Objective: Recapitulation of the spermatogenesis process in vitro is a tool for studying the biology of germ cells, and may lead to promising therapeutic strategies in the future. In this study, we attempted to transdifferentiate Wharton's jelly-derived mesenchymal stem cells (WJ-MSCs) into male germ cells using all-trans retinoic acid and Sertoli cell-conditioned medium. Methods: Human WJ-MSCs were propagated by the explant culture method, and cells at the second passage were induced with differentiation medium containing all-trans retinoic acid for 2 weeks. Putative germ cells were cultured with Sertoli cell-conditioned medium at $36^{\circ}C$ for 3 more weeks. Results: The gene expression profile was consistent with the stage-specific development of germ cells. The expression of Oct4 and Plzf (early germ cell markers) was diminished, while Stra8 (a premeiotic marker), Scp3 (a meiotic marker), and Acr and Prm1 (postmeiotic markers) were upregulated during the induction period. In morphological studies, approximately 5% of the cells were secondary spermatocytes that had completed two stages of acrosome formation (the Golgi phase and the cap phase). A few spermatid-like cells that had undergone the initial stage of tail formation were also noted. Conclusion: Human WJ-MSCs can be transdifferentiated into more advanced stages of germ cells by a simple two-step induction protocol using retinoic acid and Sertoli cell-conditioned medium.
Background and Objectives: Many preclinical studies have been conducted using animal disease models to determine the effectiveness of human mesenchymal stem cells (hMSCs) for treating immune and inflammatory diseases based on the belief that hMSCs are not immunogenic across species. However, several researchers have suggested xenogeneic immune responses to hMSCs in animals, still without detailed features. This study aimed to investigate a xenogeneic humoral immune response to hMSCs in mice in detail. Methods and Results: Balb/c mice were intraperitoneally injected with adipose tissue-derived or Wharton's jelly-derived hMSCs. Sera from these mice were titrated for each isotype. To confirm specificity of the antibodies, hMSCs were stained with the sera and subjected to a flow cytometic analysis. Spleens were immunostained for proliferating cell nuclear antigen to verify the germinal center formation. Additionally, splenocytes were subjected to a flow cytometric analysis for surface markers including GL-7, B220, CD4, CD8, CD44, and CD62L. Similar experiments were repeated in C57BL/6 mice. The results showed increased IgG1 and IgG2a titers in the sera from Balb/c mice injected with hMSCs, and the titers were much higher in the secondary sera than in the primary sera. These antibodies were specifically stained the hMSCs. Germinal centers were observed in the spleen, and flow cytometric analysis of the splenocytes showed higher frequencies of centroblasts (B220+ GL7+) and memory T cells (CD62L+ CD44+) both in CD4+ and CD8+ subsets. Similar results were obtained for C57BL/6 mice. Conclusions: hMSCs induced a humoral immune response in mice, with characters of T cell-dependent immunity.
Park, Jin-Soo;Kim, Hyun Kuk;Kang, Eun-Young;Cho, RyeonJin;Oh, Yeon-Mok
Tuberculosis and Respiratory Diseases
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v.82
no.2
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pp.158-165
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2019
Background: A recent study reported that mesenchymal stem cells possess potential cellular therapeutic properties for treating patients with chronic obstructive pulmonary disease, which is characterized by emphysema. We examined the potential therapeutic effect of Wharton's Jelly-derived mesenchymal stem cells (WJMSCs), following pretreatment with pioglitazone, in lung regeneration mouse emphysema models. Methods: We used two mouse emphysema models, an elastase-induced model and a cigarette smoke-induced model. We intravenously injected WJMSCs ($1{\times}10^4/mouse$) to mice, pretreated or not, with pioglitazone for 7 days. We measured the emphysema severity by mean linear intercepts (MLI) analysis using lung histology. Results: Pioglitazone pretreated WJMSCs (pioWJMSCs) were associated with greater lung regeneration than non-augmented WJMSCs in the two mouse emphysema models. In the elastase-induced emphysema model, the MLIs were $59.02{\pm}2.42{\mu}m$ (n=6), $72.80{\pm}2.87{\mu}m$ (n=6), for pioWJMSCs injected mice, and non-augmented WJMSCs injected mice, respectively (p<0.01). Both pioWJMSCs and non-augmented WJMSCs showed regenerative effects in the cigarette smoke emphysema model (MLIs were $41.25{\pm}0.98$ [n=6] for WJMSCs and $38.97{\pm}0.61{\mu}m$ [n=6] for pioWJMSCs) compared to smoking control mice ($51.65{\pm}1.36{\mu}m$, n=6). The mean improvement of MLI appeared numerically better in pioWJMSCs than in non-augmented WJMSCs injected mice, but the difference did not reach the level of statistical significance (p=0.071). Conclusion: PioWJMSCs may produce greater lung regeneration, compared to non-augmented WJMSCs, in a mouse emphysema model.
Sun Jeong Kim;Soojin Kwon;Soobeen Chung;Eun Joo Lee;Sang Eon Park;Suk-Joo Choi;Soo-Young Oh;Gyu Ha Ryu;Hong Bae Jeon;Jong Wook Chang
International Journal of Stem Cells
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v.17
no.1
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pp.80-90
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2024
Cellular senescence causes cell cycle arrest and promotes permanent cessation of proliferation. Since the senescence of mesenchymal stem cells (MSCs) reduces proliferation and multipotency and increases immunogenicity, aged MSCs are not suitable for cell therapy. Therefore, it is important to inhibit cellular senescence in MSCs. It has recently been reported that metabolites can control aging diseases. Therefore, we aimed to identify novel metabolites that regulate the replicative senescence in MSCs. Using a fecal metabolites library, we identified nervonic acid (NA) as a candidate metabolite for replicative senescence regulation. In replicative senescent MSCs, NA reduced senescence-associated 𝛽-galactosidase positive cells, the expression of senescence-related genes, as well as increased stemness and adipogenesis. Moreover, in non-senescent MSCs, NA treatment delayed senescence caused by sequential subculture and promoted proliferation. We confirmed, for the first time, that NA delayed and inhibited cellular senescence. Considering optimal concentration, duration, and timing of drug treatment, NA is a novel potential metabolite that can be used in the development of technologies that regulate cellular senescence.
Hyun Sung Park;Mi-Kyung Oh;Joong Won Lee;Dong-Hoon Chae;Hansol Joo;Ji Yeon Kang;Hye Bin An;Aaron Yu;Jae Han Park;Hee Min Yoo;Hyun Jun Jung;Uimook Choi;Ji-Won Jung;In-Sook Kim;Il-Hoan Oh;Kyung-Rok Yu
International Journal of Stem Cells
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v.15
no.2
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pp.203-216
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2022
Background and Objectives: Epidemiological investigations have shown positive correlations between increased diesel exhaust particles (DEP) in ambient air and adverse health outcomes. DEP are the major constituent of particulate atmospheric pollution and have been shown to induce proinflammatory responses both in the lung and systemically. Here, we report the effects of DEP exposure on the properties of human Wharton's jelly-derived mesenchymal stem cells (WJ-MSCs), including stemness, regeneration, and immunomodulation. Methods and Results: Non-apoptotic concentrations of DEP (10 ㎍/ml) inhibited the migration and osteogenic differentiation capacity of WJ-MSCs. Gene expression profiling showed that DEP increased intracellular reactive oxygen species (ROS) and expression of pro-inflammatory and metabolic-process-related genes including cFos. Furthermore, WJ-MSCs cultured with DEP showed impaired suppression of T cell proliferation that was reversed by inhibition of ROS or knockdown of cFos. ERK inhibition assay revealed that DEP-induced ROS regulated cFos through activation of ERK but not NF-κB signaling. Overall, low concentrations of DEP (10 ㎍/ml) significantly suppressed the stemness and immunomodulatory properties of WJ-MSCs through ROS/ERK/cFos signaling pathways. Furthermore, WJ-MSCs cultured with DEP impaired the therapeutic effect of WJ-MSCs in experimental colitis mice, but was partly reversed by inhibition of ROS. Conclusions: Taken together, these results indicate that exposure to DEP enhances the expression of pro-inflammatory cytokines and immune responses through a mechanism involving the ROS/ERK/cFos pathway in WJ-MSCs, and that DEP-induced ROS damage impairs the therapeutic effect of WJ-MSCs in colitis. Our results suggest that modulation of ROS/ERK/cFos signaling pathways in WJ-MSCs might be a novel therapeutic strategy for DEP-induced diseases.
Chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG) inhibits neurite outgrowth of various neuronal cell types, and CSPG-associated inhibition of neurite outgrowth is mediated by the Rho/ROCK pathway. Mesenchymal stromal/stem cells (MSCs) have the potential to differentiate into neuron-like cells under specific conditions and have been shown to differentiate into neuron-like cells by co-treatment with the ROCK inhibitor Y27632 and the hypoxia condition mimicking agent $CoCl_2$. In this study, we addressed the hypothesis that a ROCK inhibitor might be beneficial to regenerate neurons during stem cell therapy by preventing transplanted MSCs from inhibition by CSPG in damaged tissues. Indeed, dose-dependent inhibition by CSPG pretreatment was observed during morphological changes of Wharton's jelly-derived MSCs (WJ-MSCs) induced by Y27632 alone. The formation of neurite-like structures was significantly inhibited when WJ-MSCs were pre-treated with CSPG before induction under Y27632 plus $CoCl_2$ conditions, and pretreatment with a protein kinase C inhibitor reversed such inhibition. However, CSPG treatment resulted in no significant inhibition of the WJ-MSC morphological changes into neuron-like cells after initiating induction by Y27632 plus $CoCl_2$. No marked changes were detected in expression levels of neuronal markers induced by Y27632 plus $CoCl_2$ upon CSPG treatment. CSPG also blocked the morphological changes of human bone marrow-derived MSCs into neuron-like cells under other neuronal induction condition without the ROCK inhibitor, and Y27632 pre-treatment blocked the inhibitory effect of CSPG. These results suggest that a ROCK inhibitor can be efficiently used in stem cell therapy for neuronal induction by avoiding hindrance from CSPG.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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