Hernandez, Rosa;Jimenez-Luna, Cristina;Perales-Adan, Jesus;Perazzoli, Gloria;Melguizo, Consolacion;Prados, Jose
Biomolecules & Therapeutics
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제28권1호
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pp.34-44
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2020
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been proposed as an alternative therapy to be applied into several pathologies of the nervous system. These cells can be obtained from adipose tissue, umbilical cord blood and bone marrow, among other tissues, and have remarkable therapeutic properties. MSCs can be isolated with high yield, which adds to their ability to differentiate into non-mesodermal cell types including neuronal lineage both in vivo and in vitro. They are able to restore damaged neural tissue, thus being suitable for the treatment of neural injuries, and possess immunosuppressive activity, which may be useful for the treatment of neurological disorders of inflammatory etiology. Although the long-term safety of MSC-based therapies remains unclear, a large amount of both pre-clinical and clinical trials have shown functional improvements in animal models of nervous system diseases following transplantation of MSCs. In fact, there are several ongoing clinical trials evaluating the possible benefits this cell-based therapy could provide to patients with neurological damage, as well as their clinical limitations. In this review we focus on the potential of MSCs as a therapeutic tool to treat neurological disorders, summarizing the state of the art of this topic and the most recent clinical studies.
We previously found that a potent gonadotropin-releasing hormone (GnRH) agonist, buserelin, decreases GnRH promoter activity together with GnRH mRNA level, providing evidence for an autoregulatory mechanism operating at the level of GnRH gene transcription in immortalized GT1-1 neuronal cells. To examine whether agonist-induced decrease in GnRH mRNA level requires the continuous presence of buserelin, we performed a pulse-chase experiment of buserelin treatment. Short-term exposure (15 min) of GT1-1 neuronal cells to buserelin ($10{\mu}M$) was able to decrease GnRH mRNA levels when determined 24 h later. When GT1-1 cells were treated with buserelin ( $10{\mu}M$) for 30 min and then incubated for 1, 3, 6, 12, 24, and 48 h after buserelin removal, a significant decrease in GnRH mRNA levels was observed after the 12 h incubation period. These data indicate that inhibitory signaling upon buserelin treatment may occur rapidly, but requires a long time (at least 12 h) to significantly decrease the GnRH mRNA level. To examine the possible involvement of de novo synthesis and/or mRNA stability in buserelin-induced decrease in GnRH gene expression, actinomycin D ($5{\mu}m/ml$), a potent RNA synthesis blocker, was co-treated with buserelin. Actinomycin D alone failed to alter basal GnRH mRNA Revel, but blocked the buserelin-induced decrease in GnRH mRNA level at 12 h of post-treatment. These data suggest that buserelin may exert its inhibitory action by altering the stability of GnRH mRNA. Moreover, a polvsomal RNA separation by sucrose gradient centrifugation demonstrated that buserelin decreased the translational efficiency of the transcribed GnRH mRNA. Taken together, these results clearly indicate that GnRH agonist buserelin acts as an inhibitory signal at multiple levels such as transcription mRNA stability, and translation.
Biomedical applications of electrospun nanofibrous meshes have been receive tremendous attentions because of their unique structures and versatilities as novel biomaterials. Incorporation of growth factors in fibrous meshes can be performed by surface-modification and encapsulation. Those growth factors stimulate differentiation and proliferation of specific types of cells and thus lead tissue regenerations of specific cell types. Topographical cues of electrospun nanofibrous meshes also increase differentiation of specific cell types according to alignments of fibrous structures. Wound healing treatments of diabetic ulcers were performed using nanofibrous meshes encapsulating multiple growth factors. Aligned nanofibrous meshes and those with random configuration were compared for differentiating mesenchymal stem cells into neuronal cells. Thus, nanofibrous meshes can be applied to novel drug delivery carriers and matrix for promoting cellular proliferation.
Embryonic stem cells are capable of differentiating into a variety of cell lineages. However, the ultimate results of differentiation in vitro greatly depend on the duration of treatment and kinds of differentiating inducers added. In order to investigate the efficiencies of various differentiation inducers and the methods of treatment, we examined differentiation patterns of human embryonic stem cell (hESC, MB03) according to several different protocols. Exp. I) Upon differentiation using retinoic acid and ascorbic acid (RA/AA), embryoid bodies (EB, for 4days) derived from hESC was exposed to Rh (10$^{-6}$ M) and AA (50 mM) for 4 days, and were allowed to differentiate in N2 medium for 7, 14, 21, or 28 days. Exp. II) When bFGF was used, neuronal precursor cells were selected for 8 days in N2 medium after EB formation. After selection, cells were expanded at the presence of bFGF (20 ng/ml) for another 6 days followed by a final differentiation in N2 medium for 7, 14, 21 or 28 days. Exp. III) In addition, to examine the effects of neurotrophic factors in the production of mature neurons, groups of cells were exposed to either BDNF (5 ng/ml) or TGF-$\alpha$(10 ng/ml) during the 28 days of final differentiation. Differentiation patterns of RA/AA or bFGF treated groups were very similar; approximately 82% and 83% of the cells, respectively, were positive for anti-NF200 antibody, while it was about 10% and 11%, respectively, for anti-NF160 antibody in 28 days in N2 medium. Alsor, cells expressing TH were as low as 5%, while the cells doubled when matured at the presence of either BDNF or TGF-$\alpha$. Cells immunoreactive to anti-GAD antibody were approximately 20%. These results suggest that a maturation step rather than differentiation induction step, which is formation of EB, effects more decisively to the ultimate differentiation pattern.
The differentiation of neural precursor cells (NPCs) into neurons and astrocytes is a process that is tightly controlled by complicated and ill-defined gene networks. To extend our knowledge to gene networks, we performed a temporal analysis of gene expression during the differentiation (2, 4, and 8 days) of spinal cord-derived NPCs using oligonucleotide microarray technology. Out of 32,996 genes analyzed, 1878 exhibited significant changes in expression level (fold change>2, p<0.05) at least once throughout the differentiation process. These 1878 genes were classified into 12 groups by k-means clustering, based on their expression patterns. K-means clustering analysis revealed that the genes involved in astrogenesis were categorized into the clusters containing constantly upregulated genes, whereas the genes involved in neurogenesis were grouped to the cluster showing a sudden decrease in gene expression on Day 8. Functional analysis of the differentially expressed genes indicated the enrichment of genes for Pax6- NeuroD signaling.TGFb-SMAD and BMP-SMAD.which suggest the implication of these genes in the differentiation of NPCs and, in particular, key roles for Nova1 and TGFBR1 in the neurogenesis/astrogenesis of mouse spinal cord.
Objectives : In this study, an essential oil fragrance from Danggwi was administrated into the neural stem cell and the effect of the essential oil on the differentiation and proliferation of the neural stem cells were observed. Methods : The establishment of the neural stem cell was identified via Nestin, DAPI dye. An essential oil fragrance from Danggwi was administrated with a proved optimum level for the survival of the cell through MTT assay. Also, according to the analysis of Western blot, the essential oil fragrance from Danggwi promotes the phosphorylating of Akt, Erk, ERM protein. Results : MTT assay showed increased in GFAP. The result indicates that the differentiation to astrocyte is promoted. The phosphorylation levels of ERM, Erk and Akt were increased at 60 min after addition of 5 ug/ml of essential oil fragrance from Danggwi and sustained to 48 hours. These imply that essential oil fragrance from Danggwi may induce the survival and the proliferation of the differentiated cells. Conclusions : These results suggest that the essential oil fragrance from Danggwi can be effective for the in vivo study of degenerative neuronal disease using neural stem cell.
뇌실하 영역은 뇌에서 신경줄기세포가 분포하는 곳으로 평생에 걸쳐 새로운 신경세포를 생성하는 곳이다. 많은 세포 안팎의 인자들이 신경줄기세포의 세포 증식과 신경세포로의 분화에 영향을 미친다. 최근 들어, L-type 칼슘 채널이 신경계의 발달을 조절하고 뇌실하 영역에 있는 신경줄기세포, 신경세포로 분화 중인 세포, 그리고 성숙한 신경세포에 분포한다고 밝혀졌다. L-type 칼슘 채널의 저해제인 nifedipine은 고혈압의 치료제로 오랜 기간 사용되어 왔다. 신경줄기세포에 nifedipine을 사용하여 L-type 칼슘 채널을 저해하는 연구는 많이 없는 상황이다. 이번 연구에서, 우리는 5일령 쥐의 뇌실하 영역에서 배양한 신경줄기세포에 nifedipine을 처리하여 신경세포로의 분화에 미치는 영향을 관찰하였다. Nifedipine은 Tuj1을 발현하는 신경세포의 수를 증가시킨 반면, Olig2를 발현하는 희소 돌기 아교 세포(oligodendrocytes)의 수에는 큰 영향을 미치지 않았다. Nifedipine은 S기를 표지하는 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU)가 들어간 세포의 수를 증가시켰고, 세포 분열시 나타나는 인산화된 히스톤 H3(PH3)를 발현하는 세포의 수를 증가시켰다. Nifedipine은 신경세포로의 분화를 촉진하는 Dlx2 유전자의 전사를 증가시켰고, 초기 신경세포에서 보이는 Mash1의 양도 증가시켰다. Nifedipine 외 또다른 L-type 칼슘 채널의 저해제인 verapamil을 처리하자, 신경세포로의 분화가 소폭 증가하였으나, 통계적 유의미성은 매우 낮았다. T-type 칼슘 채널의 저해제 유전자인 Cav3.1, Cav3.2, Cav3.3가 발현함을 관찰하여, T-type 칼슘 채널의 저해제인 pimozide를 신경줄기세포에 처리하였으나, 신경세포로의 분화에는 변화가 없었다. 이러한 결과를 통해 nifedipine이 신경줄기세포의 초기 분화를 증진함을 알 수 있으며, L-type 칼슘 채널이 신경세포로의 분화에 관여함을 알 수 있다.
Kumar, Naresh;Shaw, Priyanka;Attri, Pankaj;Uhm, Han Sup;Choi, Eun Ha
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.158-158
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2015
Myoblast are myogenic precursors that proliferate, activate, and differentiate on muscle injury to sustain the regenerative capacity of skeletal muscle; The neuronal isoform of nitric oxide synthase (nNOS, termed also NOS-I) is expressed in normal adult skeletal muscle, suggesting important functions for Nitric oxide (NO) in muscle biology1,2,3. However, the expression and subcellular localization of NO in muscle development and myoblast differentiation are largely unknown. In this study, we examined effects of the nitric oxide generated by a microwave plasma torch, on proliferation/differentiation of rat myoblastic L6 cells. Experimental data pertaining to nitric oxide production are presented in terms of the oxygen input in units of cubic centimetres per minute. The various levels of nitric oxide are observed depending on the flow rate of nitrogen gas, the ratio of oxygen gas, and the microwave power4. In order to evaluate the potential of nitric oxide as an activator of cell differentiation, we applied nitric oxide generated from the microwave plasma torch to L6 skeletal muscles. Differentiation of L6 cells into myotubes was significantly enhanced the differentiation after nitric oxide treatment. Nitric oxide treatment also increase the expression of myogenesis marker proteins and mRNA level, such as myogenin and myosin heavy chain (MHC), as well as cyclic guanosine monophosphate (cGMP), However during the myotube differentiation we found that NO activate oxidative stress signaling erks expression. Therefore, these results establish a role of NO and cGMP in regulating myoblast differentiation and elucidate their mechanism of action, providing a direct link with oxidative stress signalling, which is a key player in myogenesis. Based on these findings, nitric oxide generated by plasma can be used as a possible activator of cell differentiation and tissue regeneration.
Background: In tumor cells, aberrant differentiation programs have been described. Several neuronal proteins have been found associated with morphological neuronal-glial changes in breast cancer (BCa). These neuronal proteins have been related to mechanisms that are involved in carcinogenesis; however, this regulation is not well understood. Microtubule-associated protein-tau (MAP-Tau) has been describing in BCa but not its variants. This finding could partly explain the neuronal-glial morphology of BCa cells. Our aim was to determine mRNA expression of MAP-tau variants 2, 4 and 6 in breast cancer cell lines. Materials and Methods: Cultured cell lines MCF-10A, MDA-MB-231, SKBR3 and T47D were observed under phase-contrast microscopy for neural morphology and analyzed for gene expression of MAP-Tau transcript variants 2, 4 and 6 by real-time PCR. Results: Regarding morphology like neural/glial cells, T47D line shown more cells with these features than MDA-MB-231 and SKBR. In another hand, we found much greater mRNA expression of MAP-Tau transcript variants 2, and to a lesser extent 4 and 6, in T47D cells than the other lines. In conclusion, regulation of MAP-Tau could bring about changes in cytoskeleton, cell morphology and motility; these findings cast further light on neuronal transdifferentiation in BCa.
Kim, Dongyoon;Kim, Seong-Min;Kang, Donghee;Baek, Goeun;Yoon, Myung-Han
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.277.2-277.2
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2013
Petri dishes and glass slides have been widely used as general substrates for in vitro mammalian cell cultures due to their culture viability, optical transparency, experimental convenience, and relatively low cost. Despite the aforementioned benefit, however, the flat two-dimensional substrates exhibit limited capability in terms of realistically mimicking cellular polarization, intercellular interaction, and differentiation in the non-physiological culture environment. Here, we report a protocol of culturing embryonic rat hippocampal neurons on the electro-spun polymeric network and the results from examination of neuronal cell behavior and network formation on this culture platform. A combinatorial method of laser-scanning confocal fluorescence microscopy and live-cell imaging technique was employed to track axonal outgrowth and synaptic connectivity of the neuronal cells deposited on this model culture environment. The present microfiber-based scaffold supports the prolonged viability of three-dimensionally-formed neuronal networks and their microscopic geometric parameters (i.e., microfiber diameter) strongly influence the axonal outgrowth and synaptic connection pattern. These results implies that electro-spun fiber scaffolds with fine control over surface chemistry and nano/microscopic geometry may be used as an economic and general platform for three-dimensional mammalian culture systems, particularly, neuronal lineage and other network forming cell lines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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