the majority of the S. mansoni genes. Transcriptome data suggests that alternative polyadenylation is likely to be used in the control of mRNA stability in this organism. When transcriptome was compared with the proteomic data available, we observed a correlation of about 50%, suggesting that both transcriptional and post-transcriptional regulation are important for determining protein abundance in S. mansoni. The generation of SAGE tags from other life-cycle stages should contribute to reveal the dynamics of gene expression in this important parasite.

Differenzielle Expression von Tubulin-Genen bei der Entwicklung von Blattzellen der Gerste (Hordeum vulgare L.)

Die Morphogenese einer Pflanzenzelle wird in großem Maße durch die Dynamik kortikaler Mikrotubuli (MT) bestimmt, die auf die Zellwandsynthese Einfluß nehmen. In dieser Arbeit wurden die Transkriptmengen der alpha-Tubulin-Isotypen und des gamma-Tubulin während der Entwicklung des Gerstenblattes analysiert, um Zusammenhänge zu bereits beschriebenen Umwandlungen im kortikalen MT-Cytoskelett der Mesophyllzellen aufzudecken. Erstmals konnte bei einer höheren Pflanze die Genexpression auf RNA-Ebene innerhalb einer Tubulin-Multigenfamilie im Verlauf der Blattentwicklung umfassend dargestellt werden.Es wurden blattspezifische cDNA-Bibliotheken erstellt und mittels RT-PCR homologe DNA-Gensonden für die Screeningprozesse der cDNA-Bibliotheken hergestellt. cDNA-Sequenzen von alpha-, beta-, und gamma-Tubulin konnten isoliert werden. Weitere, weniger abundante alpha-Tubulin-Sequenzen wurden während zusätzlicher Screeningrunden über PCR-Ausschluß häufig vertretener, bereits bekannter Isotypen isoliert.Die cDNA-Sequenzen von insgesamt fünf verschiedenen Isotypen des alpha-Tubulin konnten aufgeklärt werden, drei Isotypen wiesen bis zu fünf im nicht kodierenden 3´-Bereich verkürzte Varianten auf, die aber in ihrer Anzahl deutlich unterrepräsentiert waren. Die abgeleiteten Aminosäuresequenzen umfassten bei drei Isotypen 451 Aminosäuren (AS), zwei Isotypen waren im C-Terminus um eine bzw. um zwei AS kürzer. Die fünf alpha-Tubulin-Isotypen wiesen charakteristische Expressionsmuster auf, die in drei Klassen unterteilbar waren. Die Isotypen HVATUB1 und HVATUB5 (MT-Band-Isotypen) hatten den maximalen Gehalt in Blattbereichen, in denen auch hauptsächlich Mesophyllzellen mit kortikalen MT-Bänderungen vorkommen, wobei HVATUB5 den am schwächsten exprimierte Isotyp darstellte. HVATUB3 (Random-MT-Isotyp) zeigte die stärksten Expressionsraten. Die im Meristem und meristemnahen Bereichen bereits recht hohe Abundanz erreichte erst nach der Zellstreckungszone in einer Blattzone das Maximum, in dem hauptsächlich Mesophyllzellen mit zerstreut angeordneten MT anzutreffen sind. Die Isotypen HVATUB2 und HVATUB4 (MImax-Isotypen) waren in mitotisch aktiven, basalen Blattbereichen dominant.Die cDNA-Sequenz vom gamma-Tubulin der Gerste, HVGTUB, wurde ermittelt; die abgeleitete Aminosäuresequenz bestand aus 469 AS. Das Auftreten einer im nicht kodierenden 3´-Bereich kürzeren Variante konnte erstmals bei pflanzlichem gamma-Tubulin beschrieben werden. Southernblot-Analysen ließen darauf schließen, daß gamma-Tubulin nur als Einzelkopie im Genom der Gerste vorkommt. gamma-Tubulin wurde im mitosereichen Meristem der Blattbasis am stärksten exprimiert. Da die Abnahme der Transkriptmenge weitaus langsamer verlief als die Abnahme der Zellteilungsaktivität, ist anzunehmen, daß gamma-Tubulin neben der Erfüllung von mitose- und zellteilungsspezifischen Funktionen auch eine Rolle im Zusammenhang mit der Dynamik des kortikalen MT-Cytoskeletts spielt. Einen ersten Schritt zur Aufklärung der Genfamilie des beta-Tubulin bei Gerste stellt die Isolierung drei verschiedener cDNA-Sequenzen von beta-Tubulin dar.

Untersuchung des murinen, nukleären pSS- und SLE-Autoantigens La/SS-B unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen

Zusammenfassung der Dissertation von Christian Schörner 'Untersuchung des murinen, nukleären pSS- und SLE-Autoantigens La/SS-B unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen' am Fachbereich Biologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz Seren von Patienten mit Kollagenosen, wie SLE und pSS, enthalten Antikörper gegen das Autoantigen La/SS-B. Im murinen Tiermodell musste die Expression des La/SS-B verstanden werden. Das murine Strukturgen codierte für 13 Exons, das Start-AUG befand sich im Exon 2. Die alternativen mRNAs unterschieden sich nur in ihrer 5'-UTR. Das Exon 1b war im Vergleich zum Exon 1a am 3'-Ende um 27 Nukleotide verlängert. Die alternativen mRNAs entstanden durch einen Promotorwechsel in Kombination mit einem alternativen Spleißvorgang. Die Polyadenylierung erfolgte an zwei alternativen Polyadenylierungssequenzen. Die mRNAs waren vollständig gesplissen, zytoplasmatisch und funktionell. Die Exon 1a- und die Exon 1c-mRNA wurden ubiquitär exprimiert, die Exon 1b-mRNA dagegen nur in proliferierenden Zellen. Im C-Terminus fand sich eine Nager-spezifische Insertion sowie eine -deletion. Das Protein besaß mit 16 isoelektrischen Proteinformen eine hohe Ladungsheterogenität. NO steigerte die Proteinexpression um das 5fache und bewirkte eine Translokation des Proteins vom Zellkern in das Zytoplasma. Das humane La/SS-B-Neoepitop induzierte in Versuchstieren die Bildung von Antikörper gegen das Neoepitop und natives La/SS-B.

Identifizierung, Sequenzierung und Charakterisierung des Dmxl1-Gen in Mus musculus sowie die funktionelle Analyse durch Knock-Out

Identifizierung, Sequenzierung und Charakterisierung des Dmxl1-Gen in Mus musculus sowie die funktionelle Analyse durch Knock-OutrnrnBei Dmxl1 handelt es sich um ein neuartiges Gen aus Mus musculus. Das ebenfalls in der vorliegenden Arbeit bioinformatisch untersuchte Gen DMXL1 ist das zu Dmxl1 homologe Gen des Menschen. Beide Gene bestehen aus 43 Exons, das murine Dmxl1 codiert für eine mRNA von 10992 bp bzw. 12210 bp, das humane DMXL1 kodiert für eine cDNA von 11082 bp, der offene Leserahmen umfasst bei der Maus 9042 bp. In der Maus konnte ein mögliches alternatives Polyadenylierungssignal identifiziert werden. Zwischen beiden Spezies sind die Exonpositionen und ihre Längen hoch konserviert. Dmxl1 liegt auf dem Crick-Strang von Chromosom 18 Bande C, der translatierte Bereich erstreckt sich auf genomischer Ebene über 129558 bp und die Orientierung verläuft in Richtung Centromer. Dmxl1 und DMXL1 gehören damit zu den größten bekannten Genen in Maus und Mensch. Bei beiden Spezies liegen die DmX-Homologen genomisch innerhalb eines Bereichs der Isochoren-Klasse L1 in einer Gen-armen Region. Die Anzahl der repetitiven Elemente innerhalb der Genregion von Dmxl1 liegt 6% unter dem erwarteten Wert eines L1 Isochors, die Anzahl beim Menschen liegt 4% über dem erwarteten Wert. Um die mögliche Promotorstruktur von Dmxl1 darzustellen, wurden umfangreiche in silico-Analysen der Region um den putativen Transkriptionsstart vorgenommen. Mit Hilfe der gewonnenen Daten konnte ein Transkriptionstartpunkt identifiziert werden. Zudem wurde eine Promotorstruktur erarbeitet, bei der angenommen werden kann, dass sie eine gute Näherung an die tatsächlich vorhandenen Bindungsstellen von Transkriptionsfaktoren darstellt. Die mit bioinformatischen Werkzeugen erzeugte virtuelle Promotor- und Enhancerstruktur zeigt das Potenzial, Dmxl1 basal und ubiquitär zu exprimieren. Gleichzeitig zeigen diese Daten, dass Dmxl1 vermutlich in einigen Geweben der Keimbahn, im Fettgewebe, dem blutbildenen System und während der Embryogenese hochkomplex reguliert werden kann. Eine regulierte Expression zur Steuerung des Energiestoffwechsels ist ebenfalls wahrscheinlich. Diese Ergebnisse passen sehr gut zu den experimentell ermittelten Daten und den beobachteten Phänotypen Dmxl1-chimärer Mäuse.rnDie abgeleitete Aminosäuresequenz umfasst in der Maus 3013 AS, im Menschen 3027 AS, der Vergleich der abgeleiteten Aminosäuresequenzen zeigt eine Identität von 89,3 % und eine Similarität von 94,7 % zwischen beiden Spezies. Im Dmxl1/DMXL1-Protein von Maus und Mensch konnten mindestens 24 und maximal 36 WD-Wiederholungseinheiten identifiziert werden, zudem wurden eine Reihe weiterer konservierter Proteinmotive gefunden. Die in silico-Strukturanalysen beider abgeleiteter Aminosäuresequenzen lässt vermuten, dass sich C- und N-terminal WD-Propellerstrukturen befinden. In dieser Arbeit gelang eine C-terminale Rekonstruktion einer 10-blättrigen Propellerstruktur, denkbar ist jedoch auch eine Struktur mit mindestens drei WD-Propellern, wenn eine prädominante Struktur mit Propellern aus jeweils sieben Propellerblättern angenommen wird.rnDas primäre Ziel dieser Arbeit, die Etablierung einer stabilen Mauslinie mit diruptiertem Dmxl1-Gen konnte aufgrund einer beobachteten Haploinsuffizienz nicht erreicht werden. Trotz zahlreicher Transformationen von Maus-Stammzelllinien konnte letztlich nur eine stabil transformierte Linie mit einem Dmxl1-Null-Allel identifiziert werden, was auch zu den theoretischen Daten und den angenommenen Aufgaben von Dmxl1 als komplex und diffizil reguliertes Multifunktions-Protein passt. Aus der transformierten Mauszelllinie konnten chimäre Mäuse entwickelt werden, die in Abhängigkeit von dem Ausmaß des Chimärismus phänotypisch massive Schädigungen aufwiesen. Neben einer Teilsterilität wurden massive Fettleibigkeit und ein ausgeprägter Hypogonadismus beobachtet. Keines der Tiere war in der Lage das Dmxl1-Null-Allel zu transduzieren. Die Tiere waren nur sehr eingeschränkt fertil, die wenigen Nachkommen entsprachen genotypisch und phänotypisch ausschließlich den verwendeten Blastocysten.rn

Experimental studies on comparison of microwave curing and thermal curing of epoxy resins used for alternative mould materials

In this present work attempts have been made to study the glass transition temperature of alternative mould materials by using both microwave heating and conventional oven heating. In this present work three epoxy resins, namely R2512, R2515 and R2516, which are commonly used for making injection moulds have been used in combination with two hardeners H2403 and H2409. The magnetron microwave generator used in this research is operating at a frequency of 2.45 GHz with a hollow rectangular waveguide. In order to distinguish the effects between the microwave and conventional heating, a number of experiments were performed to test their mechanical properties such as tensile and flexural strengths. Additionally, differential scanning calorimeter technique was implemented to measure the glass transition temperature on both microwave and conventional heating. This study provided necessary evidences to establish that microwave heated mould materials resulted with higher glass transition temperature than the conventional heating. Finally, attempts were also made to study the microstructure of microwave-cured materials by using a scanning electron microscope in order to analyze the morphology of cured specimens.