Recently, there has been extremely active in the research of stem cell biology. Stem cells have excellent potential for being the ultimate source of transplantable cells for many different tissues. Researchers hope to use stem cells to repair or replace diseased or damaged organs, leading to new treatments for human disorders that are currently incurable, including diabetes, spinal cord injury and brain diseases. There are primary sources of stem cells like embryonic stem cells and adult stem cells. Stem cells from embryos were known to give rise to every type of cell. However, embryonic stem cells still have a lot of disadvantages. First, transplanted cells sometimes grow into tumors. Second, the human embryonic stem cells that are available for research would be rejected by a patient's immune system. Tissue-matched transplants could be made by either creating a bank of stem cells from more human embryos, or by cloning a patient's DNA into existing stem cells to customize them. However, this is laborious and ethically contentious. These problems could be overcome by using adult stem cells, taken from a patient, that are treated to remove problems and then put back. Nevertheless, some researchers do not convince that adult stem cells could, like embryonic ones, make every tissue type. Human stem cell research holds enormous potential for contributing to our understanding of fundamental human biology. In this review, we discuss the recent progress in stem cell research and the future therapeutic applications.
Pluripotent stem cells only exist in a narrow window during early embryonic development, whereas multipotent stem cells are abundant throughout embryonic development and are retainedin various adult tissues and organs. While pluripotent stem cell lines have been established from several species, including mouse, rat, and human, it is still challenging to establish stable multipotent stem cell lines from embryonic or adult tissues. Based on current knowledge, we anticipate that by manipulating extrinsic and intrinsic signaling pathways, most if not all types of stem cells can be maintained in a long-term culture. In this article, we summarize current culture conditions established for the long-term maintenance of authentic pluripotent and multipotent stem cells and the signaling pathways involved. We also discuss the general principles of stem cell maintenance and propose several strategies on the establishment of novel stem cell lines through manipulation of signaling pathways.
Lineage tracing is a widely used method for understanding cellular dynamics in multicellular organisms during processes such as development, adult tissue maintenance, injury repair and tumorigenesis. Advances in tracing or tracking methods, from light microscopy-based live cell tracking to fluorescent label-tracing with two-photon microscopy, together with emerging tissue clearing strategies and intravital imaging approaches have enabled scientists to decipher adult stem and progenitor cell properties in various tissues and in a wide variety of biological processes. Although technical advances have enabled time-controlled genetic labeling and simultaneous live imaging, a number of obstacles still need to be overcome. In this review, we aim to provide an in-depth description of the traditional use of lineage tracing as well as current strategies and upcoming new methods of labeling and imaging.
Social requirements are needed for living in an aging society and individual longevity. Among them, improved health and medical cares, appropriate for an aging society are strongly demanded. Human cord blood-derived plasma (hUCP) has recently emerged for its unique anti-aging effects. In this study, we investigated brain rejuvenation, particularly olfactory function, that could be achieved by a systemic administration of young blood and its underlying mechanisms. Older than 24-month-old mice were used as an aged group and administered with intravenous injection of hUCP repetitively, eight times. Anti-aging effect of hUCP on olfactory function was evaluated by buried food finding test. To investigate the mode of action of hUCP, brain, serum and spleen of mice were collected for further ex vivo analyses. Systemic injection of hUCP improved aging-associated olfactory deficits, reducing time for finding food. In the brain, although an infiltration of activated microglia and its expression of cathepsin S remarkably decreased, significant changes of proinflammatory factors were not detected. Conversely, peripheral immune balance distinctly switched from predominance of Type 1 helper T (Th1) cells to alternative regulatory T cells (Tregs). These findings indicate that systemic administration of hUCP attenuates age-related neuroinflammation and subsequent olfactory dysfunction by modulating peripheral immune balance toward Treg cells, suggesting another therapeutic function and mechanism of hUCP administration.
Mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent adult stem cells that present immunosuppressive effects in experimental and clinical trials targeting various rare diseases including inflammatory bowel disease (IBD). In addition, recent studies have reported tryptophanyl-tRNA synthetase (WRS) possesses uncanonical roles such as angiostatic and anti-inflammatory effects. However, little is known about the function of WRS in MSC-based therapy. In this study, we investigated if a novel factor, WRS, secreted from MSCs has a role in amelioration of IBD symptoms and determined a specific mechanism underlying MSC therapy. Experimental colitis was induced by administration of 3% DSS solution to 8-week-old mice and human umbilical cord blood-derived MSCs (hUCB-MSCs) were injected intraperitoneally. Secretion of WRS from hUCB-MSCs and direct effect of WRS on isolated $CD4^+$ T cells was determined via in vitro experiments and hUCB-MSCs showed significant therapeutic rescue against experimental colitis. Importantly, WRS level in serum of colitis induced mice decreased and recovered by administration of MSCs. Through in vitro examination, WRS expression of hUCB-MSCs increased when cells were treated with interferon-${\gamma}$ ($IFN-{\gamma}$). WRS was evaluated and revealed to have a role in inhibiting activated T cells by inducing apoptosis. In summary, $IFN-{\gamma}$-mediated secretion of WRS from MSCs has a role in suppressive effect on excessive inflammation and disease progression of IBD and brings new highlights in the immunomodulatory potency of hUCB-MSCs.
We previously demonstrated that the direct transplantation of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells (hUCB-MSCs) into the dentate gyrus ameliorated the neurological symptoms of Niemann-Pick type C1 (NPC1)-mutant mice. However, the clinical presentation of NPC1-mutant mice was not fully understood with a molecular mechanism. Here, we found 14,15-epoxyeicosatrienoic acid (14,15-EET), a cytochrome P450 (CYP) metabolite, from hUCB-MSCs and the cerebella of NPC1-mutant mice and investigated the functional consequence of this metabolite. Our screening of the CYP2J family indicated a dysregulation in the CYP system in a cerebellar-specific manner. Moreover, in Purkinje cells, CYP2J6 showed an elevated expression level compared to that of astrocytes, granule cells, and microglia. In this regard, we found that one CYP metabolite, 14,15-EET, acts as a key mediator in ameliorating cholesterol accumulation. In confirming this hypothesis, 14,15-EET treatment reduced the accumulation of cholesterol in human NPC1 patient-derived fibroblasts in vitro by suppressing cholesterol synthesis and ameliorating the impaired autophagic flux. We show that the reduced activity within the CYP system in the cerebellum could cause the neurological symptoms of NPC1 patients, as 14,15-EET treatment significantly rescued cholesterol accumulation and impaired autophagy. We also provide evidence that the intranasal administration of hUCB-MSCs is a highly promising alternative to traumatic surgical transplantation for NPC1 patients.
microRNAs (miRNAs) are key regulators of cell state transition and retention during stem cell proliferation and differentiation by post-transcriptionally downregulating hundreds of conserved target genes via seed-pairing in their 3' untranslated region. In embryonic and adult stem cells, dozens of miRNAs that elaborately control stem cell processes by modulating the transcriptomic context therein have been identified. Some miRNAs accelerate the change of cell state into progenitor cell lineages—such as myoblast, myeloid or lymphoid progenitors, and neuro precursor stem cells—and other miRNAs decelerate the change but induce proliferative activity, resulting in cell state retention. This cell state choice can be controlled by endogenously or exogenously changing miRNA levels or by including or excluding target sites. This control of miRNA-mediated gene regulation could improve our understanding of stem cell biology and facilitate their development as therapeutic tools. [BMB Reports 2016; 49(1): 3-10]
Yukyeong Lee;Seung-Won Lee;Dahee Jeong;Hye Jeong Lee;Na Young Choi;Jin Seok Bang;Seokbeom Ham;Kinarm, Ko
International Journal of Stem Cells
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제16권1호
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pp.27-35
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2023
Background and Objectives: Spermatogonial stem cells (SSCs) are the most primitive cells in spermatogenesis and are the only adult stem cells capable of passing on the genome of a given species to the next generation. SSCs are the only adult stem cells known to exhibit high Oct4 expression and can be induced to self-reprogram into pluripotent cells depending on culture conditions. Epigenetic modulation is well known to be involved in the induction of pluripotency of somatic cells. However, epigenetic modulation in self-reprogramming of SSCs into pluripotent cells has not been studied. Methods and Results: In this study, we examined the involvement of epigenetic modulation by assessing whether selfreprogramming of SSCs is enhanced by treatment with epigenetic modulators. We found that second-generation selective class I HDAC inhibitors increased SSC reprogramming efficiency, whereas non-selective HDAC inhibitors had no effect. Conclusions: We showed that pluripotent stem cells derived from adult SSCs by treatment with small molecules with epigenetic modulator functions exhibit pluripotency in vitro and in vivo. Our results suggest that the mechanism of SSC reprogramming by epigenetic modulator can be used for important applications in epigenetic reprogramming research.
Johnson, Madeleine A.;Ables, Jessica L.;Eisch, Amelia J.
BMB Reports
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제42권5호
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pp.245-259
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2009
The process by which adult neural stem cells generate new and functionally integrated neurons in the adult mammalian brain has been intensely studied, but much more remains to be discovered. It is known that neural progenitors progress through distinct stages to become mature neurons, and this progression is tightly controlled by cell-cell interactions and signals in the neurogenic niche. However, less is known about the cell-intrinsic signaling required for proper progression through stages of adult neurogenesis. Techniques have recently been developed to manipulate genes specifically in adult neural stem cells and progenitors in vivo, such as the use of inducible transgenic mice and viral-mediated gene transduction. A critical mass of publications utilizing these techniques has been reached, making it timely to review which molecules are now known to play a cell-intrinsic role in regulating adult neurogenesis in vivo. By drawing attention to these isolated molecules (e.g. Notch), we hope to stimulate a broad effort to understand the complex and compelling cascades of intrinsic signaling molecules important to adult neurogenesis. Understanding this process opens the possibility of understanding brain functions subserved by neurogenesis, such as memory, and also of harnessing neural stem cells for repair of the diseased and injured brain.
Research on stem cells can be divided into three categories : pluripotent stem cell, adult stem cell, and induced pluripotent stem cell. Technology life cycle (TLC) on research stage is analyzed for the three stem cell categories based on diffusion model. Three diffusion models-logistic, Bass, and Bass model with integration constant (BMIC)-are applied to the number of articles related to each stem cell category in SCOPUS lists. Two different parameter estimation methods is used for each of logistic and Bass model. Results show that (1) the current year, 2015, lies in growth period at pluripotent stem cell and adult stem cell, and lies in growth period or maturity period at induced pluripotent stem cell. (2) Model fitness is the highest at BMIC model. (3) Imitation effect works best at the research area of induced pluripotent stem cell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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