Gap junctional intercellular communication (GJIC) plays a key role during development, process of tissue differentiation, and in maintenance of adult tissue homeostasis. Neural stem cells leading to formation of cell clusters termed 'neurospheres', can differentiate into neurons, oligodendrocytes, and astrocytes. We investigated the expression levels and distribution of connexin43 (Cx43) and connexin32 (Cx32), abundant gap junctional protein in neural cells and in neurospheres isolated from rat fetus embryonic day (ED) 17. During differentiation of neurospheres, expression of Cx43 and 32 were increased time-dependently within 72 h, and then decreased at 7 day in western blot analysis. TPA-induced inhibition of GJIC was confirmed by decreased fluorescence by SL/DT assay, and induced hyperphosphorylation of Cx43 while no changes in Cx32 levels in western blot assay. Our results indicate that GJIC may be a crucial role in the differentiation of neuronal stem cell. And this GJIC can be inhibited by TPA through the hyperphosphorylation of Cx43.
Mitochondria have multiple functions in cells: providing chemical energy, storing cellular $Ca^{2+}$, generating reactive oxygen species, and regulating apoptosis. Through these functions, mitochondria are also involved in the maintenance, proliferation, and differentiation of stem/progenitor cells. In the brain, the subventricular zone (SVZ) is one of the neurogenic regions that contains neural stem cells (NSCs) throughout a lifetime. However, reports on the role of mitochondria in SVZ NSCs are scarce. Here, we show that rotenone, a complex I inhibitor of mitochondria, inhibits the proliferation and differentiation of SVZ NSCs in different ways. In proliferating NSCs, rotenone decreases mitosis as measured through phosphorylated histone H3 detection; moreover, apoptosis is not induced by rotenone at 50 nM. In differentiating NSCs, rotenone blocks neurogenesis and oligodendrogenesis while glial fibrillary acidic protein-positive astrocytes are not affected. Interestingly, in this study there were more cells in the differentiating NSCs treated with rotenone for 4-6 days than in the vehicle control group which was a different effect from the reduced number of cells in the proliferating NSCs. We examined both apoptosis and mitosis and found that rotenone decreased apoptosis as detected by staining cleaved caspase-3 but did not affect mitosis. Our results suggest that functional mitochondria are necessary in both the proliferation and differentiation of SVZ NSCs. Furthermore, mitochondria might be involved in the mitosis and apoptosis that occur during those processes.
Objective: This study was to establish the human embryonic stem (ES) cells derived from frozen-thawed blastocyst stage embryo that were destined to be discarded after five years in routine human IVF-ET program. Methods: Frozen-thawed and survived human blastocysts were treated by immunosurgery, and recovered ICM cells were cultured onto STO feeder cell layer and ICM colony was subcultured by mechanical dissociation into clumps. To identify ES cell, alkaline phosphatase staining and expression of Oct4 in replated ICM colonies were examined. Also, to examine the possibility of ES cell differentiation, retinoic acid (RA), basic fibroblast growth factor (b-FGF), nerve growth factor (NGF) were added in culture medium. In addition, to classify the specific cell type, differentiated cells were stained by indirect immunocytochemistry. Results: One ICM colony recovered from frozen-thawed six blastocysts was subcultured, continuously replated during 40 passage culture duration without differentiation. Subcultured colonies were strong positively stained by alkaline phophatase. When the expression of Oct4 in cultured ES colony was examined, Oct4b type is more clearly indicated than Oct4a one although there was not detected in embryoid body or differentiated cells. In differentiated cardiomyocytes from ES colony, cells were beaten regularly (60 times/min). In differentiated neural cells from ES colony, neurofilament (NF) 200 kDa protein, microtubule associated protein (MAP) 2 and ${\beta}$-tubulin of specific marker in neurons, glial fibrillary acidic protein (GFAP) of specific marker in astrocytes and galactocelebrocide (GalC) of specific marker in oligodendrocytes were confirmed by indirect immunocytochemistry. Also, muscle cells were detected by indirect immunocytochemistry. In addition, ES colonies can be successfully cryopreserved. Conclusion: This study suggested that establishment of human ES cells can be successfully derived from frozen-thawed blastocysts that were destined to be discarded, and obtained specific cell types (cardiomyocytes, neurons and muscle cells) through the in vitro differentiation procedures of ES cells.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been considered an alternative source of neuronal lineage cells, which are difficult to isolate from brain and expand in vitro. Previous studies have reported that MSCs expressing Nestin ($Nestin^+$ MSCs), a neuronal stem/progenitor cell marker, exhibit increased transcriptional levels of neural development-related genes, indicating that $Nestin^+$ MSCs may exert potential with neurogenic differentiation. Accordingly, we investigated the effects of the presence of $Nestin^+$ MSCs in bone-marrow-derived primary cells (BMPCs) on enhanced neurogenic differentiation of BMPCs by identifying the presence of $Nestin^+$ MSCs in uncultured and cultured BMPCs. The percentage of $Nestin^+$ MSCs in BMPCs was measured per passage by double staining with Nestin and CD90, an MSC marker. The efficiency of neurogenic differentiation was compared among passages, revealing the highest and lowest yields of $Nestin^+$ MSCs. The presence of $Nestin^+$ MSCs was identified in BMPCs before in vitro culture, and the highest and lowest percentages of $Nestin^+$ MSCs in BMPCs was observed at the third (P3) and fifth passages (P5). Moreover, significantly the higher efficiency of differentiation into neurons, oligodendrocyte precursor cells and astrocytes was detected in BMPCs at P3, compared with P5. In conclusion, these results demonstrate that neurogenic differentiation can be enhanced by increasing the proportion of $Nestin^+$ MSCs in cultured BMPCs.
Stem cells are attracting attention as a key element in future medicine, satisfying the desire to live a healthier life with the possibility that they can regenerate tissue damaged or degenerated by disease or aging. Stem cells are defined as undifferentiated cells that have the ability to replicate and differentiate themselves into various tissues cells. Stem cells, commonly encountered in clinical or preclinical stages, are largely classified into embryonic, adult, and induced pluripotent stem cells. Recently, stem cell transplantation has been frequently applied to the treatment of pain as an alternative or promising approach for the treatment of severe osteoarthritis, neuropathic pain, and intractable musculoskeletal pain which do not respond to conventional medicine. The main idea of applying stem cells to neuropathic pain is based on the ability of stem cells to release neurotrophic factors, along with providing a cellular source for replacing the injured neural cells, making them ideal candidates for modulating and possibly reversing intractable neuropathic pain. Even though various differentiation capacities of stem cells are reported, there is not enough knowledge and technique to control the differentiation into desired tissues in vivo. Even though the use of stem cells is still in the very early stages of clinical use and raises complicated ethical problems, the future of stem cells therapies is very bright with the help of accumulating evidence and technology.
In mouse embryos, somite formation occurs every two hours, and this periodic event is regulated by a biological clock called the segmentation clock, which involves cyclic expression of the basic helix-loop-helix gene Hes7. Hes7 expression oscillates by negative feedback and is cooperatively regulated by Fgf and Notch signaling. Both loss of expression and sustained expression of Hes7 result in severe somite fusion, suggesting that Hes7 oscillation is required for proper somite segmentation. Expression of a related gene, Hes1, also oscillates by negative feedback with a period of about two hours in many cell types such as neural progenitor cells. Hes1 is required for maintenance of neural progenitor cells, but persistent Hes1 expression inhibits proliferation and differentiation of these cells, suggesting that Hes1 oscillation is required for their proper activities. Hes1 oscillation regulates cyclic expression of the proneural gene Neurogenin2 (Ngn2) and the Notch ligand Delta1, which in turn lead to maintenance of neural progenitor cells by mutual activation of Notch signaling. Taken together, these results suggest that oscillatory expression with short periods (ultradian oscillation) plays an important role in many biological events.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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