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.
Parthenogenetic embryonic stem (pES) cells could provide a valuable model for research into genomic imprinting and X-linked diseases. In this study, pES cell lines were established from oocytes of hybrid offspring of Kunming and 129/Sv mice, and pluripotency of pES cells was evaluated. The pES cells maintained in the undifferentiated state for more than 50 passages had normal karyotypes with XX sex chromosomes and exhibited high activities of alkaline phosphatase (AKP) and telomerase. Meanwhile, these cells expressed ES cell molecular markers SSEA-1, Oct-4, Nanog, and GDF3 but not SSEA-3 detected by immunohistochemistry and RT-PCR. The pES cells could be differentiated into various types of cells from three germ layers in vitro by analysis of embryoid bodies (EBs) with immunohistochemistry and RT-PCR, and in vivo by observation of pES cell-derived teratoma sections. Therefore, the established pES cell lines contained all features of mouse ES cells. This work provides a new strategy for isolating pES cells from Kunming mice, and the pES cell lines could be applied as the cell model in research into genomic imprinting and epigenetic regulation of Kunming mice.
Park, Jeong-A;Kim, Young-Eun;Seok, Hyun-Jeong;Park, Woo-Youn;Kwon, Hyung-Joo;Lee, Young-Hee
BMB Reports
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제44권3호
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pp.176-181
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2011
Inhibiting histone deacetylase (HDAC) activity modulates the epigenetic status of cells, resulting in an alteration of gene expression and cellular function. Here, we investigated the effects of HDAC inhibitors on mouse embryonic stem (ES) cells. The HDAC inhibitors trichostatin A, suberoylanilide hydroxamic acid, sodium butyrate, and valproic acid induced early differentiation of mouse ES cells and triggered induction of heat-shock protein (HSP)70. In contrast, class III HDAC inhibitors failed to induce differentiation or HSP70 expression. Transcriptional upregulation of HSP70 was confirmed by mRNA expression analysis, an inhibitor study, and chromatin immunoprecipitation. HSP70 induction was dependent on the SAPK/JNK, p38, and PI3K/Akt pathways. Differentiation and induction of HSP70 by a subset of HDAC inhibitors was also examined in human ES cells, which suggests that the phenomenon generally occurs in ES cells. A better understanding of the effects of HDAC inhibitors may give more insight into their application in stem cell biology.
Pluripotent stem cells only exist in a narrow window during early embryonic development, whereas multipotent stem cells are abundant throughout embryonic development and are retainedin various adult tissues and organs. While pluripotent stem cell lines have been established from several species, including mouse, rat, and human, it is still challenging to establish stable multipotent stem cell lines from embryonic or adult tissues. Based on current knowledge, we anticipate that by manipulating extrinsic and intrinsic signaling pathways, most if not all types of stem cells can be maintained in a long-term culture. In this article, we summarize current culture conditions established for the long-term maintenance of authentic pluripotent and multipotent stem cells and the signaling pathways involved. We also discuss the general principles of stem cell maintenance and propose several strategies on the establishment of novel stem cell lines through manipulation of signaling pathways.
토끼 배아세포(Embryonic Stem Cell)를 분리하기 위해 토끼 1-cell embryo를 채란하여 in vitro에서 blastocyst까지 배양한 후 mouse embryonic fibroblasts(MEF), rabbit embryonic fibroblasts(REF) 및 STO cell expressing Leukemia Inhibition Factor gene(SNL) feeder cell과 공배양하였다. 외관상 충실한 토끼 배아세포 8 개를 확보하였고 분리된 토끼 ES cell의 모양은 주위에 분화된 세포가 없는 전형적인 colony모양으로 성장하고 액체질소에 동결보존 및 3∼5차례의 계대배양 후에도 이러한 모양은 계속 유지되었다. 충분히 자란 dish를 1 : 2로 계대배양을 한 후 다시 confluent하게 자라는 데에 걸리는 시간(doubling time)은 빠른 경우 84시간으로 나타났다. 분리 된 토끼 ES cell은 gelatin이 coating되지 않은 culture dish에 이식 배양하였을 때 부유상태로 증식하면서 내부에 강이 생기고 외배엽과 내배엽이 형성하는 전형적인 Embryoid body 모양을 나타내어 분리된 ES cell이 미분화상태의 stem cell임이 확인되었다. 본 연구를 통해 토끼에서의 수정란 배양을 통해 토끼 배아세포를 분리하여 특성을 규명하였다 현재까지의 연구성과로는 토끼 수정란의 배양기술을 완벽하게 개발했다는 점과 토끼에서 ES cell을 분리하여 앞으로 유전자 조작의 가능성을 열어 놓은 것이다. 토끼 ES cell system이 완벽히 확립되도록 분리된 ES cell에 대한 미분화상태의 연구 및 미분화상태를 식별할 수 있는 marker등에 대한 연구에 이용될 것이고 복제토끼 및 형질전환토끼의 생산 등을 위한 연구에 이용될 수 있다.
Embryonic stem cells (ESCs), representing a population of undifferentiated pluripotent cells with both self-renewal and multilineage differentiation characteristics, are capable of spontaneous differentiation into cardiomyocytes. The present study sought to define the kinetic characterization of lactate dehydrogenase (LDH) and creatine kinase (CK) of ESC- and neonatal-derived cardiomyocytes. Spontaneously differentiated cardiomyocytes from embryoid bodies (EBs) derived from mouse ESC line (Royan B1) and neonatal cardiomyocytes were dispersed in a buffer solution. Enzymes were extracted by sonication and centrifugation for kinetic evaluation of LDH and CK with spectrophotometric methods. While a comparison between the kinetic properties of the LDH and CK of both groups revealed not only different Michaelis constants and optimum temperatures for LDH but also different Michaelis constants and optimum pH for CK, the pH profile of LDH and optimum temperature of CK were similar. In defining some kinetic properties of cardiac metabolic enzymes of ESC-derived cardiomyocytes, our results are expected to further facilitate the use of ESCs as an experimental model.
Lee, Seung-Won;Wu, Guangming;Choi, Na Young;Lee, Hye Jeong;Bang, Jin Seok;Lee, Yukyeong;Lee, Minseong;Ko, Kisung;Scholer, Hans R.;Ko, Kinarm
Molecules and Cells
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제41권7호
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pp.631-638
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2018
Spermatogonial stem cells (SSCs) derived from mouse testis are unipotent in regard of spermatogenesis. Our previous study demonstrated that SSCs can be fully reprogrammed into pluripotent stem cells, so called germline-derived pluripotent stem cells (gPS cells), on feeder cells (mouse embryonic fibroblasts), which supports SSC proliferation and induction of pluripotency. Because of an uncontrollable microenvironment caused by interactions with feeder cells, feeder-based SSC reprogramming is not suitable for elucidation of the self-reprogramming mechanism by which SSCs are converted into pluripotent stem cells. Recently, we have established a Matrigel-based SSC expansion culture system that allows longterm SSC proliferation without mouse embryonic fibroblast support. In this study, we developed a new feeder-free SSC self-reprogramming protocol based on the Matrigel-based culture system. The gPS cells generated using a feeder-free reprogramming system showed pluripotency at the molecular and cellular levels. The differentiation potential of gPS cells was confirmed in vitro and in vivo. Our study shows for the first time that the induction of SSC pluripotency can be achieved without feeder cells. The newly developed feeder-free self-reprogramming system could be a useful tool to reveal the mechanism by which unipotent cells are self-reprogrammed into pluripotent stem 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.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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