Cho, Sung Woo;Kim, Hyoung Kyu;Sung, Ji Hee;Han, Jin
BMB Reports
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v.54
no.9
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pp.464-469
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2021
Cardiomyocyte differentiation occurs through complex and finely regulated processes including cardiac lineage commitment and maturation from pluripotent stem cells (PSCs). To gain some insight into the genome-wide characteristics of cardiac lineage commitment, we performed transcriptome analysis on both mouse embryonic stem cells (mESCs) and human induced PSCs (hiPSCs) at specific stages of cardiomyocyte differentiation. Specifically, the gene expression profiles and the protein-protein interaction networks of the mESC-derived platelet-derived growth factor receptor-alpha (PDGFRα)+ cardiac lineage-committed cells (CLCs) and hiPSC-derived kinase insert domain receptor (KDR)+ and PDGFRα+ cardiac progenitor cells (CPCs) at cardiac lineage commitment were compared with those of mesodermal cells and differentiated cardiomyocytes. Gene Ontology and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway analyses revealed that the genes significantly upregulated at cardiac lineage commitment were associated with responses to organic substances and external stimuli, extracellular and myocardial contractile components, receptor binding, gated channel activity, PI3K-AKT signaling, and cardiac hypertrophy and dilation pathways. Protein-protein interaction network analysis revealed that the expression levels of genes that regulate cardiac maturation, heart contraction, and calcium handling showed a consistent increase during cardiac differentiation; however, the expression levels of genes that regulate cell differentiation and multicellular organism development decreased at the cardiac maturation stage following lineage commitment. Additionally, we identified for the first time the protein-protein interaction network connecting cardiac development, the immune system, and metabolism during cardiac lineage commitment in both mESC-derived PDGFRα+ CLCs and hiPSC-derived KDR+PDGFRα+ CPCs. These findings shed light on the regulation of cardiac lineage commitment and the pathogenesis of cardiometabolic diseases.
Heart failure (HF) has become one of the severe public health problems. The detailed role of mitochondrial function in HF was still unclear. Benzoylaconine (BAC) is a traditional Chinese medicine, but its role in HF still needs to be explored. In this study, oxygen-glucose deprivation and reperfusion (OGD/R) was executed to mimic the injury of H9C2 cells in HF. The viability of H9C2 cells was assessed via MTT assay. OGD/R treatment markedly decreased the viability of H9C2 cells, but BAC treatment evidently increased the viability of OGD/R-treated H9C2 cells. The apoptosis of H9C2 was enhanced by OGD/R treatment but suppressed by BAC treatment. The mitochondrial membrane potential was evaluated via JC-1 assay. BAC improved the mitochondrial function and suppressed oxidative stress in OGD/R-treated H9C2 cells. Moreover, Western blot analysis revealed that the protein expression of p-AMPK and PGC-1α were reduced in OGD/R-treated H9C2 cells, which was reversed by BAC. Rescue assays indicated that AMPK attenuation reversed the BAC-mediated protective effect on OGD/R-treated cardiomyocytes. Moreover, BAC alleviated myocardial injury in vivo. In a word, BAC modulated the mitochondrial function in OGD/R-induced cardiomyocyte injury by activation of the AMPK/PGC-1 axis. The findings might provide support for the application of BAC in the treatment of HF.
Kang, In Sook;Suh, Joowon;Lee, Mi-Ni;Lee, Chaeyoung;Jin, Jing;Lee, Changjin;Yang, Young Il;Jang, Yangsoo;Oh, Goo Taeg
BMB Reports
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v.53
no.2
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pp.118-123
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2020
Cardiac regeneration with adult stem-cell (ASC) therapy is a promising field to address advanced cardiovascular diseases. In addition, extracellular vesicles (EVs) from ASCs have been implicated in acting as paracrine factors to improve cardiac functions in ASC therapy. In our work, we isolated human cardiac mesenchymal stromal cells (h-CMSCs) by means of three-dimensional organ culture (3D culture) during ex vivo expansion of cardiac tissue, to compare the functional efficacy with human bone-marrow derived mesenchymal stem cells (h-BM-MSCs), one of the actively studied ASCs. We characterized the h-CMSCs as CD90low, c-kitnegative, CD105positive phenotype and these cells express NANOG, SOX2, and GATA4. To identify the more effective type of EVs for angiogenesis among the different sources of ASCs, we isolated EVs which were derived from CMSCs with either normoxic or hypoxic condition and BM-MSCs. Our in vitro tube-formation results demonstrated that the angiogenic effects of EVs from hypoxia-treated CMSCs (CMSC-Hpx EVs) were greater than the well-known effects of EVs from BM-MSCs (BM-MSC EVs), and these were even comparable to human vascular endothelial growth factor (hVEGF), a potent angiogenic factor. Therefore, we present here that CD90lowc-kitnegativeCD105positive CMSCs under hypoxic conditions secrete functionally superior EVs for in vitro angiogenesis. Our findings will allow more insights on understanding myocardial repair.
An in vitro model for ischemia/reperfusion injury has not been well-established. We hypothesized that this failure may be caused by serum deprivation, the use of glutamine-containing media, and absence of acidosis. Cell viability of H9c2 cells was significantly decreased by serum deprivation. In this condition, reperfusion damage was not observed even after simulating severe ischemia. However, when cells were cultured under 10% dialyzed FBS, cell viability was less affected compared to cells cultured under serum deprivation and reperfusion damage was observed after hypoxia for 24 h. Reperfusion damage after glucose or glutamine deprivation under hypoxia was not significantly different from that after hypoxia only. However, with both glucose and glutamine deprivation, reperfusion damage was significantly increased. After hypoxia with lactic acidosis, reperfusion damage was comparable with that after hypoxia with glucose and glutamine deprivation. Although high-passage H9c2 cells were more resistant to reperfusion damage than low-passage cells, reperfusion damage was observed especially after hypoxia and acidosis with glucose and glutamine deprivation. Cell death induced by reperfusion after hypoxia with acidosis was not prevented by apoptosis, autophagy, or necroptosis inhibitors, but significantly decreased by ferrostatin-1, a ferroptosis inhibitor, and deferoxamine, an iron chelator. These data suggested that in our SIR model, cell death due to reperfusion injury is likely to occur via ferroptosis, which is related with ischemia/reperfusion-induced cell death in vivo. In conclusion, we established an optimal reperfusion injury model, in which ferroptotic cell death occurred by hypoxia and acidosis with or without glucose/glutamine deprivation under 10% dialyzed FBS.
Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) is used for heart failure therapy and promotes myocardial regeneration by inducing mobilization of bone marrow stem cells to the injured heart after myocardial infarction; however, this treatment has one weakness in that its biological effect is transient. In our previous report, we generated 5 mutants harboring N-linked glycosylation to improve its antiapoptotic activities. Among them, one mutant (Phe140Asn) had higher cell viability than wild-type hG-CSF in rat cardiomyocytes, even after treatment with an apoptotic agent ($H_2O_2$). Cells treated with this mutant significantly upregulated the antiapoptotic proteins, and experienced reductions in caspase 3 activity and PARP cleavage. Moreover, the total number of apoptotic cells was dramatically lower in cultures treated with mutant hG-CSF. Taken together, these results suggest that the addition of an N-linked glycosylation was successful in improving the antiapoptotic activity of hG-CSF, and that this mutated product will be a feasible therapy for patients who have experienced heart failure.
Recently, autologous bone marrow cell transplantation (CTx) for angiogenesis and myogenesis in ischemic myocardium has been extensively investigated to improve heart functions. This study was designed to evaluate the effects of CTx with off-pump coronary artery bypass grafting (OPCAB) in patients who were not feasible for complete revascularization. Material and Method: Four male patients underwent CTx and OPCAB simultaneously. Bone marrow was aspirated from iliac bone. Mean 1.5 ${\times}$ 10$^{9}$ mononuclear cells including mean 6.7 ${\times}$ 10$^{6}$ CD34 + cells and 3.7 ${\times}$ 10$^{6}$ AC133 + cells were obtained and concentrated with 10 cc. These cells were transplanted into non-graftable ischemic myocardium after OPCAB. The heart function of all patients were evaluated using the MIBI scan, echocardiogram and MRI preoperatively. The effects of CTx was evaluated using MIBI scan and echocardiogram at 1 month postoperatively. Result: An average of 2 grafts were bypassed to left anterior descending artery territory. Other territories were transplanted with isolated mononuclear cell. All patients had uncomplicated postoperative course. After 1 month follow up, there were improvement in symptom, ejection fraction (from 49% to 55%) on echocardiogram and myocardial perfusion on MIBI scan in all patients. Conclusion: These preliminary data showed improvement of heart function and myocardial perfusion and also showed the feasibility and safety of combined therapy with OPCAB and CTx in ischemic myocardium. However, the effectiveness of CTx alone cannot be readily assessed. Further randomized, controlled studies are required to evaluate the effectiveness of CTx alone.
The effect of Vanadate on the isometric contraction, membrane potential and intracellular calcium ion activities of rabbit myocardial cells were investigated, using calcium selective microelectrode, filled with neutral calcium ion carrier, ETH-1001. The resting tension, the membrane potential and the intracellular calcium ion activities were recorded in normal Tyrode solution and compared with those in the contracture induced by 10 mM Vanadate. The following results were obtained: 1. The dose-response relationship between the contraction of Vanadate and twitch tension showed near-maximum response in 5mM with no corresponding changes in action potential. 2. The resting tension increased up to the amplitude of a control twitch in 10mM Vanadate with resting membrane potential, hyperpolarized. 3. Increase in intracellular calcium ion activities proceeded the contracture by 10mM Vanadate which were restored to the control level in accordance with a decrease of intracellular calcium ion activities. 4. The amplitude of contractures by 10mM Vanadate were 90-120% of the control twitch tension in which the intracellular calcium ion activities were increased about 70 times from p Ca, 7.1 in the control to p Ca, 5.8 in contractures.
Kim, Jae-Hoon;Hwang, Eui-Kyung;Kim, Yong-Joo;Sohn, Hyun-Joo
Korean Journal of Veterinary Pathology
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v.1
no.2
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pp.125-134
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1997
Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus infection (PRRSV) was confirmed by serology histopathology immunohistochemistry and bacteriologic examination in young pigs. Four suckling and six weaned piglets submitted from three different farms showed coughing sneezing labored rapid abdominal respiration lethargy and anorexia. Grossly apical and cardiac lung lobes appeared mottled with pale to dark tan discoloration. Submandibular and bronchial lymph nodes were tan and enlarged. All piglets were seropositive for PRRSV antibodies by the indirect immunofluorescent antibody(IFA) test. Microscopically lung lesions were characterized by hyperplasia and hypertrophy of type 2 pneumocytes infiltration of mononuclear cells in alveolar intersitium accumulation of necrotic debris in alveolar spaces accompanied by proliferation of alveolar multinucleated syncytial cells. Using immunohistochemical technique PRRSV antigens were demonstrated in alveolar macrophages and type 2 pneumocytes in histologic lung tissue sections. Also PRRSV antigens were detected in brain lymph nodes spleen and heart. Additionally piglets showed nonsuppurative meningoencephalitis mandibular necrotic lymphadenopathy splenic atrophy and myocardial necrosis.
The aggregation characteristics of red blood cells (RBCs) are known as important factors in the microvascular flow system, and increased RBC aggregation has been observed in various pathological diseases, such as thrombosis and myocardial infarction. This paper describes a simple microfluidic device for measuring the RBC aggregation by integrating a microfluidic slit rheometry and laser-backscattering technique. While a decreasing-pressure mechanism was applied to the microfluidic rheometry, a syllectogram (the light intensity versus time) showed an initial increase and a peak caused by the high shear stress-induced disaggregation, immediately followed by a decrease in the light intensity due to RBC aggregation. The critical shear stress (CST) corresponding to the peak intensity was examined as a new index of the RBC aggregation characteristics. The CST of RBCs increased with increasing aggregation-dominating protein (fibrinogen) in the blood plasma. The essential feature of this design was the combination of the rheometric-optic characterization of RBC aggregation with a microfluidic chip, which may potentially allow cell aggregation measurements to be easily carried out in a clinical setting.
8-10 week old ICR mice were infected intracerebrally and intraperitoneally with different encephalomyocarditis virus(K$_3$, $K_{11}$, ATT-VR 129) to observe histopathological and immunohistochemical change. Results obtained throuh the experiments were summarized as follows : 1. No differences in clinical signs by the virus strains and the inoculation routes were found. Mice infected with EMCV showed clinical signs after 3 days of inoculation. Main clinical signs were tremors, convulsions, circling movement, and uni or bilateral hindleg paralysis followed by death on the 3-8 days. In general, most of the infected animals died or recovered closely on the 8th day of postinoculation. 2. At necropsy, petechial and ecchymotic hemorrhages in lung were observed and no specific findings in other were observed. 3. In histopathological observation, neuroal cell degeneration perivascular mononucear cell in-filtration gliosis were appeared in central nervous system. Myocarditis with myocardial degeneration and necrosis, calcification were observed along with acinar cell necrosis of exocrine glands in pancreas, severe glomerulonephritis in kidney. Also, focal necrosis of hepatocytes and interstitial pneymonia hyperemia, hemorrhages in lungs were observed. 4. By immunohistochemical staining using ABCIT method, the positive cells were recognized in intracytoplasm of acinar cell in pancreas and intracytoplasm of neuronal cells in cerebrum.
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