배아 줄기세포는 미분화상태에서 자가 재생을 유지할 수 있다. 자가 재생은 OCT4, SOX2와 NANOG와 같은 많은 인자들이 작용한다. 생쥐 배아 줄기세포에서 OCT4와 SOX2가 Nanog 프로모터에 결합하여 Nanog 유전자의 발현을 촉진한다는 사실은 생쥐 promoter에 관한 정밀분석으로 알려져 있다. 본 연구에서는 인간 Nanog promoter를 정밀 분석하기 위해 연속적인 결손 돌연변이를 가진 promoter-reporter construct를 제조하였다. Promoter의 최대 활성은 0.6 kb(-253/+365) promoter-reporter construct에서 발견되었으며, 이 construct에는 OCT4 및 SOX2의 결합부위가 포함된다. OCT4와 SOX2의 기여도를 확인하기 위하여 OCT4 및 SOX2의 결합부위에 자리 특이적 돌연변이를 유도하고 promoter 활성에 미치는 영향을 조사한 결과, OCT4나 SOX2 어느 한 군데라도 돌연변이가 존재하면 promoter 활성이 현저히 저해되었다. 본 연구 결과를 통해 인간 Nanog 유전자 발현에 있어 OCT4 및 SOX2가 필수적임을 직접적으로 확인할 수 있었다.
Embryonic stem (ES) cells can self-renew maintaining the undifferentiated state. Self renewal requires many factors such as Oct4, Sox2, FoxD3, and Nanog. NF-${\kappa}B$ is a transcription factor involved in many biological activities. Expression and activity of NF-${\kappa}B$ increase upon differentiation of ES cells. Reportedly, Nanog protein directly binds to NF-${\kappa}B$ protein and inhibits its activity in ES cells. Here, we found a potential binding site of NF-${\kappa}B$ in the human Nanog promoter and postulated that NF-${\kappa}B$ protein may regulate expression of the Nanog gene. We used human embryonic carcinoma (EC) cells as a model system of ES cells and confirmed decrease of Nanog and increase of NF-${\kappa}B$ upon differentiation induced by retinoic acid. Although deletion analysis on the DNA fragment including NF-${\kappa}B$ binding site suggested involvement of NF-${\kappa}B$ in the negative regulation of the promoter, site-directed mutation of NF-${\kappa}B$ binding site had no effect on the Nanog promoter activity. Furthermore, no direct association of NF-${\kappa}B$ with the Nanog promoter was detected during differentiation. Therefore, we conclude that NF-${\kappa}B$ protein may not be involved in transcriptional regulation of Nanog gene expression in EC cells and possibly in ES cells.
Embryonic stem cells (ESCs) have been used as a powerful tool for research including gene manipulated animal models and the study of developmental gene regulation. Among the critical regulatory factors that maintain the pluripotency and self-renewal of undifferentiated ESCs, NANOG plays a very important role. Nevertheless, because pluripotency maintaining factors and specific markers for livestock ESCs have not yet been probed, few studies of the NANOG gene from domestic animals including bovine have been reported. Therefore, we chose mouse ESCs in order to understand and compare NANOG expression between bovine, human, and mouse during ESCs differentiation. We cloned a 600 bp (-420/+181) bovine NANOG 5'-flanking region, and tagged it with humanized recombinant green fluorescent protein (hrGFP) as a tracing reporter. Very high GFP expression for bovine NANOG promoter was observed in the mouse ESC line. GFP expression was monitored upon ESC differentiation and was gradually reduced along with differentiation toward neurons and adipocyte cells. Activity of bovine NANOG (-420/+181) promoter was compared with already known mouse and human NANOG promoters in mouse ESC and they were likely to show a similar pattern of regulation. In conclusion, bovine NANOG 5-flanking region functions in mouse ES cells and has characteristics similar to those of mouse and human. These results suggest that bovine gene function studied in mouse ES cells should be evaluated and extrapolated for application to characterization of bovine ES cells.
Bovine embryonic stem cells have potential for use in research, such as transgenic cattle generation and the study of developmental gene regulation. The Nanog may play a critical role in maintenance of the undifferentiated state of embryonic stem cells in the bovine, as in murine and human. Nevertheless, efforts to study the bovine Nanog for pluripotency-maintaining factors have been insufficient. In this study, in order to understand the mechanisms of transcriptional regulation of the bovine Nanog, the 5'-flanking region of the Nanog was isolated from ear cells of Hanwoo. Results of transient transfection using a luciferase reporter gene under the control of serially deleted 5'-flanking sequences revealed that the -134 to -19 region contained the positive regulatory sequences for the transcription of the bovine Nanog. Results from mutagenesis studies demonstrated that the Sp1-binding site that is located in the proximal promoter region plays an important role in transcriptional activity of the bovine Nanog promoter. The electrophoretic mobility shift assay with the Sp1 specific antibody confirmed the specific binding of Sp1 transcription factor to this site. In addition, significant inhibition of Nanog promoter activity by the Sp1 mutant was observed in murine embryonic stem cells. Furthermore, chromatin-immunoprecipitation assay with the Sp1 specific antibody confirmed the specific binding of Sp1 transcription factor to this site. These results suggest that Sp1 is an essential regulatory factor for bovine Nanog transcriptional activity.
Objective: Nanog, a homeodomain protein, has been investigated in humans and mice using embryonic stem cells (ESCs). Because of the limited availability of ESCs, few studies have reported the function and role of Nanog in porcine ESCs. Therefore, in this study, we investigated the location of the porcine Nanog chromosome and its basal promoter activity, which might have potential applications in development of ESCs specific marker as well as understanding its operating systems in the porcine. Methods: To characterize the porcine Nanog promoter, the 5'-flanking region of Nanog was isolated from cells of mini-pig ears. BLAST database search showed that there are two porcine Nanog genomic loci, chromosome 1 and 5, both of which contain an exon with a start codon. Deletion mutants from the 5'-flanking region of both loci were measured using the Dual-Luciferase Reporter Assay System, and a fluorescence marker, green fluorescence protein. Results: Promoter activity was detected in the sequences of chromosome 5, but not in those of chromosome 1. We identified the sequences from -99 to +194 that possessed promoter activity and contained transcription factor binding sites from deletion fragment analysis. Among the transcription factor binding sites, a Sp1 was found to play a crucial role in basal promoter activity, and point mutation of this site abolished its activity, confirming its role in promoter activity. Furthermore, gel shift analysis and chromatin immunoprecipitation analysis confirmed that Sp1 transcription factor binds to the Sp1 binding site in the porcine Nanog promoter. Taken together, these results show that Sp1 transcription factor is an essential element for porcine Nanog basal activity the same as in human and mouse. Conclusion: We showed that the porcine Nanog gene is located on porcine chromosome 5 and its basal transcriptional activity is controlled by Sp1 transcription factor.
Human embryonic stem (ES) cells retain the capacity for self-renewal, are pluripotent and differentiate into the three embryonic germ layer cells. The regulatory transcription factors Oct4, Nanog and Sox2 play an important role in maintaining the pluripotency of human ES cells. The aim of this research was to identify unknown genes upregulated in human ES cells along with Oct4, Nanog, and Sox2. This study characterizes an unknown gene, named chromosome 1 open reading frame 31 (C1orf31) mapping to chromosome 1q42.2. The product of C1orf31 is the hypothetical protein LOC388753 having a cytochrome c oxidase subunit VIb (COX6b) motif. In order to compare expression levels of C1orf31 in human ES cells, human embryoid body cells, vascular angiogenic progenitor cells (VAPCs), cord-blood endothelial progenitor cells (CB-EPCs) and somatic cell lines, we performed RT-PCR analysis. Interestingly, C1orf31 was highly expressed in human ES cells, cancer cell lines and SV40-immortalized cells. It has a similar expression pattern to the Oct4 gene in human ES cells and cancer cells. Also, the expression level of C1orf31 was shown to be upregulated in the S phase and early G2 phase of synchronized HeLa cells, leading us to purpose that it may be involved in the S/G2 transition process. For these reasons, we assume that C1orf31 may play a role in on differentiation of human ES cells and carcinogenesis.
Estrogen related receptor $\beta$(Esrrb)는 오르판 수용체 중 하나로 전분화능 관련유전자인 Oct4와 Nanog의 발현을 조절함으로써 줄기세포의 미분화를 유지시키고, 지속적인 자기 복제를 가능케 하는 유전자로 알려져 있다. 또한 Feng 등 (2009)은 체세포에 Oct4, Sox2와 함께 Esrrb 유전자를 함께 도입하면, 유전자가 변형된 체세포가 배아 줄기세포와 유사한 유도만능줄기세포로 리프로그래밍(reprograming)되어 진다는 결과를 보고한 바 있다. 본 연구에서는 인간 ESRRB 단백질을 양수유래줄기세포 내로 직접도입하는 방법을 개발하고, 이를 통해 전분화능 관련유전자의 기능 조절을 확인하고자 하였다. 클로닝 된 인간 short-form ESRRB를 세포투과 펩타이드(cell-penetrating peptide, CPP)의 일종인 R7(아르기닌 7개)에 접합(Fusion)하였고, 합성단백질 (R7-ESRRB-His6)의 형태로 배양중인 인간 양수 유래 줄기세포에 처리하여 세포내로 도입하였다. R7-ESRRB-His6 단백질은 5시간 내에 세포막을 통과하였고, 24시간 내에 핵 내로 이동하였다. 또한 핵 내로 이동한 ESRRB 단백질은 OCT4와 NANOG 유전자의 발현을 증가시켰을 뿐만 아니라, 또 다른 전분화능 관련유전자인 SOX2의 발현도 함께 증가시킨다는 것을 확인하였다. 이상의 결과는 세포투과 펩타이드와 유전자의 접합을 통해 생산된 R7-ESRRB-His6 합성단백질이 양수유래줄기세포내로 원활하게 도입되는 것을 확인하였고, 유전자의 변형 없이 전분화능 관련유전자의 기능을 조절할 수 있는 방법임을 확인하였다.
The trophectoderm is one of the earliest cell types to differentiate in the forming placenta. It is an important for the initial implantation and placentation during pregnancy. Trophoblast stem cells (TBSCs) develop from the blastocyst and are maintained by signals emanating from the inner cell mass. However, several limitations including rarity and difficulty in isolation of trophoblast stem cells derived from blastocyst still exist. To establish a model for trophoblast differentiation, we isolated TBSCs from human term placenta ($\geq$38 weeks) and characterized. Cell cycle was analyzed by measuring DNA content by FACS analysis and phenotype of TBSCs was characterized by RT-PCR and FACS analysis. TBSCs have expressed various markers such as self-renewal markers (Nanog, Sox2), three germ layer markers (hNF68, alpha-cardiac actin, hAFP), trophoblast specific markers (CDX-2, CK7, HLA-G), and TERT gene. In FACS analysis, TBSCs isolated from term placenta showed that the majority of cells expressed CD13, CD44, CD90, CD95, CD105, HLA-ABC, cytokeratin 7, and HLA-G. Testing for CD31, CD34, CD45, CD71, vimentin and HLA-DR were negative. TBSCs were shown to decrease the growth rate when cultured in conditioned medium without FGF4/heparin as well as the morphology was changed to a characteristic giant cell with a large cytoplasm and nucleus. In invasion assay, TBSCs isolated from term placenta showed invasion activities in in vivo using nude mice and in vitro Matrigel system. Taken together, these results support that an isolation potential of TBSCs from term placenta as well as a good source for understanding of the infertility mechanism.
Yang, Jungyun;Kwon, Jihye;Kim, Miyeon;Bae, Yunkyung;Jin, Hyejin;Park, Hohyun;Eom, Young Woo;Rhee, Ki-Jong
대한의생명과학회지
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제21권1호
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pp.40-49
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2015
Mesenchymal stem cells (MSCs) have the ability to self-renew and differentiate into multi-lineage cells, thus highlighting the feasibility of using umbilical cord blood-derived MSCs (UCB-MSCs) for cell-therapy and tissueengineering. However, the low numbers of UCB-MSC derived from clinical samples requires that an ex vivo expansion step be implemented. As most stem cells reside in low oxygen tension environments (i.e., hypoxia), we cultured the UCBMSCs under 3% $O_2$ or 21% $O_2$ and the following parameters were examined: proliferation, senescence, differentiation and stem cell specific gene expression. UCB-MSCs cultured under hypoxic conditions expanded to significantly higher levels and showed less senescence compared to UCB-MSCs cultured under normoxic conditions. In regards to differentiation potential, UCB-MSCs cultured under hypoxic and normoxic conditions both underwent similar levels of osteogenesis as determined by ALP and von Kossa assay. Furthermore, UCB-MSCs cultured under hypoxic conditions exhibited higher expression of OCT4, NANOG and SOX2 genes. Moreover, cells expanded under hypoxia maintained a stem cell immnunophenotype as determined by flow cytometry. These results demonstrate that the expansion of human UCB-MSCs under a low oxygen tension microenvironment significantly improved cell proliferation and differentiation. These results demonstrate that hypoxic culture can be rapidly and easily implemented into the clinical-scale expansion process in order to maximize UCB-MSCs yield for application in clinical settings and at the same time reduce culture time while maintaining cell product quality.
Background: Recently, there has been a growing interest in stem cells for human medicine. Limited feline endometrial mesenchymal stem cell (fEM-MSC) research in veterinary medicine necessitates reporting for future feline disease research and therapy. Objectives: This study aimed to isolate fEM-MSCs from feline endometrial tissues and evaluate their morphology, proliferative ability, differentiation ability, and immunophenotype. Methods: Feline endometrial tissues were obtained from the ovariohysterectomies of healthy cats and isolated using an enzymatic method. The morphology and proliferative ability of the isolated cells were assessed using a doubling time (DT) assay from passages 3 to 6 (P3 - P6). We measured pluripotency gene expressions of cells in P2 using quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR). To investigate MSC characteristics, a trilineage differentiation assay was conducted in P4, and cells in P4 were immunophenotyped using flow cytometry. Results: fEM-MSCs showed a typical spindle-shaped morphology under a microscope, and the DT was maintained from P3 to P6. fEM-MSCs could differentiate into adipocytes, osteoblasts, and chondrocytes, and expressed three pluripotency markers (OCT4, SOX2, and NANOG) by qRT-PCR. Immunophenotypic analysis showed that the fEM-MSCs were CD14 -, CD34 -, CD45 -, CD9+, and CD44+. Conclusions: In this study, the feline endometrium was a novel source of MSCs, and to the best of our knowledge, this is the first report on the isolation method and characteristics of fEM-MSCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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