Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been used as promising tools for regenerative medicine, disease modeling, and drug screening. Traditional and common strategies for pluripotent stem cell (PSC) differentiation toward disease-relevant cell types depend on sequential treatment of signaling molecules identified based on knowledge of developmental biology. However, these strategies suffer from low purity, inefficiency, and time-consuming culture conditions. A growing body of recent research has shown efficient cell fate reprogramming by forced expression of single or multiple transcription factors. Here, we review transcription factor-directed differentiation methods of PSCs toward neural, muscle, liver, and pancreatic endocrine cells. Potential applications and limitations are also discussed in order to establish future directions of this technique for therapeutic purposes.
Induced pluripotent stem (iPS) cells are generated by epigenetic reprogramming of somatic cells through the exogenous expression of transcription factors. Recently, the generation of iPS cells from patients with a variety of genetic diseases was found to likely have a major impact on regenerative medicine, because these cells self-renew indefinitely in culture while retaining the capacity to differentiate into any cell type in the body, thereby enabling disease investigation and drug development. This review focuses on the current state of iPS cell technology and discusses the potential applications of these cells for disease modeling; drug discovery; and eventually, cell replacement therapy.
Soo-Been Jeon; A-Reum Han;Yoo Bin Choi;Ah Reum Lee;Ji Yoon Lee
International Journal of Stem Cells
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제16권1호
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pp.108-116
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2023
γδ T cells are a rare and unique prototype of T cells that share properties with natural killer cells in secondary lymphoid organs. Although many studies have revealed the function and importance of adult-derived γδ T cells in cancer biology and regenerative medicine, the low numbers of these cells hamper their application as therapeutic cell sources in the clinic. To solve this problem, pluripotent stem cell-derived γδ T cells are considered alternative cell sources; however, few studies have reported the generation of human pluripotent stem cell-derived γδ T cells. In the present study, we investigated whether lymphoid lineage γδ T cells were successfully generated from human pluripotent stem cells via hemogenic endothelium under defined culture conditions. Our results revealed that pluripotent stem cells successfully generated γδ T cells with an overall increase in transcriptional activity of lymphoid lineage genes and cytolytic factors, indicating the importance of the optimization of culture conditions in generating lymphoid lineage γδ T cells. We uncovered an initial step in differentiating γδ T cells that could be applied to basic and translational investigations in the field of cancer biology. Based on our result, we will develop an appropriate method to purify γδ T cells with functionality and it helpful for the study of basic mechanism of γδ T cells in pathophysiologic condition as well as clinic application.
X-chromosome inactivation is one of the most complex events observed in early embryo developments. The epigenetic changes occurred in female X-chromosome is essential to compensate dosages of X-linked genes between males and females. Because of the relevance of the epigenetic process to the normal embryo developments and stem cell studies, X-chromosome inactivation has been focused intensively for last 10 years. Initiation and regulation of the process is managed by diverse factors. Especially, proteins and non-coding RNAs encoded in X-chromosome inactivation center, and a couple of transcription factors have been reported to regulate the event. In this review, we introduce the reported factors, and how they regulate epigenetic inactivation of X-chromosomes.
Sang-Ki Baek;In-Won Lee;Yeon-Ji Lee;Bo-Gyeong Seo;Jung-Woo Choi;Tae-Suk Kim;Cheol Hwangbo;Joon-Hee Lee
한국동물생명공학회지
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제38권4호
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pp.275-290
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2023
Background: Porcine pluripotent stem cells (pPSCs) would provide enormous potential for agriculture and biomedicine. However, authentic pPSCs have not established yet because standards for pPSCs-specific markers and culture conditions are not clear. Therefore, the present study reports comparative pluripotency characteristics in porcine induced pluripotent stem cells (piPSCs) derived from different viral transduction and reprogramming factors [Lenti-iPSCs (OSKM), Lenti-iPSCs (OSKMNL) and Sev-iPSCs (OSKM)]. Methods: Porcine fibroblasts were induced into Lenti-iPSCs (OSKM) and Lenti-iPSCs (OSKMNL) by using Lentiviral vector and Sev-iPSCs (OSKM) by using Sendaiviral vector. Expressions of endogenous or exogenous pluripotency-associated genes, surface marker and in vitro differentiation in between Lenti-piPSCs (OSKM), Lenti-iPSCs (OSKMNL) and Sev-piPSCs (OSKM) were compared. Results: Colonial morphology of Lenti-iPSCs (OSKMNL) closely resembles the naïve mouse embryonic stem cells colony for culture, whereas Sev-iPSCs (OSKM) colony is similar to the primed hESCs. Also, the activity of AP shows a distinct different in piPSCs (AP-positive (+) Lenti-iPSCs (OSKMNL) and Sev-iPSCs (OSKM), but AP-negative (-) Lenti-iPSCs (OSKM)). mRNAs expression of several marker genes (OCT-3/4, NANOG and SOX2) for pluripotency was increased in Lenti-iPSCs (OSKMNL) and Sev-iPSCs (OSKM), but Sev-iPSCs (OSKM). Interestingly, SSEA-1 of surface markers was expressed only in Sev-iPSCs (OSKM), whereas SSEA-4, Tra-1-60 and Tra-1-81 were positively expressed in Lenti-iPSCs (OSKMNL). Exogenous reprogramming factors continuously expressed in Lenti-iPSCs (OSKMNL) for passage 20, whereas Sev-iPSCs (OSKM) did not express any exogenous transcription factors. Finally, only Lenti-iPSCs (OSKMNL) express the three germ layers and primordial germ cells markers in aggregated EBs. Conclusions: These results indicate that the viral transduction system of reprograming factors into porcine differentiated cells display different pluripotency characteristics in piPSCs.
Sang Eun Kim;Jun Sung Lee;Keon Bong Oh;Jeong Ho Hwang
한국동물생명공학회지
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제38권4호
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pp.199-208
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2023
Background: Canine induced pluripotent stem cells (iPSCs) are an attractive source for veterinary regenerative medicine, disease modeling, and drug development. Here we used vitamin C (Vc) to improve the reprogramming efficiency of canine iPSCs, and its functions in the reprogramming process were elucidated. Methods: Retroviral transduction of Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc (OSKM), and GFP was employed to induce reprogramming in canine fetal fibroblasts. Following transduction, the culture medium was subsequently replaced with ESC medium containing Vc to determine the effect on reprogramming activity. Results: The number of AP-positive iPSC colonies dramatically increased in culture conditions supplemented with Vc. Vc enhanced the efficacy of retrovirus transduction, which appears to be correlated with enhanced cell proliferation capacity. To confirm the characteristics of the Vc-treated iPSCs, the cells were cultured to passage 5, and pluripotency markers including Oct4, Sox2, Nanog, and Tra-1-60 were observed by immunocytochemistry. The expression of endogenous pluripotent genes (Oct4, Nanog, Rex1, and telomerase) were also verified by PCR. The complete silencing of exogenously transduced human OSKM factors was observed exclusively in canine iPSCs treated with Vc. Canine iPSCs treated with Vc are capable of forming embryoid bodies in vitro and have spontaneously differentiated into three germ layers. Conclusions: Our findings emphasize a straightforward method for enhancing the efficiency of canine iPSC generation and provide insight into the Vc effect on the reprogramming process.
Cell type specification is a delicate biological event in which every step is under tight regulation. From a molecular point of view, cell fate commitment begins with chromatin alteration, which kickstarts lineage-determining factors to initiate a series of genes required for cell specification. Several important neuronal differentiation factors have been identified from ectopic over-expression studies. However, there is scarce information on which DNA regions are modified during induced pluripotent stem cell (iPSC) to neuronal progenitor cell (NPC) differentiation, the cis regulatory factors that attach to these accessible regions, or the genes that are initially expressed. In this study, we identified the DNA accessible regions of iPSCs and NPCs via the Assay for Transposase-Accessible Chromatin sequencing (ATAC-seq). We identified which chromatin regions were modified after neuronal differentiation and found that the enhancer regions had more active histone modification changes than the promoters. Through motif enrichment analysis, we found that NEUROD1 controls iPSC differentiation to NPC by binding to the accessible regions of enhancers in cooperation with other factors such as the Hox proteins. Finally, by using Hi-C data, we categorized the genes that directly interacted with the enhancers under the control of NEUROD1 during iPSC to NPC differentiation.
In-Won Lee;Hyeon-Geun Lee;Dae-Ky Moon;Yeon-Ji Lee;Bo-Gyeong Seo;Sang-Ki Baek;Tae-Suk Kim;Cheol Hwangbo;Joon-Hee Lee
한국동물생명공학회지
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제38권3호
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pp.109-120
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2023
Background: Pluripotent stem cells (PSCs) including embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) offer the immense therapeutic potential in stem cell-based therapy of degenerative disorders. However, clinical trials of human ESCs cause heavy ethical concerns. With the derivation of iPSCs established by reprogramming from adult somatic cells through the transgenic expression of transcription factors, this problems would be able to overcome. In the present study, we tried to differentiate porcine iPSCs (piPSCs) into endothelial cells (ECs) for stem cell-based therapy of vascular diseases. Methods: piPSCs (OSKMNL) were induced to differentiation into ECs in four differentiation media (APEL-2, APEL-2 + 50 ng/mL of VEGF, EBM-2, EBM-2 + 50 ng/mL of VEGF) on cultured plates coated with matrigel® (1:40 dilution with DMEM/F-12 medium) for 8 days. Differentiation efficiency of these cells were exanimated using qRT-PCR, Immunocytochemistry, Western blotting and FACS. Results: As results, expressions of pluripotency-associated markers (OCT-3/4, SOX2 and NANOG) were higher observed in all porcine differentiated cells derived from piPSCs (OSKMNL) cultured in four differentiation media than piPSCs as the control, whereas endothelial-associated marker (CD-31) in the differentiated cells was not expressed. Conclusions: It can be seen that piPSCs (OSKMNL) were not suitable to differentiate into ECs in the four differentiation media unlike porcine epiblast stem cells (pEpiSCs). Therefore, it would be required to establish a suitable PSCs for differentiating into ECs for the treatment of cardiovascular diseases.
Park, Si-Jun;Shin, Mi-Jung;Seo, Byoung-Boo;Park, Hum-Dai;Yoon, Du-Hak;Ryoo, Zae-Young
Reproductive and Developmental Biology
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제35권4호
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pp.449-455
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2011
Induced pluripotent stem (iPS) cells have been generated from mouse and human somatic cells by etopic expression of transcription factors. iPS cells are indistinguishable from ES cells in terms of morphology and stem cell marker expression. Moreover, mouse iPS cells give rise to chimeric mice that are competent for germline transmission. However, mice derived from iPS cells often develop tumors. Furthermore, the low efficiency of iPS cell generation is a big disadvantage for mechanistic studies. Nonviral plasmid.based vectors are free of many of the drawbacks that constrain viral vectors. The histone deacetylase inhibitor valproic acid (VPA) has been shown to improve the efficiency of mouse and human iPS cell generation, and vitamin C (Vc) accelerates gene expression changes and establishment of the fully reprogrammed state. The MEK inhibitor PD0325901 (Stemgent) has been shown to increase the efficiency of the reprogramming of human primary fibroblasts into iPS cells. In this report, we described the generation of mouse iPS cells devoid of exogenous DNA by the simple transient transfection of a nonviral vector carrying 2A-peptide-linked reprogramming factors. We used VPA, Vc, and the MEK inhibitor PD0325901 to increase the reprogramming efficiency. The reprogrammed somatic cells expressed pluripotency markers and formed EBs.
Kim, Jong Deog;Bhardwaj, Jyoti;Chaudhary, Narendra;Seo, Hyo Jin
KSBB Journal
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제28권5호
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pp.269-274
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2013
Motor neuron disease (MND) is a fatal neurodegenerative disorder caused by progressive and selective degeneration of motor neurons (MNs). Because of the versatile nature, stem cells have the potential to repair or replace the degenerated cells. In this review, we discussed stem cell based therapies including the use of embryonic stem cells (ESCs), neural stem cells (NSCs), induced pluripotent stem cells (iPSCs) and genetically engineered cells to produce the neurotrophic factors for the treatment of MND. To achieve this goal, the knowledge of specificity of the cell target, homing and special markers are required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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