Reproductive biotechnology has developed rapidly and is now able to overcome many birth difficulties due to infertility or the transmission of genetic diseases. Here we introduce the next generation of assisted reproductive technologies (ART), such as mitochondrial replacement technique (MRT) or genetic correction in eggs with micromanipulation. Further, we suggest that the transmission of genetic information from somatic cells to subsequent generations without gametes should be useful for people who suffer from infertility or genetic diseases. Pluripotent stem cells (PSCs) can be converted into germ cells such as sperm or oocytes in the laboratory. Notably, germ cells derived from nuclear transfer embryonic stem cells (NT-ESCs) or induced pluripotent stem cells (iPSCs) inherit the full parental genome. The most important issue in this technique is the generation of a haploid chromosome from diploid somatic cells. We hereby examine current science and limitations underpinning these important developments and provide recommendations for moving forward.
This study was carried out to elucidate the effect of cadmium on somatic embryogenesis and plant regeneration from cultured cells of Daucus carota L. Embryogenic calli were induced from cotyledon explants of carrot seedlings cultured on MS solid medium supplemente with 1 mg/L 2,4-D Embryogenic cells proliferated on medium supplemented with 1 mg/L 2,4-D were also cultured in liquid MS medium containing various concentrations (50, 100, 200, 500, 1000 $\mu$M) of cadmium for one week and then transferred to MS basal medium. Somatic embryogenesis occurred in suspension culture treated with 50 $\mu$M and 100 $\mu$M cadmium or untreated with cadmium. When cadmium was treated in suspension culture, production of two and four cotyledonary somatic embryos was reduced, but that of three cotyledonary somatic embryo was increased. Two cotyledonary embryos showed higher regeneration frequency than abnormal somatic embryo with one, three and four cotyledon. Regardless of cotyledonary variation, germination frequency of somatic embryos treated with cadmium was decreased in compared with that of embryos in basal medium.
Background: This study was designed to investigate the role of the hepatocyte growth factor (HGF) with regards to differentiation of somatic stem cells originating from the human umbilical cord blood (UCB) into hepatic lineage cells in vitro culture system. Methods: Mononuclear cells from UCB were cultured with and without HGF based on the fibroblast growth factor (FGF)-1, FGF-2, and stem cell factor. The cultured cells were confirmed by immunofluorescent staining analysis with albumin (ALB), cytokeratin-19 (CK-19), and proliferating cell nuclear antigen (PCNA) MoAb. ALB and CK-18 mRNA were also evaluated by reverse transcription-polymerase chain reaction. In order to observe changes in proliferating capacity with respect to the cultured period, CFSE with affinity to proliferating cells were tagged and later underwent flow cytometry. Results: In the HGF-treated group, cultured cells had a large oval shaped appearance with adherent, but easily detachable characteristics. In the HGF-non treated group, these cells were spindle-shaped with strong adherent characteristics. Expressions of ALB and CK-19 were evident in HGF-treated group compared to non-expression of those in to HGF-non treated group. Dual immunostaining analysis of the ALB producing cells showed presence of PCNA in their nuclei, and ALB and CK-18 mRNA were detected on the 21st day of cultured cells in the HGF-treated group. Conclusion: Our findings suggest that HGF has a pivotal role in differentiating somatic stem cells of human UCB into hepatic lineage cells in vitro.
The cell cycle phase in which donor nuclei exist prior to nuclear transfer is an important factor governing developmental rates of reconstituted embryos. It was suggested that quiescent G0 and cycling G1 cells could support normal development of reconstituted embryos. In a quest of optimized donor nuclei treatment prior to nuclear transfer, this study was undertaken to examine the cell cycle characteristics of bovine fetal and adult somatic cells when cultured under a variety of culture treatments and the cell cycle change with the lapse of time after trypsinization. This was archived by measuring the DNA content of cells using flow cytometry, Cultured fetal fibroblast cells, adult skin and muscle cells, and cumulus cells were divided by 3 culture treatments; 1) grown to 60-70% confluency (cycling), 2) serum starved culture, 3) culture to confluency. Trypsinized cells were fixed by 70% ethanol and stained with propidium iodide. For one experiment, trypsinized cells were resuspended in DMEM+10% FBS and incubated for 1.5, 3 and 6 h with occasional shaking before ethanol fixation. Cell cycle phases were determined by flow cytometry enabling calculation of percentages of G0+G1, S and G2+M. The majority of cells were in G0+Gl stage regardless of origin of cells. Cultures that were serum starved or cultured to confluency contained significantly (P<0.05) higher percentages of cells in G0+G1 (89.5-95.4%). For every cell lines and culture treatments, percentages of cells in existing in G0+G1 increased with decreasing of the cell size from large to small. In the serum starved and confluency groups, about 98% of small cells were in G0+G1 Serum starved culture contained higher percentages of small-sized cells (38.5-66.9%) than cycling and confluent cultures regardless of cell lines (P<0.05). After trypsinization of fetal fibroblast and adult skin cells that were serum starved and cultured to confluency, the percentages of cells in G0+G1 significantly increased by incubation for 1.5(95.7-99.5%) and 3.0 h (95.9-98.6%). The results suggest that the efficient synchronization of bovine somatic cells in G0+G1 for nuclear transfer can be established by incubation for a limited time period after trypsinization of serum starved or confluent cells.
To find out the effect of oxytocin on somatic cell count and milk production, 12 primiparous and multiparous Murrah buffaloes were selected, immediately after the parturition, from the Institute's buffalo herd. These were divided into two groups of 6 each. Buffaloes of group I did not receive oxytocin injection (control); whereas, buffaloes of group II were administered oxytocin during early lactation (av. 42.50 days). The oxytocin injection was given in doses of 2.5 IU i.m. before the start of milking, to let down the milk, for a period of 5 days. Samples of milk from individual buffaloes were collected for 5 days before (Period I), during (Period II) and after (Period III) from both the group of buffaloes. Milk samples of A. M. and P. M. milking were composited in proposition to milk yields for analysis of milk constituents. Normal values of somatic cell counts in group I of buffaloes varied from 0.54 to $0.75{\times}10^{5}cells/ml$. Mean cytoplasmic particles and epithelial cells varied from 3.68 to $7.19{\times}10^{5}cells/ml$ and 0.13 to $0.54{\times}10^{5}cells/ml$. On percentage basis the epithelial and the total leucocyte count were 60 and 40. Total leucocyte count, in the study varied from 0.17 to $0.69{\times}10^{5}cells/ml$. The differential cell count of milk indicated presence of lymphocytes (16.50 to $61.16{\times}1000$), neutrophil (0.00 to $2.00{\times}1000$) and monocyte (0.00 to $18.16{\times}1000$). Somatic cell count (p<0.01) and epithelial cells (p<0.05) varied between buffaloes and between periods of study. Total leucocyte counts of milk were also significantly varied between periods (p<0.05). The change in fat, lactose, chloride, EC and NEFA concentrations during different periods of study, were highly significant, indicated diurnal variations in different buffaloes during different days of experiment. Administration of oxytocin resulted in increase in somatic cell counts of milk (p<0.01) due to the increases in total leucocyte count (p<0.01) during the treatment period. The differential cell count indicated that oxytocin administration increased lymphocyte number significantly (p<0.01). However, secretion of neutrophil, monocyte and cytoplasmic particles were not affected by oxytocin. Eosinophil and basophil cell, though present in few samples, remain unaffected by oxytocin administration. There was no effect of oxytocin on milk production, composition, pH, EC and NEFA concentration.
Recently induced pluripotent stem (iPS) cells are derived from somatic cells by ectopic expression of several transcription factors (reprogramming factors) using technology of somatic cell reprogramming. iPS cells are able to selfrenew and differentiate into all type of cells in the body similarly to embryonic stem cells. Because iPS cells have advantages that can avoid immune rejection after transplantation and ethical issues unlike embryonic stem cells, research on iPS has made significant progress since the first report by Yamanaka in 2006. Nevertheless of many advantages of iPS, safer methods to introduce reprogramming factors into somatic cells must be developed due to safety concerns regarding viral vectors, and safer reprogramming factors to substitute the oncogenes should be evaluated for clinical application of iPS. Here we discuss the recent progress in reprogramming factors in embryonic stem cells, oocytes, and embryos, and discuss further research for finding new, more reliable and safer reprogramming factors.
Non-homologous end joining (NHEJ), and to a lesser extent, the error-free pathway known as homology-directed repair (HDR) are cellular mechanisms for recovery from double-strand DNA breaks (DSB) induced by RNA-guided programmable nuclease CRISPR/Cas. Since NHEJ is equivalent to using a duck tape to stick two pieces of metals together, the outcome of this repair mechanism is prone to error. Any out-of-frame mutations or premature stop codons resulting from NHEJ repair mechanism are extremely handy for loss-of-function studies. Substitution of a mutation on the genome with the correct exogenous repair DNA requires coordination via an error-free HDR, for targeted transgenesis. However, several practical limitations exist in harnessing the potential of HDR to replace a faulty mutation for therapeutic purposes in all cell types and more so in somatic cells. In germ cells after the DSB, copying occurs from the homologous chromosome, which increases the chances of incorporation of exogenous DNA with some degree of homology into the genome compared with somatic cells where copying from the identical sister chromatid is always preferred. This review summarizes several strategies that have been implemented to increase the frequency of HDR with a focus on somatic cells. It also highlights the limitations of this technology in gene therapy and suggests specific solutions to circumvent those barriers.
This experiment was carried out to observe the origin and developmental pattern of somatic embryos of Oenanthe javanica ($B^{L}.$) DC. The experiment included observation of embryogenic cells and their development stages by light microscope, transmission electron microscope and scanning electron microscope. The embryogenic cells, which were smaller than non-embryogenic cells in size with expanded nucleus and dense cytoplasm. When stained with hematoxylin, the embryogenic cells were readily distinguished from the non-embryogenic cells of which cell walls were stained with safranin. It was observed at somatic embryos developed from single cells on the epidermis of developing embryos or in the surface or inside of embryogenic clumps by segmentation pattern. Observation with a transmission electron microscope revealed that the embryogenic cells had dense cytoplasm expanded nucleus, small vacuoles, large amyloplasts containing starch grains, and abundant organelles including lipid bodies. Under a scanning electron microscope, embryogenic callus was shown to consist of very smaller cells than non-embryogenic cells in an orderly arrangement and covered with a net-like structure, while the non-embryogenic callus consisted of large cells, irregular in size and arrangement, and covered with a gelatin-like material.
Kim, Yu-Jin;Lee, Ok-Ran;Kim, Kyung-Tack;Yang, Deok-Chun
Journal of Ginseng Research
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v.36
no.4
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pp.442-448
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2012
Somatic embryogenesis is one of good examples of the basic research for plant embryo development as well as an important technique for plant biotechnology such as medicinally important plants. Single embryos develop into normal plantlets with shoots and roots. Therefore, direct single embryogenesis derived from single cells is highly important for normal plant regeneration. Here we demonstrate that the cyclic secondary somatic embryogenesis in Panax ginseng Meyer is a permanent source of embryogenic material that can be used for genetic manipulations. Secondary somatic embryos were originated directly from the primary somatic embryos on hormone-free Murashige and Skoog medium, and proliferated further in a cyclic manner. EM medium (one third of modified MS medium [MS medium containing half amount of NH4NO3 and KNO3] with 2% to 3% sucrose) favored further development of proliferated secondary somatic embryos into plantlets with root system. The plantlets developed into plants with well-developed taproots in half-strength Schenk and Hildebrandt basal medium supplemented with 0.5% activated charcoal.
Kim, Min-Goo;Park, Chi-Hun;Lee, Sang-Goo;Seo, Hee-Won;Choi, Yo-Han;Lee, Chang-Kyu;Ka, Hak-Hyun
Journal of Embryo Transfer
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v.23
no.2
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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