Proceedings of the Korean Society of Developmental Biology Conference
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2003.10a
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pp.103-103
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2003
The purpose of this study is to evaluate an efficacy of in vitro differentiated human embryonic stem (hES, MB03) cells expressing Nurr1 in relief of symptomatic motor behavior of Parkinson's disease (PD) animal models MB03 was genetically modified to express Nurr1 protein and was induced to differentiate according to 2-/4+ protocol using retinoic acid and ascorbic acid. The differentiation-induced cells were selected for 10 to 20 days thereafter in N2 medium. Upon selection, cells expressing GFAP, TH, or NF200 were 38.8%, 11%, and 20.5%, respectively. in order to examine therapeutic effects of the differentiated cells in PD animal model, rats were unilaterally lesioned by administration of 6-kydroxydopamine HCI (6-OHDA) into medial forebrain region (MFB, AP -4.4 mm, ML 1.2 mm, DV 78 mm with incision bar set at -2.4 mm), as a reference to bregma and the surface of the skull. Confirmation of successful lesion by apomorphine-induced rotational behavior, differentiated cells were transplanted into the striatum (AP 1.0, ML 3.5, DV -5.0; AP 0.6, ML 2.5, DV -4.5). Improvements of asymmetric motor behavior by the transplantation were examined every two weeks after the surgery. In two weeks, numbers of rotation by the experimental rats were $-14.8 \pm 33.9%$ (P<0.05) of the number before transplantation, however, the ratio increased slightly to $13.6 \pm 56.3%$ in six weeks. In contrast, the ratio of sham-grafted animals ranged from 112.3+8.5% to 139.2+28.9% during the examination. Immunohistochemical studies further confirmed the presence, survival, migration, and expression of TH of the transplanted human cells.
Gene-manipulated mice were discovered for the first time about a quarter century ago. Since then, numerous sophisticated technologies have been developed and applied to answer key questions about the fundamental roles of the genes of interest. Functional genomics can be characterized into gain-of-function and loss-of-function, which are called transgenic and knock-out studies, respectively. To make transgenic mice, the most widely used technique is the microinjection of transgene-containing vectors into the embryonic pronucleus. However, there are critical drawbacks: namely position effects, integration of unknown copies of a foreign gene, and instability of the foreign DNA within the host genome. To overcome these problems, the ROSA26 locus was used for the knock-in site of a transgene. Usage of this locus is discussed for the gain of function study as well as for several brilliant approaches such as conditional/inducible transgenic system, reproducible/inducible knockdown system, specific cell ablation by Cre-mediated expression of DTA, Cre-ERTM mice as a useful tool for temporal gene regulation, MORE mice as a germ line delete and site specific recombinase system. Techniques to make null mutant mice include complicated steps: vector design and construction, colony selection of embryonic stem (ES) cells, production of chimera mice, confirmation of germ line transmission, and so forth. It is tedious and labor intensive work and difficult to approach. Thus, it is not readily accessible by most researchers. In order to overcome such limitations, technical breakthroughs such as reporter knock-in and gene knock-out system, production of homozygous mutant ES cells from a single targeting vector, and production of mutant mice from tetraploid embryos are developed. With these upcoming progresses, it is important to consider how we could develop these systems further and expand to other animal models such as pigs and monkeys that have more physiological similarities to humans.
Manipulation of the mouse genome by activating or inactivating the gene has contributed to the understanding of the function of the gene in the subset of cells during embryonic development or postnatal period of life. Most of all, gene targeting, which largely depends on the availability of mouse embryonic stem (ES) cells, is the milestone of development of animal models for human disease. Recombinase-mediated genome modification (Cre-LoxP and Flp-Frt etc) and the ligand-dependent regulation system, more accurate and elaborate manipulation tools, have been successfully developed and applied to dissect the mechanisms governing complex biological processes and to understand the role of protein in temporal-and spatial aspects of development. As technologies concerning refined manipulation of mouse genome are developed, they are expected to open new opportunities to better understand the diverse in vivo functions of genes.
Cho, Jae Won;Lim, Chun Kyu;Shin, Mi Ra;Bang, Kyoung Hee;Koong, Mi Kyoung;Jun, Jin Hyun
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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v.33
no.3
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pp.171-178
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2006
Objective: Human embryonic stem (ES) cells have a great potential in regenerative medicine and tissue engineering. The human ES cells could be differentiated into specific cell types by treatments of growth factors and alterations of gene expressions. However, the efficacy of guided differentiation and isolation of specific cells are still low. In this study, we characterized isolated cells from differentiated human ES cells by magnetic activated cell sorting (MACS) system using specific antibodies to cell surface markers. Methods: The undifferentiated hES cells (Miz-hESC4) were sub-cultured by mechanical isolation of colonies and embryoid bodies were spontaneously differentiated with DMEM containing 10% FBS for 2 weeks. The differentiated cells were isolated to positive and negative cells with MACS system using CD34, human epithelial antigen (HEA) and human fibroblast (HFB) antibodies, respectively. Observation of morphological changes and analysis of marker genes expression were performed during further culture of MACS isolated cells for 4 weeks. Results: Morphology of the CD34 positive cells was firstly round, and then it was changed to small polygonal shape after further culture. The HEA positive cells showed large polygonal, and the HFB positive spindle shape. In RT-PCR analysis of marker genes, the CD34 and HFB positive cells expressed endodermal and mesodermal genes, and HEA positive cells expressed ectodermal genes such as NESTIN and NF68KD. The marker genes expression pattern of CD34 positive cells changed during the extension of culture time. Conclusion: Our results showed the possibility of successful isolation of specific cells by MACS system from undirected differentiated human ES cells. Thus, MACS system and marker antibodies for specific cell types might be useful for guided differentiation and isolation of specific cells from human ES cells.
최근 의약적으로 유용한 단백질을 대량 생산키 위한 실현 가능한 방법이 유전자변환 가축의 이용과 관련되어 발전되어 왔다. 이러한 유전자 변환동물은 이종의 단백질을 유즙속으로 분비시키는 생체반응기로서 이용되고 있다. 이러한 전략적 목적을 위해 현재 유전자 변환동물의 생산을 위한 이용에 있어 여러 가지 방법들이 보고되고 있다. 그러나 ES 세포의 사용이 이러한 방법들 사이에서 가장 실질적인 것으로 추정되고 있다. 본 실험에서는 유전자 구축을 위해 사람 황체 호르몬(human luteinizing hormone; hLH)의 전사를 유도하기 위해 각각 2.2 및 0.5 kb의 토끼 $\beta$-casein pronoter 단편을 이용하여 생쥐의 유선에 hLH를 발현시키도록 조절하고 발현이 thynidine kinase(TK) pronoter에 의해 좌우되는 neo 유전자를 selectable marker로서 plasnid속에 삽입하였다. 그 결과 생긴 구축 유전자는 각각 pCas 2.2와 pCas 0.5로 명명하였다. 구축된 유전자로 2$\times$107의 TT-2 ES세포를 170V, 550$\mu$F로 100$\mu$g의 선상 plasmid에 의해 electroporation 시켰다. 감염된 colony들은 250$\mu$g/$m\ell$ G418을 함유하는 ESM 배양액에서 선별 7일 이후에 회수하여 성공적으로 감염된 ES세포는 PCR 및 Southern blot에 의해 확인되었고 그들 중 나머지는 trypsin 처리 후 각각 미세조작과 공배양 기술을 사용하여 ICR 생쥐의 8세포기 수정란 속에 도입하였다. 결국 24시간 동안 37$^{\circ}C$, 5% $CO_2$에서 배양된 배반포를 chimera의 생산을 위해 위임신 유기된 G418 선발처리 이후 400 및 275개의 ES 세포 colony가 생존하였으며, 3개의 ES 세포으 colony 의 genome 속에 임의적으로 plamid가 삽입된 것을 Southern blot에 의해 확인되었다. 총 13 chimera 생쥐가 3 colony로부터 생산되었으나 germ-line chimera는 현재 조사중이다. chimera 생산빈도는 공배양 기술보다 주입방법에서 현저히 높았다.
This experiment was designed to improve the production efficiency of germ-line chimeric mice from phospholipase C (PLC)-$\beta$3 or peroxiredoxin (Prx) E -targeted ($\Delta$) ES cells by the investigating the manipulation conditions and characteristics of Jl ES cells. Four targeting clones were isolated to investigate the karyotypical and morphological stability prior to injection. All clones ($\Delta$PLC$\beta$-3 C3, $\Delta$Prx II C3, C10 and I5) showed more than 80% euploidism, however, most of $\Delta$PLC$\beta$-3 C3 clones were extensively differentiated compared to the other clones. Nine of 13 $\Delta$Prx II chimeras appeared to have at least 80% chimerism, whereas $\Delta$PLC$\beta$-3 C3 chimeras had 20% chimerism at most. Therefore, the morphological stability of ES cells under stable euploidism might mainly affect the production rate of high-coat chimeric mice. To increase the collection rate of injectable blastocysts (IBs), 5 to 10 week -aged C57BL/6J female mice were sacrificed at 3.5 days post-coitum. Ten week-aged mice were the most optimal IB donors by showing the highest collection rate (2.94/mouse) of injectable blastocysts without increase of non-injectable embryos (0.29/mouse). Foster mothers might be another factor because ICR x C57BL/6J F1 foster mother showed more increased productivity in litter size (2.8 vs. 5.6) and chimera (0 vs. 35.3%) than those of ICR foster mothers. In conclusion, the efficient production of germ-line chimeras mainly depends on the maintenance of ES cell morphology during targeting procedure, and the establishment of manipulation conditions might be a key point to maximize it.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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