Pluripotent embryonic stem cells can differentiate into beating cardiomyocytes with proper culture conditions and stimulants via embryo-like aggregates. We describe here the use of mouse embryonic stem (mES03) cells as a reproducible differentiation system for cardiomyocyte. mES03 cells growing in colonies were dissociated and allowed to re-aggregated in suspension [embryoid body (EB) formation〕. To induce cardiomyocytic differentiation, cells were exposed to 0.75% dimethyl sulfoxide (DMSO) during EB formation for 4 days and then another 4 days without DMSO (4+/4-). Thus treated EB was plated onto gelatin-coated dishes for differentiation. Spontaneously contracting colonies which appeared in approximately 4~5 days upon differentiation were mechanically dissected, enzymatically dispersed, plated onto coverslips, and then incubated for another 48~72 hrs. By RT-PCR, robust expression of cardiac myosin heavy chain $\alpha$, cardiac muscle heavy polypeptide 7 $\beta$($\beta$-MHC), cardiac transcription factor GATA4, and skeletal muscle-specific $\alpha$$_1$-subunit of the L-type calcium channel ($\alpha$$_1$CaC $h_{sm}$ ) were detected as early as 8 days after EB formation, but message of cardiac muscle-specific $\alpha$$_1$-subunit of the L-type calcium channel ($\alpha$$_1$CaCh) were reveled at a low level. In contrast, expression of myosin light chain (MLC-2V) and atrial natriuretic factor (ANF) were not detected during EB formation for 8 days. However, a strong expression of the atrial-specific ANF gene was expressed from day 8 onward, which were remained constant in EB. (cardiac specialization and terminal differentiation stage). Electrophysiological examination of spontaneously contracting cells showed ventricle-like action potential 17 days after the EB formation. This study indicates that mES03 cell-derived cardiomyocytes via 4+/4- protocol displayed biochemical and electrophysiological properties of subpopulation of cardiomyocytes.
Kim, Dong Hee;Seo, Eun Jin;Tigyi, Gabor J.;Lee, Byung Ju;Jang, Il Ho
International Journal of Oral Biology
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v.45
no.2
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pp.42-50
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2020
Lysophosphatidic acid (LPA) is a lipid messenger mediated by G protein-coupled receptors (LPAR1-6). It is involved in the pathogenesis of certain chronic inflammatory and autoimmune diseases. In addition, it controls the self-renewal and differentiation of stem cells. Recent research has demonstrated the close relationship between periodontitis and various diseases in the human body. However, the precise role of LPA in the development of periodontitis has not been studied. We identified that LPAR1 was highly expressed in human periodontal ligament stem cells (PDLSCs). In periodontitis-mimicking conditions with Porphyromonas gingivalis-derived lipopolysaccharide (Pg-LPS) treatment, PDLSCs exhibited a considerable reduction in the cellular viability and osteogenic differentiation potential, in addition to an increase in the inflammatory responses including tumor necrosis factor-α and interleukin-1β expression and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) activation. Of the various LPAR antagonists, pre-treatment with AM095, an LPAR1 inhibitor, showed a positive effect on the restoration of cellular viability and osteogenic differentiation, accompanied by a decrease in NF-κB signaling, and action against Pg-LPS. These findings suggest that the modulation of LPAR1 activity will assist in checking the progression of periodontitis and in its treatment.
Tumor necrosis factor-inducible gene 6 protein (TSG-6) is a cytokine secreted by mesenchymal stem cells (MSCs) and regulates MSC stemness. We previously reported that TSG-6 changes primary human hepatic stellate cells (pHSCs) into stem-like cells by activating yes-associated protein-1 (YAP-1). However, the molecular mechanism behind the reprogramming action of TSG-6 in pHSCs remains unknown. Cluster of differentiation 44 (CD44) is a transmembrane protein that has multiple functions depending on the ligand it is binding, and it is involved in various signaling pathways, including the Wnt/β-catenin pathway. Given that β-catenin influences stemness and acts downstream of CD44, we hypothesized that TSG-6 interacts with the CD44 receptor and stimulates β-catenin to activate YAP-1 during TSG-6-mediated transdifferentiation of HSCs. Immunoprecipitation assays showed the interaction of TSG-6 with CD44, and immunofluorescence staining analyses revealed the colocalization of TSG-6 and CD44 at the plasma membrane of TSG-6-treated pHSCs. In addition, TSG-6 treatment upregulated the inactive form of phosphorylated glycogen synthase kinase (GSK)-3β, which is a negative regulator of β-catenin, and promoted nuclear accumulation of active/nonphosphorylated β-catenin, eventually leading to the activation of YAP-1. However, CD44 suppression in pHSCs following CD44 siRNA treatment blocked the activation of β-catenin and YAP-1, which inhibited the transition of TSG-6-treated HSCs into stem-like cells. Therefore, these findings demonstrate that TSG-6 interacts with CD44 and activates β-catenin and YAP-1 during the conversion of TSG-6-treated pHSCs into stem-like cells, suggesting that this novel pathway is an effective therapeutic target for controlling liver disease.
In this report, we present an inverse opal scaffold that can enhance the chondrogenic differentiation of human adipose-derived stem cells (hADSCs) without drug, gene, or cytokine supplement. Inverse opal scaffolds based on poly(D,L-lactide-co-glycolide) were formed with uniform $200{\mu}m$ pores. Due to uniform pore sizes and well-controlled interconnectivity of inverse opal scaffold, hADSCs were allowed to distribute homogeneously throughout the scaffolds. As a result, high cell density culture with scaffold was possible. Since the hADSCs cultured in inverse opal scaffolds were subjected to limited supplies of oxygen and nutrients, these cells were naturally preconditioned to a hypoxic environment that stimulated the up-regulation of hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}$ (HIF-$1{\alpha}$). As a result, apoptotic activity of hADSCs until 3 weeks after initial cell seeding was significantly reduced and chondrogenic differentiation related molecular signal cascades were up regulated (transforming growth factor-beta, phosphorylated AKT, and phosphorylated p38 expression). In contrast, hADSCs cultured with small and non-uniform porous scaffolds showed significantly increased apoptotic activity with decreased chondrogenic differentiation. Taken together, inverse opal scaffold could potentially be used as an effective tool for improving chondrogenesis using stem cells.
The periodontal ligament (PDL) is the connective tissue between tooth root and alveolar bone containing mesenchymal stem cells (MSC). It has been suggested that human periodontal ligament stem cells (hPDLSCs) differentiate into osteo/cementoblast and ligament progenitor cells. The periodontitis is a representative oral disease where the PDL tissue is collapsed, and regeneration of this tissue is important in periodontitis therapy. Fibroblast growth factor-2 (FGF-2) stimulates proliferation and differentiation of fibroblastic MSCs into various cell lineages. We evaluated the dose efficacy of FGF-2 for cytodifferentiation of hPDLSCs into ligament progenitor. The fibrous morphology was highly stimulated even at low FGF-2 concentrations, and the expression of teno/ligamentogenic markers, scleraxis and tenomodulin in hPDLSCs increased in a dose dependent manner of FGF-2. In contrast, expression of the osteo/cementogenic markers decreased, suggesting that FGF-2 might induce and maintain the ligamentogenic potential of hPDLSCs. Although the stimulation of tenocytic maturation by $TGF-{\beta}1$ was diminished by FGF-2, the inhibition of the expression of early ligamentogenic marker by $TGF-{\beta}1$ was redeemed by FGF-2 treatment. The stimulating effect of BMPs on osteo/cementogenesis was apparently suppressed by FGF-2. These results indicate that FGF-2 predominantly differentiates the hPDLSCs into teno/ligamentogenesis, and has an antagonistic effect on the hard tissue differentiation induced by BMP-2 and BMP-4.
Kwon, Jae-Kyung;Choi, Dong-Joo;Yang, Haijie;Ko, Dong Wan;Jou, Ilo;Park, Sang Myun;Joe, Eun-Hye
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.25
no.6
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pp.565-574
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2021
Astrocytes are activated in response to brain damage. Here, we found that expression of Kir4.1, a major potassium channel in astrocytes, is increased in activated astrocytes in the injured brain together with upregulation of the neural stem cell markers, Sox2 and Nestin. Expression of Kir4.1 was also increased together with that of Nestin and Sox2 in neurospheres formed from dissociated P7 mouse brains. Using the Kir4.1 blocker BaCl2 to determine whether Kir4.1 is involved in acquisition of stemness, we found that inhibition of Kir4.1 activity caused a concentration-dependent increase in sphere size and Sox2 levels, but had little effect on Nestin levels. Moreover, induction of differentiation of cultured neural stem cells by withdrawing epidermal growth factor and fibroblast growth factor from the culture medium caused a sharp initial increase in Kir4.1 expression followed by a decrease, whereas Sox2 and Nestin levels continuously decreased. Inhibition of Kir4.1 had no effect on expression levels of Sox2 or Nestin, or the astrocyte and neuron markers glial fibrillary acidic protein and β-tubulin III, respectively. Taken together, these results indicate that Kir4.1 may control gain of stemness but not differentiation of stem cells.
Adipose tissue-derived mesenchymal stem cells (ADSCs) are promising for regenerating degenerated intervertebral discs (IVDs), but the low efficiency of nucleus pulposus (NP)-specific differentiation limits their clinical applications. The Sonic hedgehog (Shh) signaling pathway is important in NP-specific differentiation of ADSCs, and Smoothened Agonist (SAG) is a highly specific and effective agonist of Shh signaling. In this study, we proposed a new differentiation strategy with the use of the small molecule SAG. The NP-specific differentiation and extracellular matrix (ECM) synthesis of ADSCs were measured in vitro, and the regenerative effects of SAG pretreated ADSCs in degenerated IVDs were verified in vivo. The results showed that the combination of SAG and transforming growth factor-${\beta}3$ ($TGF-{\beta}3$) is able to increase the ECM synthesis of ADSCs. In addition, the gene and protein expression levels of NP-specific markers were increased by treatment with SAG and $TGF-{\beta}3$. Furthermore, SAG pretreated ADSCs can also improve the disc height, water content, ECM content, and structure of degenerated IVDs in vivo. Our new differentiation scheme has high efficiency in inducing NP-specific differentiation of ADSCs and is promising for stem cell-based treatment of degenerated IVDs.
To, Van;Kim, Hyun Ju;Jang, Wijeong;Sreejith, Perinthottathil;Kim, Changsoo
Development and Reproduction
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v.25
no.4
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pp.313-319
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2021
Hub cells comprise a niche for germline stem cells and cyst stem cells in the Drosophila testis. Hub cells arise from common somatic gonadal precursors in embryos, but the mechanism of their specification is still poorly understood. Here we find that RNA binding proteins Lin28 and Imp mediate transcript stability of Bowl, a known hub specification factor; Bowl transcripts were reduced in the testis of Lin28 and Imp mutants, and also when RNA-mediated interference against Lin28 or Imp was expressed in hub cells. In tissue culture Luciferase assays involving the Bowl 3'UTR, stability of Luc reporter transcripts depended on the Bowl 3'UTR and required Lin28 and Imp. Our findings suggest that proper Bowl function during hub cell specification requires Lin28 and Imp in the testis hub cells.
Seung Hwan Ko;Jin Sun Kang;Sang-Mi Kim;Eun-Hye Lee;Chang-Hwan Park
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.117-122
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2023
Background and Objectives: mRNA-based protein expression technology has been used to express functional proteins. We have previously generated dopamine neurons from rat-embryo derived neural precursor cells (NPCs) through repeated transfection of synthetic transcription factor mRNA encoding dopamine-inducible genes. However, NPCs began to die approximately 10 d post-transfection. In this study, we examined a long-term transfection protocol that did not affect cell viability. Methods and Results: Experiments were performed in eight groups sorted according to the start date of mRNA transfection. mRNA was transfected into NPCs daily for 21 d and live cell images of each group were recorded. NPCs which were differentiated for more than five days showed sustained gene expression and appreciable viability despite daily mRNA transfection for 21 d. Conclusions: Repeated mRNA transfection requires cells with a sufficient differentiation period.
Mesenchymal stem cells (MSCs) are multipotent adult stem cells that present immunosuppressive effects in experimental and clinical trials targeting various rare diseases including inflammatory bowel disease (IBD). In addition, recent studies have reported tryptophanyl-tRNA synthetase (WRS) possesses uncanonical roles such as angiostatic and anti-inflammatory effects. However, little is known about the function of WRS in MSC-based therapy. In this study, we investigated if a novel factor, WRS, secreted from MSCs has a role in amelioration of IBD symptoms and determined a specific mechanism underlying MSC therapy. Experimental colitis was induced by administration of 3% DSS solution to 8-week-old mice and human umbilical cord blood-derived MSCs (hUCB-MSCs) were injected intraperitoneally. Secretion of WRS from hUCB-MSCs and direct effect of WRS on isolated $CD4^+$ T cells was determined via in vitro experiments and hUCB-MSCs showed significant therapeutic rescue against experimental colitis. Importantly, WRS level in serum of colitis induced mice decreased and recovered by administration of MSCs. Through in vitro examination, WRS expression of hUCB-MSCs increased when cells were treated with interferon-${\gamma}$ ($IFN-{\gamma}$). WRS was evaluated and revealed to have a role in inhibiting activated T cells by inducing apoptosis. In summary, $IFN-{\gamma}$-mediated secretion of WRS from MSCs has a role in suppressive effect on excessive inflammation and disease progression of IBD and brings new highlights in the immunomodulatory potency of hUCB-MSCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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