Jeon, Hye Lyun;Yi, Jung-Sun;Kim, Tae Sung;Oh, Youkyung;Lee, Hye Jeong;Lee, Minseong;Bang, Jin Seok;Ko, Kinarm;Ahn, Il Young;Ko, Kyungyuk;Kim, Joohwan;Park, Hye-Kyung;Lee, Jong Kwon;Sohn, Soo Jung
Toxicological Research
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v.33
no.2
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pp.107-118
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2017
Although alternative test methods based on the 3Rs (Replacement, Reduction, Refinement) are being developed to replace animal testing in reproductive and developmental toxicology, they are still in an early stage. Consequently, we aimed to develop alternative test methods in male animals using mouse spermatogonial stem cells (mSSCs). Here, we modified the OECD TG 489 and optimized the in vitro comet assay in our previous study. This study aimed to verify the validity of in vitro tests involving mSSCs by comparing their results with those of in vivo tests using C57BL/6 mice by gavage. We selected hydroxyurea (HU), which is known to chemically induce male reproductive toxicity. The 50% inhibitory concentration ($IC_{50}$) value of HU was 0.9 mM, as determined by the MTT assay. In the in vitro comet assay, % tail DNA and Olive tail moment (OTM) after HU administration increased significantly, compared to the control. Annexin V, PI staining and TUNEL assays showed that HU caused apoptosis in mSSCs. In order to compare in vitro tests with in vivo tests, the same substances were administered to male C57BL/6 mice. Reproductive toxicity was observed at 25, 50, 100, and 200 mg/kg/day as measured by clinical measures of reduction in sperm motility and testicular weight. The comet assay, DCFH-DA assay, H&E staining, and TUNEL assay were also performed. The results of the test with C57BL/6 mice were similar to those with mSSCs for HU treatment. Finally, linear regression analysis showed a strong positive correlation between results of in vitro tests and those of in vivo. In conclusion, the present study is the first to demonstrate the effect of HU-induced DNA damage, ROS formation, and apoptosis in mSSCs. Further, the results of the current study suggest that mSSCs could be a useful model to predict male reproductive toxicity.
The identification of biomarkers of a living tissues is essentially required to understand specific functions of the cells. In previous study, we reported IGFBP 3 as one of the putative biomarkers, by showing specific expression at porcine spermatogonial stem cells (SSCs) of early stage of porcine testis. In this study, we analyzed the expression of seven members of IGFBP family (IGFBPs) in SSCs and histological expression pattern of pregnancy-associated plasma protein-A (PAPP-A), which plays a role on the growth promoting enzyme by cleavage of IGFBPs in testis of 5 days old pig. RT-PCR analysis showed that IGFBP 1, 2, 3, 4, and 6 were expressed at high level specifically in porcine SSCs compared with whole testis. We performed immunohisotochemical staining of testis sections with PAPP-A and protein gene product 9.5 (PGP9.5) which are the known biomarkers for SSCs. We were not able to find co-expression of PAPP-A and PGP9.5; PAPP-A was expressed only in Sertoli cells and PGP9.5 expression was confirmed in spermatogonium. Additionally, we were able to confirm the GATA4 expression in Sertoli and Leydig cells as a regulator of Sertoli cell function was not detected PGP9.5 expressing cells, indicating indirect evidence of that cytolocalization of PAPP-A expression is limited in Sertoli cells. These results suggested that the PAPP-A expressed in Sertoli cells may play role on regulation of development and differentiation of testicular cells through the IGF axis in neonatal porcine testis.
In the present study, embryoid bodies (EBs) obtained from induced pluripotent stem cells (iPSCs) were induced to differentiate into germ lineage cells by treatment with bone morphogenetic protein 4 (BMP4) and retinoic acid (RA). The results were compared to the results for embryonic stem cells (ESCs) and multipotent spermatogonial stem cells (mSSCs) and quantified using immunocytochemical analysis of germ cell-specific markers (integrin-${\alpha}6$, GFR-${\alpha}1$, CD90/Thy1), fluorescence activating cell sorting (FACS), and real time-RT-PCR. We show that the highest levels of germ cell marker-expressing cells were obtained from groups treated with 10 ng/$m{\ell}$ BMP4 or 0.01 ${\mu}M$ RA. In the BMP4-treated group, GFR-${\alpha}1$ and CD90/Thy-1 were highly expressed in the EBs of iPSCs and ESCs compared to EBs of mSSCs. The expression of Nanog was much lower in iPSCs compared to ESCs and mSSCs. In the RA treated group, the level of GFR-${\alpha}1$ and CD90/Thy-1 expression in the EBs of mSSCs Induced pluripotent stem cells, Mouse embryonic stem cells, Multipotent spermatogonial stem cells, Germ cell lineage, Differentiation potential. was much higher than the levels found in the EBs of iPSCs and similar to the levels found in the EBs of ESCs. FACS analysis using integrin-${\alpha}6$, GFR-${\alpha}1$, CD90/Thy1 and immunocytochemistry using GFR-${\alpha}1$ antibody showed similar gene expression results. Therefore our results show that iPSC has the potential to differentiate into germ cells and suggest that a protocol optimizing germ cell induction from iPSC should be developed because of their potential usefulness in clinical applications requiring patient-specific cells.
Multipotent spermatogonial stem cells (mSSCs), derived from uni-potent SSC, are a type of reprogrammed cells with similar characteristics to embryonic stem cells (ESCs). The aim of this study was to evaluate the potential for transgenesis of mSSC derived from outbred mice and the production of transgenic animal by the mSSC-insertion into embryo. mSSCs, established from outbred mice (ICR strain) in the previous study, were maintained and then transfected with a lenti-viral vector expressing green fluorescent protein (GFP), CS-CDF-CG-PRE. Embryonic stem cells (ESCs) were derived from inbred transgenic mice (C57BL/6-Tg (CAG-EGFP)) and were used as an experimental control. Transfected mSSCs were well proliferated in vitro and maintained their characteristics and normal karyotype. Ten to twelve mSSCs and ESCs were collected and inserted into perivitelline space of 8-cell mouse embryos, and then transferred them into uteri of poster mothers after an additional 2-days of culture. Percentage of mSSC-derived offsprings was 4.8% (47/980) and which was lower than those (11.7% (67/572)) of ESC-derived ones (P<0.05). However, even though different genetic background of mSSC and ESC origin, the production efficiency of coat-colored chimeric offspring in mSSC group was not different when compared it with ESC (6.4% (3/47) vs. 7.5% (5/67)). From these results, we confirmed that mSSC derived from outbred mice has a pluripotency and a potential to produce chimeric embryos or mice when reaggregatation with mSSC is performed.
Park, Ji Eun;Park, Min Hee;Kim, Min Seong;Yun, Jung Im;Choi, Jung Hoon;Lee, Eunsong;Lee, Seung Tae
Journal of Embryo Transfer
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v.32
no.4
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pp.343-351
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2017
Porcine spermatogonial stem cells (SSCs) prefer three-dimensional (3D) culture systems to 2D ones for the maintenance of self-renewal. Of the many 3D culture systems, agar-based hydrogels are candidates for supporting porcine SSC self-renewal, and there are various types of agar powder that can be used. In this study, we sought to identify an agar-based 3D hydrogel system that exhibited strong efficacy in the maintenance of porcine SSC self-renewal. First, 3D hydrogels with different mechanics were prepared with various concentrations of Bacto agar, lysogeny broth (LB) agar, and agarose powder, and the 3D hydrogel with the strongest alkaline phosphatase (AP) activity and greatest increase in colony size was identified for the different types of agar powder. Second, among the porcine SSCs cultured in the different 3D hydrogels, we analyzed the colony formation, morphology, and size; AP activity; and transcription and translation of porcine SSC-related genes, and these were compared to determine the optimal 3D hydrogel system for the maintenance of porcine SSC self-renewal. We found that 0.6% (w/v) Bacto agar-, 1% (w/v) LB agar-, and 0.2% (w/v) agarose-based 3D hydrogels showed the strongest maintenance of AP activity and the most pronounced increase in colony size in the culture of porcine SSCs. Moreover, among these hydrogels, the strongest transcription and translation of porcine SSC-related genes and largest colony size were detected in porcine SSCs cultured in the 0.2% (w/v) agarose-based 3D hydrogel, whereas there were no significant differences in colony formation and morphology. These results demonstrate that the 0.2% (w/v) agarose-based 3D hydrogel can be effectively used for the maintenance of porcine SSC self-renewal.
Spermatogonial stem cells (SSCs) developed into sperms through spermatogenesis have been utilized as a useful tool in the field of regenerative medicine and infertility. However, a small number of highly qualified SSCs are resided in the seminiferous tubule of testis, resulted in developing effective in-vitro culture system of SSCs for solving simultaneously quantitative and qualitative problems. Presently, SSCs can be enriched on testicular stromal cells (TSCs), but there are no systematic researches about TSC culture. Therefore, we tried to optimize culture condition of TSCs derived from mouse with different strains. For these, proliferation and viability were measured and compared by culturing ICR outbred or DBA/2 inbred mouse-derived TSCs at 35 or $37^{\circ}C$. In case of ICR strain, primary TSCs cultured at $37^{\circ}C$ showed significantly higher proliferation and viability than those at $35^{\circ}C$ and significant increase of proliferation and viability in sub-passaged TSCs was detected in the $35^{\circ}C$ culture condition. Moreover, sub-passage of primary TSCs at $35^{\circ}C$ induced no significant effects on proliferation and viability. In contrast, in case of DBA/2 strain, significantly improved proliferation were detected in the primary TSCs cultured at $35^{\circ}C$, which showed no significant difference in the viability, compared to those at $37^{\circ}C$. Furthermore, sub-passaged TSCs cultured at $37^{\circ}C$ showed no significant differences in proliferation and viability, compared to those at $35^{\circ}C$. However, with significant decrease of proliferation induced by sub-passage of primary TSCs at $35^{\circ}C$, no significant effects on proliferation and viability were resulted from sub-passage of primary TSCs at $37^{\circ}C$. From these results, culture temperature of primary TSCs derived from outbred and inbred strain of mouse could be separately optimized in primary culture and subculture.
This contribution to the IV Korea-Mexico meeting deals with the hydrodynamics of the matter reinserted within super star clusters (SSCs) by both stellar winds and supernova explosions, results recently printed in The Astrophysical Journal (Silich et al. 2007). The motivation of such a project arose from the persistent presence of the small mass and compact HII regions that sit right on top of many massive and compact SSCs, from which one expects a large mechanical energy power. The data used for our calculations appear only recently (see Smith et al. 2006) for the massive and compact SSC M82-A1. We presented in our paper the calculated flow, derived through analytical and semi-analytical methods, which led to almost identical results. We have found out that the only way of accommodating a compact HII region (4.5 pc in radius, in the case of M82-A1) on top of a 6.3 Myr old and massive (> $10^6M_{\bigodot}$) SSC with a half light radius of 3 pc, requires of two assumptions: a very low heating efficiency (< 10%) within the cluster, what leads to a bimodal solution (see Tenorio-Tagle et al. 2007) and a high pressure in the surrounding medium.
Mcconnell, Paul;Hanson, Brady;Lee, Moo;Sorenson, Ken
Nuclear Engineering and Technology
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v.43
no.5
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pp.405-412
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2011
Used nuclear fuel will likely be stored dry for extended periods of time in the USA. Until a final disposition pathway is chosen, the storage periods will almost definitely be longer than were originally intended. The ability of the important-tosafety structures, systems, and components (SSCs) to continue to meet storage and transport safety functions over extended times must be determined. It must be assured that there is no significant degradation of the fuel or dry cask storage systems. Also, it is projected that the maximum discharge burnups of the used nuclear fuel will increase. Thus, it is necessary to obtain data on high burnup fuel to demonstrate that the used nuclear fuel remains intact after extended storage. An evaluation was performed to determine the conditions that may lead to failure of dry storage SSCs. This paper documents the initial technical gap analysis performed to identify data and modeling needs to develop the desired technical bases to ensure the safety functions of dry stored fuel.
A whole genome association (WGA) study was performed to detect significant polymorphisms for meat quality traits in an $F_2$ cross population (N = 478) that were generated with Korean native pig sires and Landrace dams in National Livestock Research Institute, Songwhan, Korea. The animals were genotyped using Illumina porcine 60k SNP beadchips, in which a set of 46,865 SNPs were available for the WGA analyses on ten carcass quality traits; live weight, crude protein, crude lipids, crude ash, water holding capacity, drip loss, shear force, CIE L, CIE a and CIE b. Phenotypes were regressed on additive and dominance effects for each SNP using a simple linear regression model, after adjusting for sex, sire and slaughter stage as fixed effects. With the significant SNPs for each trait (p<0.001), a stepwise regression procedure was applied to determine the best set of SNPs with the additive and/or dominance effects. A total of 106 SNPs, or quantitative trait loci (QTL) were detected, and about 32 to 66% of the total phenotypic variation was explained by the significant SNPs for each trait. The QTL were identified in most porcine chromosomes (SSCs), in which majority of the QTL were detected in SSCs 1, 2, 12, 13, 14 and 16. Several QTL clusters were identified on SSCs 12, 16 and 17, and a cluster of QTL influencing crude protein, crude lipid, drip loss, shear force, CIE a and CIE b were located between 20 and 29 Mb of SSC12. A pleiotropic QTL for drip loss, CIE L and CIE b was also detected on SSC16. These QTL need to be validated in commercial pig populations for genetic improvement in meat quality via marker-assisted selection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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