ES cell의 수립으로 특히 mouse를 중심으로 한 발생학, 유전학 연구의 획기적 발전과 형질변환 동물의 생산 및 동물 체내에서 유전자 기능의 탐구에 매우 큰 변혁을 가져오게 되었다. 또한 ES cell과 embryoid body는 체외 분화능의 연구에 있어 새로운 cytokine의 발견 및 세포 수준에서의 유전자 기능 해석의 강력한 연구수단으로서 폭 넓게 이용되어 질 수 있는 가능성을 시사하고 있다. 이는 ES cell line이 지닌 두 가지 장점, 즉, 유전자 조작의 용이함과, 거의 모든 종류의 성체 구성세포로 분화할 수 있는 성질 때문이다. 이러한 ES cell technology를 실제로 제반 학문과 특히, 인간에게 적용하기 위해서는 반드시 해결해야 할 중요한 문제점이 있다. 첫째로, ES cell을 대상으로 하는 형질변환 방법의 편의성 및 효율개선이 이루어 wu야 하며, 두 번째로 인간의 유전자 및 세포 이식 치료 등을 비롯한 제반 연구에 직접 적용 가능한 ES cell line의 수립과 체외에서 목적으로 하는 분화 세포를 얻기 위한 배양조건이 확립되어져야 한다. 이러한 목표를 달성하기 위해 ES cell의 발생, 분화과정에 있어서의 분자조절기구, 세포 특이적 promotor, 유도 signal등에 대한 연구가 활발히 진행되어져야 할 것이다.
토끼 배아세포(Embryonic Stem Cell)를 분리하기 위해 토끼 1-cell embryo를 채란하여 in vitro에서 blastocyst까지 배양한 후 mouse embryonic fibroblasts(MEF), rabbit embryonic fibroblasts(REF) 및 STO cell expressing Leukemia Inhibition Factor gene(SNL) feeder cell과 공배양하였다. 외관상 충실한 토끼 배아세포 8 개를 확보하였고 분리된 토끼 ES cell의 모양은 주위에 분화된 세포가 없는 전형적인 colony모양으로 성장하고 액체질소에 동결보존 및 3∼5차례의 계대배양 후에도 이러한 모양은 계속 유지되었다. 충분히 자란 dish를 1 : 2로 계대배양을 한 후 다시 confluent하게 자라는 데에 걸리는 시간(doubling time)은 빠른 경우 84시간으로 나타났다. 분리 된 토끼 ES cell은 gelatin이 coating되지 않은 culture dish에 이식 배양하였을 때 부유상태로 증식하면서 내부에 강이 생기고 외배엽과 내배엽이 형성하는 전형적인 Embryoid body 모양을 나타내어 분리된 ES cell이 미분화상태의 stem cell임이 확인되었다. 본 연구를 통해 토끼에서의 수정란 배양을 통해 토끼 배아세포를 분리하여 특성을 규명하였다 현재까지의 연구성과로는 토끼 수정란의 배양기술을 완벽하게 개발했다는 점과 토끼에서 ES cell을 분리하여 앞으로 유전자 조작의 가능성을 열어 놓은 것이다. 토끼 ES cell system이 완벽히 확립되도록 분리된 ES cell에 대한 미분화상태의 연구 및 미분화상태를 식별할 수 있는 marker등에 대한 연구에 이용될 것이고 복제토끼 및 형질전환토끼의 생산 등을 위한 연구에 이용될 수 있다.
Parthenogenetic embryonic stem (pES) cells could provide a valuable model for research into genomic imprinting and X-linked diseases. In this study, pES cell lines were established from oocytes of hybrid offspring of Kunming and 129/Sv mice, and pluripotency of pES cells was evaluated. The pES cells maintained in the undifferentiated state for more than 50 passages had normal karyotypes with XX sex chromosomes and exhibited high activities of alkaline phosphatase (AKP) and telomerase. Meanwhile, these cells expressed ES cell molecular markers SSEA-1, Oct-4, Nanog, and GDF3 but not SSEA-3 detected by immunohistochemistry and RT-PCR. The pES cells could be differentiated into various types of cells from three germ layers in vitro by analysis of embryoid bodies (EBs) with immunohistochemistry and RT-PCR, and in vivo by observation of pES cell-derived teratoma sections. Therefore, the established pES cell lines contained all features of mouse ES cells. This work provides a new strategy for isolating pES cells from Kunming mice, and the pES cell lines could be applied as the cell model in research into genomic imprinting and epigenetic regulation of Kunming mice.
본 연구에서는 C. diphtheriae toxin-A(DTA)를 합성하는 유전자를 tetracycline derivative인 doxycycline에 의해 발현이 유도되는 plasmid('Tet-on' system)에 삽입시켜, 이를 mouse ES cell에 도입시켰으며, 이렇게 제작된 mouse ES cell이 doxycycline의 처리 농도에 따라 mouse ES cell내의 DTA의 발현이 유도되어 이 결과 세포 사별(apoptosis)을 유발시키는 것을 MTT assay를 통해 확인하였다.
In differentiating human embryonic stem (d-hES) cells there are a number of types of cells which may secrete various nutrients and helpful materials for pre-implantation embryonic development. This study examined whether the d-hES could function as a feeder cell in vitro to support mouse embryonic development. By RT-PCR analysis, the d-hES cells revealed high expression of three germ-layered differentiation markers while having markedly reduced expression of stem cell markers. Also, in d-hES cells, LIF expression in embryo implantation-related material was confirmed at a similar level to undifferentiated ES cells. When mouse 2PN embryos were cultured in control M16 medium, co-culture control CR1aa medium or co-cultured with d-hES cells, their blastocyst development rate at embryonic day 4 (83.9%) were significantly better in the d-hES cell group than in the CR1aa group (66.0%), while not better than in the M16 group (90.7%)(p<0.05). However, at embryonic days 5 and 6, embryo hatching and hatched-out rates of the dhES cell group (53.6 and 48.2%, respectively) were superior to those of the M16 group (40.7 and 40.7%, respectively). At embryonic day 4, blastocysts of the d-hES cell group were transferred into pseudo-pregnant recipients, and pregnancy rate (75.0%) was very high compared to the other groups (M16, 57.1%; CR1aa, 37.5%). In addition, embryo implantation (55.9%) and live fetus rate (38.2%) of the d-hES cell group were also better than those of the other groups (M16, 36.7 and 18.3%, respectively; CR1aa, 23.2 and 8.7%, respectively). These results demonstrated that d-hES cells can be used as a feeder cell for enhancing in vitro and in vivo developmental potential of mouse pre-implantation embryos.
Suspension culture is a useful tool for culturing embryonic stem (ES) cells in large-scale, but the stability of pluripotency and karyotype has to be maintained $in$$vitro$ for clinical application. Therefore, we investigated whether the chromosomal abnormality of ES cells was induced in suspension culture or not. The ES cells were cultured in suspension as a form of aggregate with or without mouse embryonic fibroblasts (MEFs), and 0 or 1,000 U/ml leukemia inhibitory factor (LIF) was treated to suspended ES cells. After culturing ES cells in suspension, their karyotype, DNA content, and properties of pluripotency and differentiation were evaluated. As a result, the formation of tetraploid ES cell population was significantly increased in suspension culture in which ES cells were co-cultured with both MEFs and LIF. Tetraploid ES cell population was also generated when ES cells were cultured alone in suspension regardless of the existence of LIF. On the other hand, the formation of tetraploid ES cell population was not detected in LIF-free condition, in which MEFs were included. The origin of tetraploid ES cell population was turned out to be E14 ES cells and not MEFs by microsatellite analysis and the basic properties of them were still maintained despite ploidy-conversion to tetraploidy. Furthermore, we identified the ploidy shift from tetraploidy to near-triploidy as tetraploid ES cells were differentiated spontaneously. From these results, we demonstrated that suspension culture system could induce ploidy-conversion generating tetraploid ES cell population. Moreover, optimization of suspension culture system may make possible mass-production of ES cells.
Embryonic stem cell classically cultured on feeder layer with FBS contained ES medium. Feeder-free mouse ES cell culture systems are essential to avoid the possible contamination of nonES cells. First we determined the difference between ES cell and MEF by Oct4 population. We demonstrate to culture and to induce differentiation on feeder free condition using a commercially available mouse ES cell lines.
Lee, Jung Bok;Kim, Jin Mee;Kim, Sun Jong;Park, Jong Hyuk;Hong, Seok Ho;Roh, Sung Il;Kim, Moon Kyoo;Yoon, Hyun Soo
Molecules and Cells
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제19권1호
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pp.31-38
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2005
Human embryonic stem (hES) cells have unique features including unlimited growth capacity, expression of specific markers, normal karyotypes and an ability to differentiate. Many investigators have tried to use hES cells for cell-based therapy, but there is little information about the properties of available hES cell lines. We compared the characteristics of three hES cell lines. The expression of SSEA-1, -3, -4, and APase, was examined by immunocytochemistry, and Oct-4 expression was analyzed by RT-PCR. Differentiation of the hES cells in vitro and in vivo led to the formation of embryoid bodies (EBs) or teratomas. We examined the expression of tissue-specific markers in the differentiated cells by semiquantitative RT-PCR, and the ability of each hES cell line to proliferate was measured by flow cytometry of DNA content and ELISA. The three hES cell lines were similar in morphology, marker expression, and teratoma formation. However there were significant differences (P < 0.05) between the differentiated cells formed by the different cell lines in levels of expression of tissue-specific markers such as renin, kallikrein, Glut-2, ${\beta}-$ and ${\delta}-globin$, albumin, and ${\alpha}1-antitrypsin$ (${\alpha}1-AT$). The hES cell lines also differed in proliferative activity. Our observations should be useful in basic and clinical hES cell research.
Embryonic stem cell-preconditioned microenvironment is important for cancer cells properitities by change cell morphology and proliferation. This microenvironment induces cancer cell reprogramming and results in a change in cancer cell properties such as differentiation and migration. The cancer microenvironment affects cancer cell proliferation and growth. However, the mechanism has not been clarified yet. Using the ES-preconditioned 3-D microenvironment model, we provide evidence showing that the ES microenvironment inhibits proliferation and reduces oncogenic gene expression. But ES microenvironment has no effect on telomerase activity, cell viability, cellular senescence, and methylation on Oct4 promoter region. Furthermore, methylation of Nanog was increase on ES-preconditioned microenvironment and supports results that no difference on RNA expression levels. Taken together, these results demonstrated that in the ES-preconditioned 3-D microenvironment is a crucial role for cancer cell proliferation not senescence.
Objective: This study was to compare the characteristics between parthenogenetic mES (P-mES) cells and in vitro fertilization mES cells. Materials and Methods: Mouse oocytes were recovered from superovulated 4 wks hybrid F1 (C57BL/6xCBA/N) female mice. For parthenogenetic activation, oocytes were treated with 7% ethanol for 5 min and $5{\mu}g$/ml cytochalasin-B for 4 h. For IVF, oocytes were inseminated with epididymal sperm of hybrid F1 male mice ($1{times}10^6/ml$). IVF and parthenogenetic embryos were cultured in M16 medium for 4 days. Cell number count of blastocysts in those two groups was taken by differential labelling using propidium iodide (red) and bisbenzimide (blue). To establish ES cells, b1astocysts in IVF and parthenogenetic groups were treated by immunosurgery and recovered inner cell mass (ICM) cells were cultured in LIF added ES culture medium. To identify ES cells, the surface markers alkaline phosphatase, SSEA-1, 3,4 and Oct4 staining were examined in rep1ated ICM colonies. Chromosome numbers in P-mES and mES were checked. Also, in vitro differentiation potential of P-mES and mES was examined. Results: Although the cleavage rate (${\geq}$2-cell) was not different between IVF (76.3%) and parthenogenetic group (67.0%), in vitro development rate was significantly low in parthenogenetic group (24.0%) than IVF group (68.4%) (p<0.05). Cell number count of ICM and total cell in parthenogenetic b1astocysts ($9.6{\pm}3.1,\;35.1{\pm}5.2$) were signficantly lower than those of IVF blastocysts ($19.5{\pm}4.7,\;63.2{\pm}13.0$) (p<0.05). Through the serial treatment procedure such as immunosurgery, plating of ICM and colony formation, two ICM colonies in IVF group (mES, 10.0%) and three ICM colonies (P-mES, 42.9%) in parthenogenetic group were able to culture for extended duration (25 and 20 passages, respectively). Using surface markers, alkaline phosphatase, SSEA-l and Oct4 in P-mES and mES colony were positively stained. The number of chromosome was normal in ES colony from two groups. Also, in vitro neural and cardiac cell differentiation derived from mES or P-mES cells was confirmed. Conclusion: This study suggested that P-mES cells can be successfully established and that those cell lines have similar characteristics to mES cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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