Young Hyun Che;In Young Choi;Chan Eui Song;Chulsoo Park;Seung Kwon Lim;Jeong Hee Kim;Su Haeng Sung;Jae Hoon Park;Sun Lee;Yong Jun Kim
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.3
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pp.269-280
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2023
Background and Objectives: The colonic epithelial layer is a complex structure consisting of multiple cell types that regulate various aspects of colonic physiology, yet the mechanisms underlying epithelial cell differentiation during development remain unclear. Organoids have emerged as a promising model for investigating organogenesis, but achieving organ-like cell configurations within colonic organoids is challenging. Here, we investigated the biological significance of peripheral neurons in the formation of colonic organoids. Methods and Results: Colonic organoids were co-cultured with human embryonic stem cell (hESC)-derived peripheral neurons, resulting in the morphological maturation of columnar epithelial cells, as well as the presence of enterochromaffin cells. Substance P released from immature peripheral neurons played a critical role in the development of colonic epithelial cells. These findings highlight the vital role of inter-organ interactions in organoid development and provide insights into colonic epithelial cell differentiation mechanisms. Conclusions: Our results suggest that the peripheral nervous system may have a significant role in the development of colonic epithelial cells, which could have important implications for future studies of organogenesis and disease modeling.
Major characteristics of embryonic stem cells (ESCs) are sustaining of sternness and pluripotency by self-renewal. In this report, transcriptional profiles of the molecules in the developmentally important signaling pathways including Wnt, BMP4, $TGF-\beta$, RTK, Hh, Notch, and JAK/STAT signaling pathways were investigated to understand the self-renewal of mouse ESCs (mESCs), J1 line, and compared with the NIH3T3 cell line and mouse embryonic fibroblast (MEF) cells as controls. In the Wnt signaling pathway, the expression of Wnt3 was seen widely in mESCs, suggesting that the ligand may be an important regulator for self-renewal in mESCs. In the Hh signaling pathway, the expression of Gli and N-myc were observed extensively in mESCs, whereas the expression levels of in a Shh was low, suggesting that intracellular molecules may be essential for the self-renewal of mESCs. IGF-I, IGF-II, IGF-IR and IGF-IIR of RTK signaling showed a lower expression in mESCs, these molecules related to embryo development may be restrained in mESCs. The expression levels of the Delta and HESS in Notch signaling were enriched in mESCs. The expression of the molecules related to BMP and JAK-STAT signaling pathways were similar or at a slightly lower level in mESCs compared to those in MEF and NIH3T3 cells. It is suggested that the observed differences in gene expression profiles among the signaling pathways may contribute to the self-renewal and differentiation of mESCs in a signaling-specific manner.
Porcine embryonic stem (ES) cells have a great potential as tools for transgenic animal production and studies of regulation of differentiation genes. Although several studies showed successful derivation of porcine ES-like cells, these cells were not maintained long-term in culture. Therefore, this study was conducted to establish porcine pluripotent ES-like cells using in vivo fertilized embryos and to maintain these cells in long term culture. Porcine ES-like cells from in vivo embryos obtained by immunosurgery or whole explant culture were successfully cultured for over 56 passages. Morphology of porcine ES-like cells was flat-shaped with a monolayer type colony. These cells stained for alkaline phosphatase throughout the culture. Furthermore, porcine ES-like cells reacted with antibodies against Oct-4, SSEA-1, SSEA-4, Tra-1-60, and Tra-1-81, which are typical markers of undifferentiated stem cells. To characterize the ability of porcine ES-like cells to differentiate into three germ layers, embryoid body formation was induced. After plating of these cells, porcine ES-like cells were spontaneously differentiated into various cell types of all three germ layers. In addition, porcine ES-like cells were successfully derived from IVF blastocysts in media containing human recombinant basic fibroblast growth factor.
Hanna Lee;Ok-Yi Jeong;Hee Jin Park;Sung-Lim Lee;Eun-yeong Bok;Mingyo Kim;Young Sun Suh;Yun-Hong Cheon;Hyun-Ok Kim;Suhee Kim;Sung Hak Chun;Jung Min Park;Young Jin Lee;Sang-Il Lee
IMMUNE NETWORK
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v.23
no.6
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pp.45.1-45.22
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2023
Interstitial lung disease (ILD) involves persistent inflammation and fibrosis, leading to respiratory failure and even death. Adult tissue-derived mesenchymal stem cells (MSCs) show potential in ILD therapeutics but obtaining an adequate quantity of cells for drug application is difficult. Daewoong Pharmaceutical's MSCs (DW-MSCs) derived from embryonic stem cells sustain a high proliferative capacity following long-term culture and expansion. The aim of this study was to investigate the therapeutic potential of DW-MSCs in experimental mouse models of ILD. DW-MSCs were expanded up to 12 passages for in vivo application in bleomycin-induced pulmonary fibrosis and collagen-induced connective tissue disease-ILD mouse models. We assessed lung inflammation and fibrosis, lung tissue immune cells, fibrosis-related gene/protein expression, apoptosis and mitochondrial function of alveolar epithelial cells, and mitochondrial transfer ability. Intravenous administration of DWMSCs consistently improved lung fibrosis and reduced inflammatory and fibrotic markers expression in both models across various disease stages. The therapeutic effect of DW-MSCs was comparable to that following daily oral administration of nintedanib or pirfenidone. Mechanistically, DW-MSCs exhibited immunomodulatory effects by reducing the number of B cells during the early phase and increasing the ratio of Tregs to Th17 cells during the late phase of bleomycin-induced pulmonary fibrosis. Furthermore, DW-MSCs exhibited anti-apoptotic effects, increased cell viability, and improved mitochondrial respiration in alveolar epithelial cells by transferring their mitochondria to alveolar epithelial cells. Our findings indicate the strong potential of DW-MSCs in the treatment of ILD owing to their high efficacy and immunomodulatory and anti-apoptotic effects.
Objective: This study was carried out to establish the effectiveness of the vitrification method and the optimal cryoprotectants in the cryopreservation of human embryonic stem cells (ESC). Materials and Methods: Human ESC clumps established at Seoul National University Hospital (SNUhES 1) were cryopreserved with the vitrification method using the EM grid. EDS and EFS40 were used as vitrification solutions. Results: Between the EDS and EFS40 groups, there was no significant difference in the recovery rate after cryopreservation of human ESC. The formation rates of ESC colonies in the vitrified groups were significantly lower than those in the control ESC group (p<0.05, p<0.05). In addition, the formation rate of ESC colonies in the EDS group was significantly higher than that in the EFS40 group (p<0.05). The ESC colonies in the vitrified groups were significantly smaller after culture duration of 2 and 4 days, respectively, compared with the control ESC group (p<0.1, p<0.05). However, these effects could be reduced to nonsignificant level by the additional culture of ESC colonies. The vitrified human ESC retained the properties of pluripotent cells, including the expression of cell surface. markers for the undifferentiated cells such as alkaline phosphatase and SSEA-4 (stage-specific embryonic antigen-4), and the expression of transcription factor Oct-4 (octamer-binding transcription factor-4), and the normal karyotype. Conclusion: The vitrification method using the EM grid and EDS solution was confirmed to be very effective for the cryopreservation of human ESC.
MicroRNAs (miRNAs) are approximately 22 nucleotides of small noncoding RNAs that control gene expression at the posttranscriptional level through translational inhibition and destabilization of their target mRNAs. The miRNAs are phylogenetically conserved and have been shown to be instrumental in a wide variety of key biological processes including cell cycle regulation, apoptosis, metabolism, imprinting, and differentiation. Recently, a paper has shown that expression of the miRNA-302/367 cluster expressed abundantly in mouse and human embryonic stem cells (ESCs) can directly reprogram mouse and human somatic cells to induced pluripotent stem cells (iPSCs) efficiently in the absence of any of the four factors, Oct4, Sox2, c-Myc, and Klf4. To apply this efficient method to porcine, we analyzed porcine genomic sequence containing predicted porcine miRNA-302/367 cluster through ENSEMBL database, generated a non-replicative episomal vector system including miRNA-302/367 cluster originated from porcine embryonic fibroblasts (PEF), and tried to make porcine iPSCs by transfection of the miRNA-302/367 cluster. Colonies expressing EGFP and forming compact shape were found, but they were not established as iPSC lines. Our data in this study show that pig miRNA-302/367 cluster could not satisfy requirement of PEF reprogramming conditions for pluripotency. To make pig iPSC lines by miRNA, further studies on the role of miRNAs in pluripotency and new trials of transfection with conventional reprogramming factors are needed.
Liver transplantation is recommended for patients with liver failure, but liver donors are limited. This necessitates the development of artificial livers, and hepatocytes are necessary to develop such artificial livers. Although induced hepatocyte-like cells are used in artificial livers, the characteristics of mouse induced hepatocyte-like cells (miHeps) reprogrammed with embryonic fibroblasts have not yet been clarified. Therefore, this study investigated the mechanisms underlying the survival, function, and death of miHeps. miHeps showed decreased cell viability, increased cytotoxicity, decreased hepatic function, and albumin and urea secretion at passage 14. Addition of necrostatin-1 (NEC-1) to miHeps inhibited necrosome formation and reactive oxygen species generation and increased cell survival. However, NEC-1 did not affect the hepatic function of miHeps. These results provide a basis for development of artificial livers using hepatocytes.
Kim, Yoon-Young;Ku, Seung-Yup;Park, Yong-Bin;Oh, Sun-Kyung;Moon, Shin-Yong;Choi, Young-Min
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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v.36
no.4
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pp.283-292
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2009
Objective: Human embryonic stem cells (hESCs) can proliferate indefinitely and differentiate into all kinds of cell types in vitro. Therefore, hESCs can be used as a cell source for cell-based therapy. Transduction of foreign genes to hESCs could be useful for tracing differentiation processes of hESCs and elucidation of gene function. Thus, we tried to introduce enhanced green fluorescent protein (eGFP) gene to hESCs, XX and XY cell lines in this study. Methods: Lentivirus containing eGFP was packaged in 293T cells and applied to hESCs to transduce eGFP. Expression of transduced eGFP was evaluated under the fluorescence microscope and eGFP positive population was analyzed by FACS. Expression of undifferentiation state markers such as Oct4, Nanog, SSEA4 and Tra-1-81 was examined by RT-PCR and/or immunofluorescence in eGFP-hESCs after transduction. In addition, the ability of eGFP-hESCs to form embryoid bodies (EBs) was tested. Results: eGFP was successfully transduced to hESCs by lentivirus. eGFP expression was stably maintained up to more than 40 passages. eGFP-hESCs retained expression patterns of undifferentiation state markers after transduction. Interestingly, disappearance of transduced eGFP was notably observed during spontaneous differentiation of eGFP-hESCs. Conclusion: We established eGFP expressing hESC lines using lentivirus and showed the maintenance of undifferentiation characteristics of these eGFP-hESCs. This reporter-containing hESCs could be useful for tracing the processes of differentiation of hESCs and other studies.
As a preclinical study, many researchers have been attempted to convert the porcine PSCs into several differentiated cells with transplantation of the differentiated cells into the pigs. Here, we attempted to derive neuronal progenitor cells from pig embryonic germ cells (EGCs). As a result, neuronal progenitor cells could be derived directly from pig embryonic germ cells through the serum-free floating culture of EB-like aggregates (SFEB) method. Treating retinoic acid was more efficient for inducing neuronal lineages from EGCs rather than inhibiting SMAD signaling. The differentiated cells expressed neuronal markers such as PAX6, NESTIN, and SOX1 as determined by qRT-PCR and immunostaining. These data indicated that pig EGCs could provide valid models for human therapy. Finally, it is suggested that developing transgenic pig for disease models as well as differentiation methods will provide basic preclinical data for human regenerative medicine and lead to the success of stem cell therapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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