Chimeric animals are referred to as an organism composed of tissues derived from more than one species. In order to examine if a pluripotency of embryonic stem cells can cross the limitation of a species, we tried to establish human-mouse chimeric animals. Human embryonic stem cells were genetically modified to express eGFP using eukaryonic expression vector pcDNA 3.1 (In Vitrogene) for an easy identification. After selection with neomycin, approximately 15 cells were implanted into mouse blastocoele cavity. Ten chimeric blastocysts were transferred to one of the uterine horn of 2.5 days pesudopregnent ICR female. Out of 272 blastocysts transferred to pseudopregnant recipients 20 live newborn were obtained after 20 days. When newborn were obtained, pups were quickly removed immersed into 4% PFA. By histological examination using fluorescent microscope, green fluorescence was observed from the liver, heart, and spleen in newborn mice. Three weeks after born, presence of eGFP sequence within mouse genome (tail and kidney) was reconfirmed by PCR. eGFP sequence was amplified from the progenies of the animal suggesting a genetic transmission of the transgene. These chimeric mice having human cells at the beginning of development, are expected to recognize human cells as “self”, therefore, human cells or tissues will be able to escape the immunological surveillance of the host if grafted into the animal. These animals will serve as a good model system for studying the graft rejection in tissue transplantation and the potential of the cells to work well in many human disease.
Vitrification has been suggested to be an effective method for the cryopreservation of human ES cells. However, the efficiency of vitrification with different vehicles remains a matter of ongoing controversy. The objective of this study was to assess the efficiency of cryopreservation in human ES cells by vitrification using different vehicles. A human ES cell line and a variety of vehicles, including micro-droplet (MD), open-pulled straw (OPS) and electron microscopic grid (EM-grid), were employed in an attempt to assess vitrification efficiency. In order to evaluate the survivability and the undifferentiated state of the post-vitrified human ES cells, we conducted alkaline phosphatase staining and characterization via both RT-PCR and immunofluorescence assays. The survival rates of the post-vitrified human ES cells using MD, OPS and EM-grid were determined to be 61.5%, 66.6% and 53.8%, respectively. There also exist significant differences between slow-freezing and vitrification (p<0.01). However, no significant differences were detected between the vehicle types. Finally, the pluripotency of human ES cells after thawing was verified by teratoma formation. Cryopreservation using vitrification is more effective than slow-freezing, and the efficiency of vehicles proved effective with regard to the preservation of human ES cells.
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]
Previously, we generated monoclonal antibodies (MAbs) that bound to the surface of human embryonic stem cells (hESCs) in an attempt to discover new hESC-specific surface markers. In this study, MAb 47-235 (IgG1, ${\kappa}$) was selected for further characterization. The MAb bound to the surface of undifferentiated hESCs but did not bind to mouse ESCs or mouse embryonic fibroblast cells in flow cytometric analysis. The antibody immunoprecipitated a 47 kDa protein from the lysates of cell surface-biotinylated hESCs. Identification of the protein by quadrupole time of flight tandem mass spectrometry revealed that 47-235 binds to Ag 243-5 protein of Mycoplasma arginini. BM-Cyclin treatment of the hESCs that reacted with 47-235 resulted in loss of mycoplasma DNA and the reactivity to 47-235. Nevertheless, the hESCs that were reactive to 47-235 maintained self-renewal and pluripotency and thus could be differentiated into three embryonic germ layers.
We have developed a new passaging technique for the expansion of human embryonic stem cells (hESCs) that involves simply pipetting portions of hESCs acquired from colonies, reducing the laborious and time-consuming steps in the expansion of hESCs. Compared to general mechanical methods of passaging, our pipetting method allowed hESCs colonies to be broken into small fragments, which showed significantly higher attachment rates onto feeder cell layers. This technique produced three times the number of hESCs colonies than conventional mechanical methods. In addition, this pipetting method allowed us to distinguish differentiated hESCs from undifferentiated hESCs during hESCs colony pipetting. The hESCs cultured by pipetting method displayed normal human chromosomes for over 60 passages. According to RT-PCR and immunohistochemical analysis, the hESCs successfully maintained their undifferentiated state and pluripotency which was also confirmed by teratoma formation in viva Therefore, the pipetting method described in this study is a useful tool to efficiently and quickly expand hESCs on a large scale without enzyme treatment.
Kim, Young-Eun;Park, Jeong-A;Park, Sang-Kyu;Kang, Ho-Bum;Kwon, Hyung-Joo;Lee, Younghee
Development and Reproduction
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v.17
no.4
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pp.379-387
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2013
Embryonic stem (ES) cells can self-renew and differentiate to various cells depending on the culture condition. Although ES cells are a good model for cell type specification and can be useful for application in clinics in the future, studies on ES cells have many experimental restraints including low transfection efficiency and transgene expression. Here, we observed that transgene expression after transfection was enhanced by treatment with histone deacetylse (HDAC) inhibitors such as trichostatin A, sodium butyrate, and valproic acid. Transfection was performed using conventional transfection reagents with a retroviral vector encoding GFP under the control of CMV promoter as a reporter. Treatment of ES cells with HDAC inhibitors after transfection increased population of GFP positive cells up to 180% compared with untreated control. ES cells showed normal expression of stem cell markers after treatment with HDAC inhibitors. Transgene expression was further enhanced by modifying transfection procedure. GFP positive cells selected after transfection were proved to have the stem cell properties. Our improved protocol for enhanced gene delivery and expression in mouse ES cells without hampering ES cell properties will be useful for study and application of ES cells.
Pluripotent stem cells (PSCs) have enormous potential in the biomedical sciences because they can grow continuously and differentiate into any kind of cell in the body. However, for future application in regenerative medicine, it is still a challenge to control the differentiation of PSCs without using genetic materials. To control the differentiation of PSCs, small molecules might be the best substitute for genetic materials considering the following advantages: small size, which enables penetration of plasma membrane; easy-to-modify structure; and low chance of genetic recombination in treated cells. Herein, we introduce small molecules that induce the neuroectodermal differentiation of mouse embryonic stem cells (ESCs). The small molecules were identified via ESC-based consecutive screenings of small-molecule libraries composed of 324 natural compounds or 93 selected drugs. The natural compounds discovered in the first screening were used to select 93 structurally similar drugs out of 1,200 approved drugs. In the second screening, among the 93 compounds, we found 4 drugs that induced the neuroectodermal differentiation of ESCs. These drugs were progesteroneor corticoid-derivatives. Our results suggest that small molecules targeting the progesterone receptor or glucocorticoid receptor could be used as chemical tools to induce the differentiation of PSCs into a specific germ lineage.
Suh, Young Ju;Cho, Sun A;Shim, Jung Hee;Yook, Yeon Joo;Yoo, Kyung Hyun;Kim, Jung Hee;Park, Eun Young;Noh, Ji Yeun;Lee, Seong Ho;Yang, Moon Hee;Jeong, Hyo Seok;Park, Jong Hoon
Molecules and Cells
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v.26
no.4
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pp.338-343
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2008
An embryonic stem cell is a powerful tool for investigation of early development in vitro. The study of embryonic stem cell mediated neuronal differentiation allows for improved understanding of the mechanisms involved in embryonic neuronal development. We investigated expression profile changes using time course cDNA microarray to identify clues for the signaling network of neuronal differentiation. For the short time course microarray data, pattern analysis based on the quadratic regression method is an effective approach for identification and classification of a variety of expressed genes that have biological relevance. We studied the expression patterns, at each of 5 stages, after neuronal induction at the mRNA level of embryonic stem cells using the quadratic regression method for pattern analysis. As a result, a total of 316 genes (3.1%) including 166 (1.7%) informative genes in 8 possible expression patterns were identified by pattern analysis. Among the selected genes associated with neurological system, all three genes showing linearly increasing pattern over time, and one gene showing decreasing pattern over time, were verified by RT-PCR. Therefore, an increase in gene expression over time, in a linear pattern, may be associated with embryonic development. The genes: Tcfap2c, Ttr, Wnt3a, Btg2 and Foxk1 detected by pattern analysis, and verified by RT-PCR simultaneously, may be candidate markers associated with the development of the nervous system. Our study shows that pattern analysis, using the quadratic regression method, is very useful for investigation of time course cDNA microarray data. The pattern analysis used in this study has biological significance for the study of embryonic stem cells.
Kim, Jin-Sook;Kang, Ho-Bum;Song, Jee-Yeon;Oh, Goo-Taeg;Nam, Ki-Hoan;Lee, Young-Hee
Development and Reproduction
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v.9
no.2
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pp.105-114
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2005
Embryonic stem(ES) cells have tremendous potential as a cell source for cell-based therapies. Realization of that potential will depend on our ability to understand and manipulate the factors that influence cell fate decision and to develop methods for getting enough cell numbers for clinical applications. Hematopoiesis has been widely studied, and hematopoietic differentiation from ES cells is a good model to study lineage commitment. In this study, we investigated stemness and compared the efficiency of hematopoietic differentiation using two different mouse embryonic stem cell lines TC-1 and B6-1. Although the two cell lines showed known stem cell properties with minor differences, the embryoid body formation efficiency in methylcellulose was much higher in TC-1 than B6-1. When measured potentials of hematopoietic differentiation using functional(colony-forming cell) and phenotypic(specific marker expression) assays, we found that TC-1 can differentiate into hematopoietic cells in methylcellulose culture but B6-1 cannot. These results imply that we can improve the efficiency of hematopoietic cell differentiation by selection of proper cell lines and this may be also applied in the differentiation of human embryonic stem cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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