Resveratrol (RES) plays a critical role in the fate of cells and longevity of animals via activation of the sirtuins1 (SIRT1) gene. In the present study, we intend to investigate whether RES could promote the self-renewal and neural-lineage differentiation in human umbilical cord derived MSCs (hUC-MSCs) in vitro at concentrations ranging from 0.1 to $10{\mu}M$, and whether it exerts the effects by modulating the SIRT1 signaling. Herein, we demonstrated that RES at the concentrations of 0.1, 1 and $2.5{\mu}M$ could promote cell viability and proliferation, mitigate senescence and induce expression of SIRT1 and Proliferating Cell Nuclear Antigen (PCNA) while inhibit the expression of p53 and p16. However, the effects were reversed by 5 and $10{\mu}M$ of RES. Furthermore, RES could promote neural differentiation in a dose-dependent manner as evidenced by morphological changes and expression of neural markers (Nestin, ${\beta}III-tubulin$ and NSE), as well as pro-neural transcription factors Neurogenin (Ngn)1, Ngn2 and Mash1. Taken together, RES exerts a dosage-dependent effect on the self-renewal and neural differentiation of hUC-MSCs via SIRT1 signaling. The current study provides a new strategy to regulate the fate of hUC-MSCs and suggests a more favorable in vitro cell culture conditions for hUCMSCs-based therapies for some intractable neurological disorders.
Jeong-Hun Nam;Akram Abdo Almansoori;Oh-Jun Kwon;Young-Kwon Seo;Bongju Kim;Young-Kyun Kim;Jong-Ho Lee;KangMi Pang
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.53
no.3
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pp.218-232
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2023
Purpose: This study evaluated the efficacy of a tube-shaped poly(ε) caprolactone - β tricalcium phosphate (PCL-TCP) scaffold with the incorporation of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells (hUCMSCs) and platelet-rich plasma (PRP) for bone regeneration in the procedure of single-stage sinus augmentation and dental implantation in minipigs. Methods: Implants were placed in the bilateral sides of the maxillary sinuses of 5 minipigs and allocated to a PCL-TCP+hUCMSCs+PRP group (n=5), a PCL-TCP+PRP group (n=5), and a PCL-TCP-only group (n=6). After 12 weeks, bone regeneration was evaluated with soft X-rays, micro-computed tomography, fluorescence microscopy, and histomorphometric analysis. Results: Four implants failed (2 each in the PCL-TCP+hUCMSCs+PRP and PCLTCP+hUCMSC groups). An analysis of the grayscale levels and bone-implant contact ratio showed significantly higher mean values in the PCL-TCP+hUCMSCs+PRP than in the PCL-TCP group (P=0.045 and P=0.016, respectively). In fluoromicroscopic images, new bone formation around the outer surfaces of the scaffolds was observed in the PCLTCP+hUCMSCs+PRP group, suggesting a tenting effect of the specially designed scaffolds. Bone regeneration at the scaffold-implant interfaces was observed in all 3 groups. Conclusions: Using a tube-shaped, honeycombed PCL-TCP scaffold with hUCMSCs and PRP may serve to enhance bone formation and dental implants' osseointegration in the procedure of simultaneous sinus lifting and dental implantation.
Cheng Xiu;Huining Zheng;Manfei Jiang;Jiaxu Li;Yanhong Zhou;Lan Mu;Weisong Liu
International Journal of Stem Cells
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v.15
no.4
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pp.359-371
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2022
Background and Objectives: The goal of this study was to investigate the mechanism of mesenchymal stem cell (MSC)-derived microRNA (miR)-150-5p-expressing exosomes in promoting skin wound healing through activating PI3K/AKT pathway by PTEN. Methods and Results: Human umbilical cord (HUC)-MSCs were infected with miR-150-5p overexpression and its control lentivirus, and HUC-MSCs-derived exosomes (MSCs-Exos) with stable expression of miR-150-5p were obtained. HaCaT cells were induced by H2O2 to establish a cellular model of skin injury, in which the expression of miR-150-5p and PTEN and the phosphorylation of PI3K and AKT were evaluated. HaCaT cells were transfected with pcDNA3.1-PTEN or pcDNA3.1 and then cultured with normal exosomes or exosomes stably expressing miR-150-5p. Cell proliferation was inspected by CCK-8. Cell migration was detected by scratch test and cell apoptosis by flow cytometry. The starBase tool was used to predict the binding site of miR-150-5p to PTEN. Dual-luciferase reporter assay and RIP assay were applied to assess the interaction between miR-150-5p and PTEN. In H2O2-induced HaCaT cells, the miR-150-5p expression decreased, and PTEN expression increased in a concentration-dependent manner. MSCs-Exos promoted the growth and migration of H2O2-induced HaCaT cells and inhibited their apoptosis. In addition, overexpression of exosomal miR-150-5p enhanced the protective effect of MSCs-Exos on H2O2-induced HaCaT cells; PTEN overexpression in HaCaT cells partially restrained miR-150-5p-mediated inhibition on H2O2-induced injury in HaCaT cells. PTEN was a target gene of miR-150-5p. MiR-150-5p regulated PI3K/AKT pathway through PTEN. Conclusions: MSCs-derived miR-150-5p-expressing exosomes promote skin wound healing by activating PI3K/AKT pathway through PTEN.
For the clinical application, it is needed to keep characteristics of stem cells after storage for a long time. In the present study, we examined stem cell properties of human cord-derived stem cells (HUC) after cryopreservation. Cells were isolated from human umbilical cord and cultured in vitro. At passage 2 or 3, HUC were suspended at a concentration of $1.0{\times}10^6/m{\ell}$ in cryomedium consisting of DMSO and FBS. After freezing at $-80^{\circ}C$ overnight, HUC were cryopreserved at $-196^{\circ}C$ nitrogen gas. After 6 months, HUC were thawed and cultured in vitro. Assessment for the stem cell properties was made upon the morphology, population doubling time, and expression profiles of genes and various proteins. Cryopreserved HUC showed more than 70% viability and maintained fibroblast-like morphology similar to HUC before cryopreservation. Throughout the culture, they underwent average 42.8 doublings and produced $6.75{\times}{10^{18}}$ cells. RT-PCR analyses showed that cryopreserved HUC expressed Oct-4, nanog, SCF, NCAM, nestin, GATA-4, BMP4, and HLA-1 genes. They did not express Brachyury and HLA-DR genes. Immunocytochemical studies showed that cryopreserved HUC reacted with antibodies against SSEA-3, -4, Thy-1, vimentin, fibronectin, HCAM, ICAM, HLA-1 proteins. They did not react with antibody against HLA-DR protein. Theses genes and proteins expression patterns of cryopresserved HUC were similar to those of HUC before cryopreservation. These results suggest that cryopreserved HUC could retain proliferative potential and they expressed various genes and proteins similar to HUC before cryopreservation. Thus, cryopreservation might be useful for HUC for future research and clinical application.
We previously demonstrated that the direct transplantation of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells (hUCB-MSCs) into the dentate gyrus ameliorated the neurological symptoms of Niemann-Pick type C1 (NPC1)-mutant mice. However, the clinical presentation of NPC1-mutant mice was not fully understood with a molecular mechanism. Here, we found 14,15-epoxyeicosatrienoic acid (14,15-EET), a cytochrome P450 (CYP) metabolite, from hUCB-MSCs and the cerebella of NPC1-mutant mice and investigated the functional consequence of this metabolite. Our screening of the CYP2J family indicated a dysregulation in the CYP system in a cerebellar-specific manner. Moreover, in Purkinje cells, CYP2J6 showed an elevated expression level compared to that of astrocytes, granule cells, and microglia. In this regard, we found that one CYP metabolite, 14,15-EET, acts as a key mediator in ameliorating cholesterol accumulation. In confirming this hypothesis, 14,15-EET treatment reduced the accumulation of cholesterol in human NPC1 patient-derived fibroblasts in vitro by suppressing cholesterol synthesis and ameliorating the impaired autophagic flux. We show that the reduced activity within the CYP system in the cerebellum could cause the neurological symptoms of NPC1 patients, as 14,15-EET treatment significantly rescued cholesterol accumulation and impaired autophagy. We also provide evidence that the intranasal administration of hUCB-MSCs is a highly promising alternative to traumatic surgical transplantation for NPC1 patients.
Ahn, Ji-Su;Seo, Yoojin;Oh, Su-Jeong;Yang, Ji Won;Shin, Ye Young;Lee, Byung-Chul;Kang, Kyung-Sun;Sung, Eui-Suk;Lee, Byung-Joo;Mohammadpour, Hemn;Hur, Jin;Shin, Tae-Hoon;Kim, Hyung-Sik
BMB Reports
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v.53
no.6
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pp.329-334
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2020
Inflammasomes are cytosolic, multiprotein complexes that act at the frontline of the immune responses by recognizing pathogen- or danger-associated molecular patterns or abnormal host molecules. Mesenchymal stem cells (MSCs) have been reported to possess multipotency to differentiate into various cell types and immunoregulatory effects. In this study, we investigated the expression and functional regulation of NLR Family Pyrin Domain Containing 3 (NLRP3) inflammasome in human umbilical cord blood-derived MSCs (hUCB-MSCs). hUCB-MSCs expressed inflammasome components that are necessary for its complex assembly. Interestingly, NLRP3 inflammasome activation suppressed the differentiation of hUCB-MSCs into osteoblasts, which was restored when the expression of adaptor proteins for inflammasome assembly was inhibited. Moreover, the suppressive effects of MSCs on T cell responses and the macrophage activation were augmented in response to NLRP3 activation. In vivo studies using colitic mice revealed that the protective abilities of hUCB-MSCs increased after NLRP3 stimulation. In conclusion, our findings suggest that the NLRP3 inflammasome components are expressed in hUCB-MSCs and its activation can regulate the differentiation capability and the immunomodulatory effects of hUCB-MSCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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