Lee, C.K.;Moore, K.;Scales, N.;Westhusin, M.;Newton, G.;Im, K.S.;Piedrahita, J.A.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제13권5호
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pp.587-594
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2000
At present embryonic stem (ES) cells with confirmed pluripotential properties are only available in the mouse. Recently, we were able to isolate, culture and genetically transform primordial germ cell (PGC)-derived cells from pig embryos and demonstrate their ability to contribute to chimera development in the pig. In order to determine whether the system we developed could be used to isolate embryonic germ (EG) cells from other mammalian species, we placed isolated PGCs from cattle, goats, rabbits and rats in culture. Briefly, PGCs were isolated from fetuses of cow (day 30-50), goat (day 25), rabbit (day 15-18) and rat (day 11-12), and plated on STO feeder cells in Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM): Ham's F10 medium (1:1) supplemented with 0.01 mM nonessential amino acids, 2 mM L-glutamine, 0.1 mM $\beta$ - mercaptoethnol, soluble recombinant human stem cell factor (SCF; 40ng/ml), human basic fibroblast growth factor (bFGF; 20ng/ml) and human leukemia inhibitory factor (LIF; 20ng/ml). For maintenance of the cells, colonies were passed to fresh feeders every 7-10 days. In all species tested, we were able to obtain and maintain colonies with ES-like morphology. Their developmental potential was tested by alkaline phosphatase (AP) staining and in vitro differentiation assay. For genetic transformation, cells were electroporated with a construct containing the green fluorescent protein (GFP) under the control of the cytomegalovirus (CMV) promoter. GFP-expressing colonies were detected in cattle, rabbits and rats. These results suggest that PGC-derived cells from cattle, goats, rabbits and rats can be isolated, cultured, and genetically transformed, and provide the basis for analyzing their developmental potential and their possible use for the precise genetic modification of these species.
Park, Min Hee;Park, Ji Eun;Kim, Min Seong;Lee, Kwon Young;Hwang, Jae Yeon;Yun, Jung Im;Choi, Jung Hoon;Lee, Eunsong;Lee, Seung Tae
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제29권10호
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pp.1398-1406
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2016
In general, the seminiferous tubule basement membrane (STBM), comprising laminin, collagen IV, perlecan, and entactin, plays an important role in self-renewal and spermatogenesis of spermatogonial stem cells (SSCs) in the testis. However, among the diverse extracellular matrix (ECM) proteins constituting the STBM, the mechanism by which each regulates SSC fate has yet to be revealed. Accordingly, we investigated the effects of various ECM proteins on the maintenance of the undifferentiated state of SSCs in pigs. First, an extracellular signaling-free culture system was optimized, and alkaline phosphatase (AP) activity and transcriptional regulation of SSC-specific genes were analyzed in porcine SSCs (pSSCs) cultured for 1, 3, and 5 days on non-, laminin- and collagen IV-coated Petri dishes in the optimized culture system. The microenvironment consisting of glial cell-derived neurotrophic factor (GDNF)-supplemented mouse embryonic stem cell culture medium (mESCCM) (GDNF-mESCCM) demonstrated the highest efficiency in the maintenance of AP activity. Moreover, under the established extracellular signaling-free microenvironment, effective maintenance of AP activity and SSC-specific gene expression was detected in pSSCs experiencing laminin-derived signaling. From these results, we believe that laminin can serve as an extracellular niche factor required for the in vitro maintenance of undifferentiated pSSCs in the establishment of the pSSC culture system.
Gangliosides play an important role in neuronal differentiation processes. The regulation of ganglioside levels is related to the induction of neuronal cell differentiation. In this study, the ST8Sia5 gene was transfected into mESCs and then differentiated into neuronal cells. Interestingly, ST8Sia5 gene transfected mESCs expressed GQ1b by HPTLC and immunofluorescence analysis. To investigate the effects of GQ1b over-expression in neurogenesis, neuronal cells were differentiated from GQ1b expressing mESCs in the presence of retinoic acid. In GQ1b expressing mESCs, increased EBs formation was observed. After 4 days, EBs were co-localized with GQ1b and nestin, and GFAP. Moreover, GQ1b co-localized with MAP-2 expressing cells in GQ1b expressing mESCs in 7-day-old EBs. Furthermore, GQ1b expressing mESCs increased the ERK1/2 MAP kinase pathway. These results suggest that the ST8Sia5 gene increases ganglioside GQ1b and improves neuronal differentiation via the ERK1/2 MAP kinase pathway.
While adipose-derived stem cell-conditioned medium (ADSC-CM) has been demonstrated to promote skin wound healing, the mechanism regulating this effect remains unelucidated. In this study, we aimed to investigate the role of Ell3 in the wound healing activity of ADSC-CM. In vitro analysis revealed that Ell3 suppression in ADSCs impairs the promotive activity of ADSC-CM on the proliferation and migration of mouse embryonic fibroblasts (MEF) and normal human dermal fibroblasts (NHDF). Consistently, the expression of MMP family genes, which regulate cell proliferation and migration, was significantly suppressed in MEF and NHDF treated with siEll3-transfected ADSC-CM. Proinflammatory cytokines, such as interleukin-1 and interleukin-6, were highly expressed in MEF treated with siEll3-transfected ADSC-CM. The wound healing activity of siEll3-transfected ADSC-CM was significantly lower than that of the control in vivo. Our results suggest that Ell3 may contribute to the inhibition of inflammatory response during skin wound healing.
Lee, Ji-Eun;Cho, Kyu Eun;Lee, Kyung Eun;Kim, Jaesang;Bae, Yun Soo
Molecules and Cells
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제37권12호
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pp.907-911
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2014
The function of reactive oxygen species (ROS) as second messengers in cell differentiation has been demonstrated only for a limited number of cell types. Here, we used a well-established protocol for BMP2-induced neuronal differentiation of neural crest stem cells (NCSCs) to examine the function of BMP2-induced ROS during the process. We first show that BMP2 indeed induces ROS generation in NCSCs and that blocking ROS generation by pretreatment of cells with diphenyleneiodonium (DPI) as NADPH oxidase (Nox) inhibitor inhibits neuronal differentiation. Among the ROS-generating Nox isozymes, only Nox4 was expressed at a detectable level in NCSCs. Nox4 appears to be critical for survival of NCSCs at least in vitro as down-regulation by RNA interference led to apoptotic response from NCSCs. Interestingly, development of neural crest-derived peripheral neural structures in Nox4-/- mouse appears to be grossly normal, although Nox4-/- embryos were born at a sub-Mendelian ratio and showed delayed over-all development. Specifically, cranial and dorsal root ganglia, derived from NCSCs, were clearly present in Nox4-/- embryo at embryonic days (E) 9.5 and 10.5. These results suggest that Nox4-mediated ROS generation likely plays important role in fate determination and differentiation of NCSCs, but other Nox isozymes play redundant function during embryogenesis.
Kim Kye-Seong;Lim Jung-Jin;Yang Yun-Hee;Kim Soo-Kyoung;Yoon Tae-Ki;Cha Kwang-Yul;Lee Dong-Ryul
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권9호
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pp.1347-1354
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2006
The aims of this study were to establish a simple and effective method for isolating male germline stem cells (GSCs), and to test the possibility of using these cells as a new approach for male infertility treatment. Testes obtained from neonatal and adult mice were manually decapsulated. GSCs were collected from seminiferous tubules by a two-step enzyme digestion method and plated on gelatin-coated dishes. Over 5-7 days of culture, GSCs obtained from neonates and adults gave rise to large multicellular colonies that were subsequently grown for 10 passages. During in vitro proliferation, oct-4 and two immunological markers (Integrin ${\beta}1,\;{\alpha}6$) for GSCs were highly expressed in the cell colonies. During another culture period of 6 weeks to differentiate to later stage germ cells, the expression of oct-4 mRNA decreased in GSCs and Sertoli cells encapsulated with calcium alginate, but the expression of c-kit and testis-specific histone protein 2B(TH2B) mRNA as well as the localization of c-kit protein was increased. Expression of transition protein (TP-l) and localization of peanut agglutinin were not seen until 3 weeks after culturing, and appeared by 6 weeks of culture. The putative spermatids derived from GSCs supported embryonic development up to the blastocyst stage with normal chromosomal ploidy after chemical activation. Thus, GSCs isolated from neonatal and adult mouse testes were able to be maintained and proliferated in our simple culture conditions. These GSCs have the potential to differentiate into haploid germ cells during another long-term culture.
Regenerative therapy holds great promise in the development of cures of some untreatable diseases such as cardiovascular diseases, and pluripotent stem cells (PSCs) including induced PSCs (iPSCs) are the most important regenerative seed cells. Recently, differentiation of human PSCs into functional tissues and cells in vitro has been widely reported. However, although porcine reports are rare they are quite essential, as the pig is an important animal model for the in vitro generation of human organs. In this study, we reprogramed porcine embryonic fibroblasts into porcine iPSCs (piPSCs), and differentiated them into cluster of differentiation 31 (CD31)-positive endothelial cells (ECs) (piPSC-derived ECs, piPS-ECs) using an optimized single-layer culture method. During differentiation, we observed that a combination of GSK3β inhibitor (CHIR99021) and bone morphogenetic protein 4 (BMP4) promoted mesodermal differentiation, resulting in higher proportions of CD31-positive cells than those from separate CHIR99021 or BMP4 treatment. Importantly, the piPS-ECs showed comparable morphological and functional properties to immortalized porcine aortic ECs, which are capable of taking up low-density lipoprotein and forming network structures on Matrigel. Our study, which is the first trial on a species other than human and mouse, has provided an optimized single-layer culture method for obtaining ECs from porcine PSCs. Our approach can be beneficial when evaluating autologous EC transplantation in pig models.
Pluripotent stem cells (PSCs) have lots of potential in biomedical sciences owing to its potential to differentiate into any kind of cells in the body. However, it is still a challenge to culture PSCs on a large scale for application to regenerative medicine. Herein, we introduce a synthetic polymer that enables large-scale suspension culture of human PSCs. By employing suspension culture, it became unnecessary to use conventional substrata such as mouse embryonic fibroblast (MEF) or Matrigel$^{TM}$, which are believed to be main causative sources of xenogeneic contamination in cultured human PSCs in vitro. Human PSCs were cultured in the medium in which elastin-like polypeptide (ELP) dissolved. The ELP in the medium became harden as temperature increases by transforming the medium into a semi-solid gel that supported growth of human PSCs in suspension. Gel-sol transition temperature of ELP can be adjusted by modifying the peptide sequence in which 5 amino acids, Val-Pro-Gly-Xaa-Gly, repeated sequentially. We constructed 3D suspension media having transition temperature around $33{\sim}35^{\circ}C$ using an ELP consisted of 40, 60, or 80 repeats of a monomer, which was Val-Pro-Gly-Val-Gly. Among the ELPs, ELP80 was chosen as the best ELP to support growth of human PSCs in suspension culture. This result suggests that the ELP80 can be a medium component for culturing human PSCs in large-scale.
BACKGROUND: Bone tissue engineering based on pluripotent stem cells (PSCs) is a new approach to deal with bone defects. Protocols have been developed to generate osteoblasts from PSCs. However, the low efficiency of this process is still an important issue that needs to be resolved. Many studies have aimed to improve efficiency, but developing accurate methods to determine efficacy is also critical. Studies using pluripotency to estimate efficacy are rare. Telomerase is highly associated with pluripotency. METHODS: We have described a quantitative method to measure telomerase activity, telomeric repeat elongation assay based on quartz crystal microbalance (QCM). To investigate whether this method could be used to determine the efficiency of in vitro osteogenic differentiation based on pluripotency, we measured the pluripotency pattern of cultures through stemness gene expression, proliferation ability and telomerase activity, measured by QCM. RESULTS: We showed that the pluripotency pattern determined by QCM was similar to the patterns of proliferation ability and gene expression, which showed a slight upregulation at the late stages, within the context of the general downregulation tendency during differentiation. Additionally, a comprehensive gene expression pattern covering nearly every stage of differentiation was identified. CONCLUSION: Therefore, this assay may be powerful tools for determining the efficiency of differentiation systems based on pluripotency. In this study, we not only introduce a new method for determining efficiency based on pluripotency, but also provide more information about the characteristics of osteogenic differentiation which help facilitate future development of more efficient protocols.
Background: Monoclonal antibodies (mAb) of rodent origin are produced with ease by hybridoma fusion technique, and have been successfully used as therapeutic reagents for humans after humanization by genetic engineering. However, utilization of these antibodies for therapeutic purpose has been limited by the fact that they act as immunogens in human body causing undesired side effects. So far, there have been several attempts to produce human mAbs for effective in vivo diagnostic or therapeutic reagents including the use of humanized xenomouse that is generated by mating knockout mice which lost Ig heavy and light chain genes by homologous recombination and transgenic mice having both human Ig heavy and light gene loci in their genome. Methods: Genomic DNA fragments of mouse Ig heavy and light chain were obtained from a mouse brain ${\lambda}$ genomic library by PCR screening and cloned into a targeting vector with ultimate goal of generating Ig knockout mouse. Results: Through PCR screening of the genomic library, three heavy chain and three light chain Ig gene fragments were identified, and restriction map of one of the heavy chain gene fragments was determined. Then heavy chain Ig gene fragments were subcloned into a targeting vector. The resulting construct was introduced into embryonic stem cells. Antibiotic selection of transfected cells is under the progress. Conclusion: Generation of xenomouse is particularly important in medical biotechnology. However, this goal is not easily achieved due to the technical difficulties as well as huge financial expenses. Although we are in the early stage of a long-term project, our results, at least, partially contribute the successful generation of humanized xenomouse in Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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