Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs), which are collectively called pluripotent stem cells (PSCs), have emerged as a promising source for regenerative medicine. Particularly, human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) have shown robust potential for regenerating injured heart. Over the past two decades, protocols to differentiate hPSCs into CMs at high efficiency have been developed, opening the door for clinical application. Studies further demonstrated therapeutic effects of hPSC-CMs in small and large animal models and the underlying mechanisms of cardiac repair. However, gaps remain in explanations of the therapeutic effects of engrafted hPSC-CMs. In addition, bioengineering technologies improved survival and therapeutic effects of hPSC-CMs in vivo. While most of the original concerns associated with the use of hPSCs have been addressed, several issues remain to be resolved such as immaturity of transplanted cells, lack of electrical integration leading to arrhythmogenic risk, and tumorigenicity. Cell therapy with hPSC-CMs has shown great potential for biological therapy of injured heart; however, more studies are needed to ensure the therapeutic effects, underlying mechanisms, and safety, before this technology can be applied clinically.
Park, Jeong-A;Kim, Young-Eun;Ha, Yang-Hwa;Kwon, Hyung-Joo;Lee, Young-Hee
BMB Reports
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v.45
no.5
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pp.299-304
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2012
The ubiquitin-proteasome system is a major proteolytic system for nonlysosomal degradation of cellular proteins. Here, we investigated the response of mouse embryonic stem (ES) cells under proteotoxic stress. Proteasome inhibitors induced expression of heat shock protein 70 (HSP70) in a concentration- and time-dependent manner, and also induced apoptosis of ES cells. Importantly, more apoptotic cells were observed in ES cells compared with other somatic cells. To understand this phenomenon, we further investigated the expression of HSP70 and pluripotent cell markers. HSP70 expression was more significantly increased in somatic cells than in ES cells, and expression levels of pluripotent cell markers such as Oct4 and Nanog were decreased in ES cells. These results suggest that higher sensitivity of ES cells to proteotoxic stress may be related with lower capacity of HSP70 expression and decreased pluripotent cell marker expression, which is essential for the survival of ES cells.
In the present study, embryoid bodies (EBs) obtained from induced pluripotent stem cells (iPSCs) were induced to differentiate into germ lineage cells by treatment with bone morphogenetic protein 4 (BMP4) and retinoic acid (RA). The results were compared to the results for embryonic stem cells (ESCs) and multipotent spermatogonial stem cells (mSSCs) and quantified using immunocytochemical analysis of germ cell-specific markers (integrin-${\alpha}6$, GFR-${\alpha}1$, CD90/Thy1), fluorescence activating cell sorting (FACS), and real time-RT-PCR. We show that the highest levels of germ cell marker-expressing cells were obtained from groups treated with 10 ng/$m{\ell}$ BMP4 or 0.01 ${\mu}M$ RA. In the BMP4-treated group, GFR-${\alpha}1$ and CD90/Thy-1 were highly expressed in the EBs of iPSCs and ESCs compared to EBs of mSSCs. The expression of Nanog was much lower in iPSCs compared to ESCs and mSSCs. In the RA treated group, the level of GFR-${\alpha}1$ and CD90/Thy-1 expression in the EBs of mSSCs Induced pluripotent stem cells, Mouse embryonic stem cells, Multipotent spermatogonial stem cells, Germ cell lineage, Differentiation potential. was much higher than the levels found in the EBs of iPSCs and similar to the levels found in the EBs of ESCs. FACS analysis using integrin-${\alpha}6$, GFR-${\alpha}1$, CD90/Thy1 and immunocytochemistry using GFR-${\alpha}1$ antibody showed similar gene expression results. Therefore our results show that iPSC has the potential to differentiate into germ cells and suggest that a protocol optimizing germ cell induction from iPSC should be developed because of their potential usefulness in clinical applications requiring patient-specific cells.
Sang Eun Kim;Jun Sung Lee;Keon Bong Oh;Jeong Ho Hwang
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.38
no.4
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pp.199-208
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2023
Background: Canine induced pluripotent stem cells (iPSCs) are an attractive source for veterinary regenerative medicine, disease modeling, and drug development. Here we used vitamin C (Vc) to improve the reprogramming efficiency of canine iPSCs, and its functions in the reprogramming process were elucidated. Methods: Retroviral transduction of Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc (OSKM), and GFP was employed to induce reprogramming in canine fetal fibroblasts. Following transduction, the culture medium was subsequently replaced with ESC medium containing Vc to determine the effect on reprogramming activity. Results: The number of AP-positive iPSC colonies dramatically increased in culture conditions supplemented with Vc. Vc enhanced the efficacy of retrovirus transduction, which appears to be correlated with enhanced cell proliferation capacity. To confirm the characteristics of the Vc-treated iPSCs, the cells were cultured to passage 5, and pluripotency markers including Oct4, Sox2, Nanog, and Tra-1-60 were observed by immunocytochemistry. The expression of endogenous pluripotent genes (Oct4, Nanog, Rex1, and telomerase) were also verified by PCR. The complete silencing of exogenously transduced human OSKM factors was observed exclusively in canine iPSCs treated with Vc. Canine iPSCs treated with Vc are capable of forming embryoid bodies in vitro and have spontaneously differentiated into three germ layers. Conclusions: Our findings emphasize a straightforward method for enhancing the efficiency of canine iPSC generation and provide insight into the Vc effect on the reprogramming process.
Yukyeong Lee;Seung-Won Lee;Dahee Jeong;Hye Jeong Lee;Na Young Choi;Jin Seok Bang;Seokbeom Ham;Kinarm, Ko
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.27-35
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2023
Background and Objectives: Spermatogonial stem cells (SSCs) are the most primitive cells in spermatogenesis and are the only adult stem cells capable of passing on the genome of a given species to the next generation. SSCs are the only adult stem cells known to exhibit high Oct4 expression and can be induced to self-reprogram into pluripotent cells depending on culture conditions. Epigenetic modulation is well known to be involved in the induction of pluripotency of somatic cells. However, epigenetic modulation in self-reprogramming of SSCs into pluripotent cells has not been studied. Methods and Results: In this study, we examined the involvement of epigenetic modulation by assessing whether selfreprogramming of SSCs is enhanced by treatment with epigenetic modulators. We found that second-generation selective class I HDAC inhibitors increased SSC reprogramming efficiency, whereas non-selective HDAC inhibitors had no effect. Conclusions: We showed that pluripotent stem cells derived from adult SSCs by treatment with small molecules with epigenetic modulator functions exhibit pluripotency in vitro and in vivo. Our results suggest that the mechanism of SSC reprogramming by epigenetic modulator can be used for important applications in epigenetic reprogramming research.
Graphene is a one-atom-thick sheet composed of carbon atoms only. It has a two-dimensional honeycomb structure with $sp^2$ orbital bonding, which presents some unique properties. Due to large Young's modulus, good electrical conductivity, ability to immobilize several kinds of small molecules and proteins, and biocompatibility of graphene, it has attracted interests inits ability to enhance cell growth and differentiation, followed by recent several studies. We reviewed about the osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells, and neurogenic differentiation of neuron stem cells, and the ectodermal and mesodermal differentiation of induced pluripotent stem cells using graphene. Graphene has not only enhanced the adhesion and proliferation of mesenchymal stem cells, but also led to the faster differentiation even without any other exogenous signals. Nonetheless, graphene has some cytotoxicities in its amount-response manner, which is critical to regenerative medicine. The cytotoxicities of graphene were compared with those of grapheneoxide and carbon nanotubes.
Because the average human life span has recently increased, the number of patients who are diagnosed with neurodegenerative diseases has escalated. Recent advances in stem cell research have given us access to unlimited numbers of multi-potent or pluripotent cells for screening for new drugs for neurodegenerative diseases. Neural stem cells (NSCs) are a good model with which to screen effective drugs that increase neurogenesis. Recent technologies for human embryonic stem cells (ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs) can provide human cells that harbour specific neurodegenerative disease. This article discusses the use of NSCs, ESCs and iPSCs for neurodegenerative drug screening and toxicity evaluation. In addition, we introduce drugs or natural products that are recently identified to affect the stem cell fate to generate neurons or glia.
Background and Objectives: The search for a suitable alternative for urethral defect is a challenge in the field of urethral tissue engineering. Induced pluripotent stem cells (iPSCs) possess multipotential for differentiation. The in vitro derivation of urothelial cells from mouse-iPSCs (miPSCs) has thus far not been reported. The purpose of this study was to establish an efficient and robust differentiation protocol for the differentiation of miPSCs into urothelial cells. Methods and Results: Our protocol made the visualization of differentiation processes of a 2-step approach possible. We firstly induced miPSCs into posterior definitive endoderm (DE) with glycogen synthase kinase-3𝛽 (GSK3𝛽) inhibitor and Activin A. We investigated the optimal conditions for DE differentiation with GSK3𝛽 inhibitor treatment by varying the treatment time and concentration. Differentiation into urothelial cells, was directed with all-trans retinoic acid (ATRA) and recombinant mouse fibroblast growth factor-10 (FGF-10). Specific markers expressed at each stage of differentiation were validated by flow cytometry, quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) assay, immunofluorescence staining, and western blotting Assay. The miPSC-derived urothelial cells were successfully in expressed urothelial cell marker genes, proteins, and normal microscopic architecture. Conclusions: We built a model of directed differentiation of miPSCs into urothelial cells, which may provide the evidence for a regenerative potential of miPSCs in preclinical animal studies.
Reproductive biotechnology has developed rapidly and is now able to overcome many birth difficulties due to infertility or the transmission of genetic diseases. Here we introduce the next generation of assisted reproductive technologies (ART), such as mitochondrial replacement technique (MRT) or genetic correction in eggs with micromanipulation. Further, we suggest that the transmission of genetic information from somatic cells to subsequent generations without gametes should be useful for people who suffer from infertility or genetic diseases. Pluripotent stem cells (PSCs) can be converted into germ cells such as sperm or oocytes in the laboratory. Notably, germ cells derived from nuclear transfer embryonic stem cells (NT-ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs) inherit the full parental genome. The most important issue in this technique is the generation of a haploid chromosome from diploid somatic cells. We hereby examine current science and limitations underpinning these important developments and provide recommendations for moving forward.
Park, Jongjin;Lee, Dong Gwang;Lee, Na Geum;Kwon, Min-Gi;Son, Yeon Sung;Son, Mi-Young;Bae, Kwang-Hee;Lee, Jangwook;Park, Jong-Gil;Lee, Nam-Kyung;Min, Jeong-Ki
BMB Reports
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v.55
no.3
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pp.142-147
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2022
Human pluripotent stem cells (PSCs) have been utilized as a promising source in regenerative medicine. However, the risk of teratoma formation that comes with residual undifferentiated PSCs in differentiated cell populations is most concerning in the clinical use of PSC derivatives. Here, we report that a monoclonal antibody (mAb) targeting PSCs could distinguish undifferentiated PSCs, with potential teratoma-forming activity, from differentiated PSC progeny. A panel of hybridomas generated from mouse immunization with H9 human embryonic stem cells (hESCs) was screened for ESC-specific binding using flow cytometry. A novel mAb, K312, was selected considering its high stem cell-binding activity, and this mAb could bind to several human induced pluripotent stem cells and PSC lines. Cell-binding activity of K312 was markedly decreased as hESCs were differentiated into embryoid bodies or by retinoic acid treatment. In addition, a cell population negatively isolated from undifferentiated or differentiated H9 hESCs via K312 targeting showed a significantly reduced expression of pluripotency markers, including Oct4 and Nanog. Furthermore, K312-based depletion of pluripotent cells from differentiated PSC progeny completely prevented teratoma formation. Therefore, our findings suggest that K312 is utilizable in improving stem cell transplantation safety by specifically distinguishing residual undifferentiated PSCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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