Cell reprogramming has been considered a powerful technique in the regenerative medicine field. In addition to diverse its strengths, cell reprogramming technology also has several drawbacks generated during the process of reprogramming. Telomere shortening caused by the cell reprogramming process impedes the efficiency of cell reprogramming. Transcription factors used for reprogramming alter genomic contents and result in genetic mutations. Additionally, defective mitochondria functioning such as excessive mitochondrial fission leads to the limitation of pluripotency and ultimately reduces the efficiency of reprogramming. These problems including genomic instability and impaired mitochondrial dynamics should be resolved to apply cell reprograming in clinical research and to address efficiency and safety concerns. Sirtuin (NAD+-dependent histone deacetylase) has been known to control the chromatin state of the telomere and influence mitochondria function in cells. Recently, several studies reported that Sirtuins could control for genomic instability in cell reprogramming. Here, we review recent findings regarding the role of Sirtuins in cell reprogramming. And we propose that the manipulation of Sirtuins may improve defects that result from the steps of cell reprogramming.
Kim, Min-Goo;Park, Chi-Hun;Lee, Sang-Goo;Seo, Hee-Won;Choi, Yo-Han;Lee, Chang-Kyu;Ka, Hak-Hyun
한국수정란이식학회지
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제23권2호
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pp.67-76
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2008
Since the birth of Dolly using fully differentiated somatic cells as a nuclear donor, viable clones were generated successfully in many mammalian species. These achievements in animal cloning demonstrate developmental potential of terminally differentiated somatic cells. At the same time, the somatic cell nuclear transfer (SCNT) technique provides the opportunities to study basic and applied biosciences. However, the efficiency generating viable offsprings by SCNT remains extremely low. There are several explanations why cloned embryos cannot fully develop into viable animals and what factors affect developmental potency of reconstructed embryos by the SCNT technique. The most critical and persuasive explanation for inefficiency in SCNT cloning is incomplete genomic reprogramming, such as DNA methylation and histone modification. Numerous studies on genomic reprogramming demonstrated that incorrect DNA methylation and aberrant epigenetic reprogramming are considerably correlated with abnormal development of SCNT cloned embryos even though its mechanism is not fully understood. The SCNT technique is useful in cloning farm animals because pluripotent stem cells are not established in farm animal species. Therapeutic cloning combined with genetic manipulation will help to control various human diseases. Also, the SCNT technique provides a chance to overcome excessive demand for the organs by production of transgenic animals as xenotransplantation resources. Here, we describe the factors affecting the efficiency of generating cloned farm animals by the SCNT technique and discuss future directions of animal cloning by SCNT to improve the cloning efficiency.
Somatic cell nuclear transfer (SCNT) is a useful tool for reproducing genetically identical animals or producing transgenic animals. Many reports have demonstrated that the efficiency of animal cloning by SCNT requires reprogramming of the somatic nucleus to a totipotent like-state. The SCNT-related reprogramming might mimic the natural reprogramming process that occurs during normal mammalian development. However, recent evidence indicates that the reprogramming event by SCNT is incomplete. In this study, the traditional SCNT procedure (TNT) was modified by injecting donor nuclei into recipient cytoplasm prior to the enucleation process to expose the donor nucleus before removing the karyoplast containing the chromosomes of the oocytes which might possess additional reprogramming factors, and this modified technique was named as reversing the usual order of SCNT (RONT). Other procedures including activation and in vitro culture were the same as TNT. Contrary to expectations, the rate of blastocyst development was not different significantly between RONT and TNT (8.6% and 7.9%, respectively). However, duration of micromanipulation performed by the same technician and equipments was remarkably reduced because the ruptured oocytes after nuclear injection were excluded from the enucleation process. This study suggests that RONT, a simplified SCNT protocol, shortens the duration of SCNT procedure and this less time-costing protocol may enable the researchers to perform murine SCNT easier.
Direct reprogramming, also known as a trans-differentiation, is a technique to allow mature cells to be converted into other types of cells without inducing a pluripotent stage. It has been suggested as a major strategy to acquire the desired type of cells in cell-based therapies to repair damaged tissues. Studies related to switching the fate of cells through epigenetic modification have been progressing and they can bypass safety issues raised by the virus-based transfection methods. In this study, a protocol was established to directly convert fully differentiated fibroblasts into diverse mesenchymal-lineage cells, such as osteoblasts, adipocytes, chondrocytes, and ectodermal cells, including neurons, by means of DNA demethylation, immediately followed by culturing in various differentiating media. First, 24 h exposure of 5-azacytidine (5-aza-CN), a well-characterized DNA methyl transferase inhibitor, to NIH-3T3 murine fibroblast cells induced the expression of stem-cell markers, that is, increasing cell plasticity. Next, 5-aza-CN treated fibroblasts were cultured in osteogenic, adipogenic, chondrogenic, and neurogenic media with or without bone morphogenetic protein 2 for a designated period. Differentiation of each desired type of cell was verified by quantitative reverse transcriptase-polymerase chain reaction/western blot assays for appropriate marker expression and by various staining methods, such as alkaline phosphatase/alizarin red S/oil red O/alcian blue. These proposed procedures allowed easier acquisition of the desired cells without any transgenic modification, using direct reprogramming technology, and thus may help make it more available in the clinical fields of regenerative medicine.
The low efficiency of animal production by nuclear transfer technique is considered to be result of an incomplete reprogramming of the donor cell nucleus, which leads to a lack of, or abnormal expression of developmentally important genes. There are a lot of genes related to embryo development and some of these genes are regulated by imprinting. IGF2 (insulin like growth factor 2) and IGF2R (IGF2 receptor) that play important roles in preimplantation development are included in imprinted genes also. (omitted)
배아줄기세포는 만능세포이기 때문에 동물에게 주입되면 종양으로 발달할 수도 있다. 따라서 연구자들은 종양 형성으로부터 비교적 자유로운 성체세포로부터 세포 특이적 줄기세포(성체줄기세포)를 확보하는데 관심을 두고 있다. 성체줄기세포는 제한적으로 세포분열을 할 수 있고 지정된 특정 세포로만 발달할 수 있다. 포유동물에서 각 조직의 세포들은 자연적 생리조건하에서는 역분화 혹은 교차분화에 의해 성체줄기세포로 전환되지 않는다. 따라서 일본 연구자들에 의하여 2006년 성체세포의 리프로그램에 의한 유도만능줄기세포(iPSCs) 기술이 소개되어 성체줄기세포 연구의 새로운 장을 열었다. 비록 연구현장에서 iPSCs 기술이 폭 넓게 이용되지만, 리프로그램의 안정성뿐만 아니라 유전체에 외래유전자의 도입 등의 문제점도 있다. Reversine은 iPSCs 보다 2년 앞서 발견된 작은 화학적 합성 분자인 퓨린 유사체이다. Reversine은 분화된 세포를 리프로그램에 의한 역분화를 유도하여 다능성 줄기세포로 전환시킬 수 있으며, 적절한 분화조건하에서 다른 세포로 교차분화를 유도할 수도 있다. 따라서 reversine은 iPSCs가 가지고 있는 문제점을 극복하고 화학적인 방법을 이용하여 성체세포를 다능성 줄기세포로 전환시킬 수 있는 물질로 활용될 수 있다. Reversine이 백색지방세포를 갈색지방형세포(beige cell)로 전변시켜 열발산에 의한 에너지소비를 촉진함을 제시하여 항비만인자로서 그 가능성을 열어 놓았다. Reversine은 세포 역분화의 기능적 역할 이외에 항암 인자로서 또 다른 기능들이 보고되고 있어 앞으로 여러 분야에서 그 이용성이 기대되는 물질이다.
People have relatively continuous and stable characteristic and it can help understand personal attitude and behavior. As individual has individual personality and society has culture, in case of organization, there is organization culture that means unique cultural characteristic. And as if we need to know culture of that society to understand individual, we need to know organization culture of that organization to understand any organization. The reason why organization culture is acknowledged as modern theory of business management is-modern company has proposed management innovation, organization activation, company transformation, and company reprogramming as management strategy to cope actively with various and quickly changing environment that modern company face-that organization culture and management innovation, that is, the concept of new business management is highlighted for means and tools to solve such problems. Seeing contemporary situation, although organization culture of small company is being improved by management innovation, cause and effect that organization culture affect technique innovation still insufficient. The meaning of this research is, through a good example of organization culture, providing reason that efficient organization culture affect technique innovation of small company(medium and small company) and making people understand why this effect occur. Through this, I want to provide strategy and policy implication of company.
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.
Kim, So-Young;Kim, Tae-Suk;Park, Sang-Hoon;Lee, Mi-Ran;Eun, Hye-Ju;Baek, Sang-Ki;Ko, Yeoung-Gyu;Kim, Sung-Woo;Seong, Hwan-Hoo;Campbell, Keith H.S.;Lee, Joon-Hee
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제27권2호
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pp.266-277
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2014
Somatic cell nuclear transfer (SCNT) has generally demonstrated that a differentiated cell can convert into a undifferentiated or pluripotent state. In the SCNT experiment, nuclear reprogramming is induced by exposure of introduced donor nuclei to the recipient cytoplasm of matured oocytes. However, because the efficiency of SCNT still remains low, a combination of SCNT technique with the ex-ovo method may improve the normal development of SCNT embryos. Here we hypothesized that treatment of somatic cells with extracts prepared from the germinal vesicle (GV) stage Siberian sturgeon oocytes prior to their use as nuclear donor for SCNT would improve in vitro development. A reversible permeability protocol with $4{\mu}g/mL$ of digitonin for 2 min at $4^{\circ}C$ in order to deliver Siberian sturgeon oocyte extract (SOE) to porcine fetal fibroblasts (PFFs) was carried out. As results, the intensity of H3K9ac staining in PFFs following treatment of SOE for 7 h at $18^{\circ}C$ was significantly increased but the intensity of H3K9me3 staining in PFFs was significantly decreased as compared with the control (p<0.05). Additionally, the level of histone acetylation in SCNT embryos at the zygote stage was significantly increased when reconstructed using SOE-treated cells (p<0.05), similar to that of IVF embryos at the zygote stage. The number of apoptotic cells was significantly decreased and pluripotency markers (Nanog, Oct4 and Sox2) were highly expressed in the blastocyst stage of SCNT embryos reconstructed using SOE-treated cells as nuclear donor (p<0.05). And there was observed a better development to the blastocyst stage in the SOE-treated group (p<0.05). Our results suggested that pre-treatment of cells with SOE could improve epigenetic reprogramming and the quality of porcine SCNT embryos.
Park, Yong-Eui;Yang, Deok-Chun;Park, Kwang-Tae;Soh, Woong-Young;Hiroshi Sano
한국식물학회:학술대회논문집
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한국식물학회 1999년도 제13회 식물생명공학심포지움 New Approaches to Understand Gene Function in Plants and Application to Plant Biotechnology
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pp.85-89
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1999
Somatic embryogendesis is one of good examples of the basic research for plant embryo development as well as an important technique for plant biotechnology. This paper describes the direct somatic embryogenesis from zygotic embryos of Panax ginseng is reversely related to normal axis growth of zygotic embryos by the experiment of various chemical treatments. Under the normal growth condition, the apical tips of embryo axis produced an agar-diffusible substance, which suppressed somatic embryo development from cotyledons. Although the cells of zygotic embryos were released from the restraint of embryo axis, various factors were still involved for somatic embryo development. Electron microscopic observation revealed that the ultrastructure of cells of cotyledon epidermis markedly changed before initiation of embryonic cell division, probably indicating reprogramming events into the cells embryogenically determined state. Polar accumulation of endogenous auxin or cell-cell isolation by plasmolysis pre-treatment is the strong inducer for the somatic embryo development. The cells for the process of somatic embryogenesis might be determined by the physiological conditions fo explants and medium compositions. Direct somatic embryos from cotyledons fo ginseng were originated eithrer from single or multiple cells. The different cellular origin of somatic embryos was originated either from single or multiple cell. The different cellular origin of somatic embryos was depended on various developmental stages of cotyledons. Immature meristematic cotyledons produced multiple cell-derived somatic embryos, which developed into multiple embryos. While fully mature cotyledons produced single cell-derived single embryos with independent state. Plasmolysis pretreatment of cotyledons strongly enhanced single cell-derived somatic embryogenesis. Single embryos were converted into normal plantlets with shoot and roots, while multiple embryos were converted into only multiple shoots. GA3 or a chilling treatment was prerequisite for germination and plant conversion. Low concentration of ammonium ion in medium was necessary for balanced growth of root and shoot of plantlets. Therefore, using above procedures, successful plant regeneration of ginseng was accomplished through direct single embryogenesis, which makes it possible to produce genetically transformed ginseng efficently.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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