Fibroblast growth factor (FGF)-2 is one of the most effective growth factors to increase the growth rate of mesenchymal stem cells (MSCs). Previously, we reported that low dose of FGF-2 (1 ng/ml) induced proliferation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) through AKT and ERK activation resulting in reduction of autophagy and senescence, but not at a high dose. In this study, we investigated the effects of high dose FGF-2 (10 ng/ml) on proliferation, autophagy and senescence of BMSCs for long term cultures (i.e., 2 months). FGF-2 increased the growth rate of BMSCs in a dose dependent manner for a short term (3 days), while during long term cultures (2 months), population doubling time was increased and accumulated cell number was lower than control in BMSCs when cultured with 10 ng/ml of FGF-2. 10 ng/ml of FGF-2 induced immediate de-phosphorylation of ERK1/2, expression of LC3-II, and increase of senescence associated ${\beta}$-galactosidase (SA-${\beta}$-Gal, senescence marker) expression. In conclusion, we showed that 10 ng/ml of FGF-2 was inadequate for ex vivo expansion of BMSCs because 10 ng/ml of FGF-2 induced growth retardation via ERK1/2 de-phosphorylation and induction of autophagy and senescence in BMSCs.
Human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMMSCs) must differentiate into osteogenic cells to allow for successful bone regeneration. In this study, we investigated the effects of different combinations of three soluble osteogenic differentiation-inducing factors [L-ascorbic acid (AC), ${\beta}$-glycerophosphate (${\beta}G$), and bone morphogenic protein-2 (BMP-2)] and the presence of a hydroxyapatite (HA) substrate on hBMMSC osteogenic differentiation in vitro. hBMMSCs were cultured in medium containing various combinations of the soluble factors on culture plates with or without HA coating. After 7 days of culture, alkaline phosphatase (ALP) activity, calcium deposition, and osteoprotegerin (OPG) and osteopontin (OPN) expression were measured. The effects of individual and combined factors were evaluated using a factorial analysis method. BMP-2 predominantly affected expression of early markers of osteogenic differentiation (ALP and OPG). HA had the highest positive effect on OPN expression and calcium deposition. The interaction between AC, ${\beta}G$, and HA had the second highest positive effect on ALP activity.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.1964-1971
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2015
Human bone marrow or human umbilical cord vein derived-mesenchymal stem cells (hBM-MSCs or hUC-MSCs) have known as a potentially useful cell type for clinical therapeutic applications. We investigated two-pore domain potassium (K2P) channels in these cells. K2P channels play a major role in setting the resting membrane potential in many cell types. Among them, TREK1 is targets of hydrogen, hypoxia, polyunsaturated fatty acids, antidepressant, and neurotransmitters. We investigated whether hBM-MSCs and hUC-MSCs express functional TREK1 channel using RT-PCR analysis and patch clamp technique. Potassium channel with a single channel conductance of 100 pS was found in hUC-MSCs and BM-MSCs and the channel was activated by membrane stretch (-5 mmHg ~ -15 mmHg), arachidonic acid ($10{\mu}M$) and intracellular acidosis (pH 6.0). These electrophysiological properties were similar to those of TREK1. Our results suggest that TREK1 is functionally present in hBM-MSCs and hUC-MSCs, where they contribute to its resting membrane potential.
Objective: This study investigated the effect of purified Carthamus tinctorius (C. tinctorius) extracted with a hot water and ethanol method on adipogenic differentiation of mouse bone marrow-derived mesenchymal stromal stem cells (mBMSCs). Methods: The C. tinctorius was extracted using hot water and ethanol. The samples were concentrated by a rotary evaporator and were then dried using a freeze-dryer. The mBMSCs were cultured and maintained in a minimum essential medium eagle alpha (${\alpha}-MEM$) supplemented with 10% FBS and 1% antibiotic antimycotic solution. To induce adipogenic differentiation, the cells were treated with Dulbecco's modified eagle's medium-low glucose (DMEM-LG) containing 1 mg/mL insulin, 1 mM dexamethasone, and 0.5 mM 3-isobutyl-1-methylxanthine. To evaluate the adipogenic differentiation ability, oil-red O staining was performed after adipogenic differentiation for 21 days. The mRNA expression and protein level of adipogenic-related genes were quantified by quantitative real-time PCR and western blotting, respectively. Results: In the results of the MTT assay, no concentrations of C. tinctorius extracts showed toxicity on mBMSCs, so we fixed the treatment concentration of the extract at 100 ng/mL. In oil-red O staining, the water-C. tinctorius extract treatment significantly decreased adipogenic differentiation compared with the control and ethanol extract groups. The water-C. tinctorius extract group in particular showed reduced mRNA and protein expression of Peroxisome proliferator-activated receptor gamma ($Ppar{\gamma}$) and CCAAT/enhancer-binding protein alpha ($C/ebp{\alpha}$), which are adipogenic-related transcription factors. Conclusion: These data suggest that extract of C. tinctorius decreased the adipogenic differentiation of mBMSCs, while only water-C. tinctorius extract had an effect on different adipogenesis in mBMSCs. The C. tinctorius will be a useful therapeutic reagent for the prevention of obesity-related diseases such as diabetes, hyperlipidemia, coronary artery disease, and osteoporosis.
Chuang Sun;Wei Li;Yanhong Li;Jian Chen;Huixian An;Guangwei Zeng;Tingting Wang;Yazhou Guo;Changying Wang
IMMUNE NETWORK
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v.22
no.6
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pp.49.1-49.15
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2022
Exosomes derived from mesenchymal stem cells (MSCs) could protect against myocardial infarction (MI). TLR4 is reported to play an important role in MI, while microRNA-182-5p (miR-182-5p) negatively regulates TLR4 expression. Therefore, we hypothesize that MSCs-derived exosomes overexpressing miR-182-5p may have beneficial effects on MI. We generated bone marrow mesenchymal stem cells (BM-MSCs) and overexpressed miR-182-5p in these cells for exosome isolation. H2O2-stimulated neonatal mouse ventricle myocytes (NMVMs) and MI mouse model were employed, which were subjected to exosome treatment. The expression of inflammatory factors, heart function, and TLR4 signaling pathway activation were monitored. It was found that miR-182-5p decreased TLR4 expression in BM-MSCs and NMVMs. Administration of exosomes overexpressing miR-182-5p to H2O2-stimulated NMVMs enhanced cell viability and suppressed the expression of inflammatory cytokines. In addition, they promoted heart function, suppressed inflammatory responses, and de-activated TLR4/NF-κB signaling pathway in MI mice. In conclusion, miR-182-5p transferred by the exosomes derived from BM-MSCs protected against MI-induced impairments by targeting TLR4.
We investigated the therapeutic effects of microRNA-139-5p in relation to osteoporosis of bone marrow-derived mesenchymal stem cell (BMSCs) and its underlying mechanisms. In this study we used a dexamethasone-induced in vivo model of osteoporosis and BMSCs were used for the in vitro model. Real-time quantitative polymerase chain reaction (RT-PCR) and gene chip were used to analyze the expression of microRNA-139-5p. In an osteoporosis rat model, the expression of microRNA-139-5p was increased, compared with normal group. Down-regulation of microRNA-139-5p promotes cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Especially, up-regulation of microRNA-139-5p reduced cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Overexpression of miR-139-5p induced Wnt/β-catenin and down-regulated NOTCH1 signaling in BMSCs. Down-regulation of miR-139-5p suppressed Wnt/β-catenin and induced NOTCH1 signaling in BMSCs. The inhibition of NOTCH1 reduced the effects of anti-miR-139-5p on cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Activation of Wnt/β-catenin also inhibited the effects of anti-miR-139-5p on cell proliferation and osteogenic differentiation in BMSCs. Taken together, our results suggested that the inhibition of microRNA-139-5p promotes osteogenic differentiation of BMSCs via targeting Wnt/β-catenin signaling pathway by NOTCH1.
Background: Quantitative real time reverse transcription PCR (qRT-PCR) is one of the most important techniques for gene-expression analysis in molecular based studies. Selecting a proper internal control gene for normalizing data is a crucial step in gene expression analysis via this method. The expression levels of reference genes should be remained constant among cells in different tissues. However, it seems that the location of cells in different tissues might influence their expression. The purpose of this study was to determine whether the source of mesenchymal stem cells (MSCs) has any effect on expression level of three common reference genes (GAPDH, ${\beta}$-actin and ${\beta}2$-microglobulin) in equine marrow- and adipose-derived undifferentiated MSCs and consequently their reliability for comparative qRT-PCR. Materials and methods: Adipose tissue (AT) and bone marrow (BM) samples were harvested from 3 mares. MSCs were isolated and cultured until passage 3 (P3). Total RNA of P3 cells was extracted for cDNA synthesis. The generated cDNAs were analyzed by quantitative real-time PCR. The PCR reactions were ended with a melting curve analysis to verify the specificity of amplicon. Results: The expression levels of GAPDH were significantly different between AT- and BM-derived MSCs (p < 0.05). Differences in expression level of ${\beta}$-actin (P < 0.001) and B2M (P < 0.006.) between MSCs derived from AT and BM were substantially higher than GAPDH. In addition, the fold change in expression levels of GAPDH, ${\beta}$-actin and B2M in AT-derived MSCs compared to BM-derived MSCs were 2.38, 6.76 and 7.76, respectively. Conclusion: This study demonstrated that GAPDH and especially ${\beta}$-actin and B2M express in different levels in equine AT- and BM-derived MSCs. Thus they cannot be considered as reliable reference genes for comparative quantitative gene expression analysis in MSCs derived from equine bone marrow and adipose tissue.
Kuldeep Kumar;Kinsuk Das;Ajay Kumar;Purnima Singh;Madhusoodan A. P.;Triveni Dutt;Sadhan Bag
Journal of Animal Reproduction and Biotechnology
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v.38
no.2
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pp.54-61
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2023
Background: Germ cells undergo towards male or female pathways to produce spermatozoa or oocyte respectively which is essential for sexual reproduction. Mesenchymal stem cells (MSCs) have the potential of trans-differentiation to the multiple cell lineages. Methods: Herein, rat MSCs were isolated from bone marrow and characterized by their morphological features, expression of MSC surface markers, and in vitro differentiation capability. Results: Thereafter, we induced these cells only by retinoic acid supplementation in MSC medium and, could able to show that bone marrow derived MSCs are capable to trans-differentiate into male germ cell-like cells in vitro. We characterized these cells by morphological changes, the expressions of germ cell specific markers by immunophenotyping and molecular biology tools. Further, we quantified these differentiated cells. Conclusions: This study suggests that only Retinoic acid in culture medium could induce bone marrow MSCs to differentiate germ cell-like cells in vitro. This basic method of germ cell generation might be helpful in the prospective applications of this technology.
Purpose: The purpose of this study was to determine whether metformin (MF) could alleviate the expresssion of reactive oxygen species (ROS) and improve the osteogenic ability of bone marrow mesenchymal stem cells derived from diabetic rats (drBMSCs) in vitro, and to evaluate the effect of MF on the ectopic osteogenesis of drBMSCs in a nude mouse model in vivo. Methods: BMSCs were extracted from normal and diabetic rats. In vitro, a cell viability assay (Cell Counting Kit-8), tests of alkaline phosphatase (ALP) activity, and western blot analysis were first used to determine the cell proliferation and osteogenic differentiation of drBMSCs that were subjected to treatment with different concentrations of MF (0, 50, 100, 200, 500 µM). The cells were then divided into 5 groups: (1) normal rat BMSCs (the BMSCs derived from normal rats group), (2) the drBMSCs group, (3) the drBMSCs + Mito-TEMPO (10 µM, ROS scavenger) group, (4) the drBMSCs + MF (200 µM) group, and (5) the drBMSCs + MF (200 µM) + H2O2 (50 µM, ROS activator) group. Intracellular ROS detection, a senescence-associated β-galactosidase assay, ALP staining, alizarin red staining, western blotting, and immunofluorescence assays were performed to determine the effects of MF on oxidative stress and osteogenic differentiation in drBMSCs. In vivo, the effect of MF on the ectopic osteogenesis of drBMSCs was evaluated in a nude mouse model. Results: MF effectively reduced ROS levels in drBMSCs. The cell proliferation, ALP activity, mineral deposition, and osteogenic-related protein expression of drBMSCs were demonstrably higher in the MF-treated group than in the non-MF-treated group. H2O2 inhibited the effects of MF. In addition, ectopic osteogenesis was significantly increased in drBMSCs treated with MF. Conclusions: MF promoted the proliferation and osteogenic differentiation of drBMSCs by inhibiting the oxidative stress induced by diabetes and enhenced the ectopic bone formation of drBMSCs in nude mice.
Shim, Jin-Kyoung;Kang, Seok-Gu;Lee, Ji-Hyun;Chang, Jong Hee;Hong, Yong-Kil
Biomedical Science Letters
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v.19
no.4
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pp.295-302
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2013
Some of the pituitary adenomas are invasive and spread into neighboring tissues. In previous studies, the invasion of pituitary adenomas is thought to be associated with epithelial-mesenchymal transition (EMT). In addition to that, we thought that mesenchymal stem cells (MSCs) exist in relevant microenvironment in pituitary adenoma. However, it has been little known about the existence of MSCs from pituitary adenoma. So we investigated whether mesenchymal stem-like cells (MSLCs) can be isolated from the pituitary adenoma specimen. We isolated and cultured candidate MSLCs from the fresh pituitary adenoma specimen with the same protocols used in culturing bone marrow derived MSCs (BM-MSCs). The cultured candidate MSLCs were analyzed by fluorescence-activated cell sorting (FACS) for surface markers associated with MSCs. Candidate MSLCs were exposed to mesenchymal differentiation conditions to determine the mesenchymal differentiation potential of these cells. To evaluate the tumorigenesis of candidate MSLCs from pituitary adenoma, we implanted these cells into the brain of athymic nude mice. We isolated cells resembling BM-MSCs named pituitary adenoma stroma mesenchymal stem-like cells (PAS-MSLCs). PAS-MSLCs were spindle shaped and had adherent characteristics. FACS analysis identified that the PAS-MSLCs had a bit similar surface markers to BM-MSCs. Isolated cells expressed surface antigen, positive for CD105, CD75, and negative for CD45, NG2, and CD90. We found that these cells were capable of differentiation into adipocytes, osteocytes and chondrocytes. Tumor was not developed in the nude mice brains that were implanted with the PAS-MSLCs. In this study, we showed that MSLCs can be isolated from a pituitary adenoma specimen which is not tumorigenic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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