Leukemia stem cells (LSCs) play important roles in leukemia initiation, progression and relapse, and thus represent a critical target for therapeutic intervention. Hence, it is extremely urgent to explore new therapeutic strategies directly targeting LSCs for acute myelogenous leukemia (AML) therapy. We show here that Angelica sinensis polysaccharide (ASP), a major active component in Dong quai (Chinese Angelica sinensis), effectively inhibited human AML $CD34^+CD38^-$ cell proliferation in vitro culture in a dose-dependent manner while sparing normal hematopoietic stem and progenitor cells at physiologically achievable concentrations. Furthermore, ASP exerted cytotoxic effects on AML K562 cells, especially LSC-enriched $CD34^+CD38^-$ cells. Colony formation assays further showed that ASP significantly suppressed the formation of colonies derived from AML $CD34^+CD38^-$ cells but not those from normal $CD34^+CD38^-$ cells. Examination of the underlying mechanisms revealed that ASP induced $CD34^+CD38^-$ cell senescence, which was strongly associated with a series of characteristic events, including up-regulation of p53, p16, p21, and Rb genes and changes of related cell cycle regulation proteins P16, P21, cyclin E and CDK4, telomere end attrition as well as repression of telomerase activity. On the basis of these findings, we propose that ASP represents a potentially important agent for leukemia stem cell-targeted therapy.
Leukemia is a clonal disorder with blocked normal differentiation and cell death of hematopoietic progenitor cells. Traditional modalities with most used radiation and chemotherapy are nonspecific and toxic which cause adverse effects on normal cells. Differentiation inducing therapy forcing malignant cells to undergo terminal differentiation has been proven to be a promising strategy. However, there is still scarce of potent differentiation inducing agents. We show here that Angelica sinensis polysaccharide (ASP), a major active component in Dong quai (Chinese Angelica sinensis), has potential differentiation inducing activity in human chronic erythro-megakaryoblastic leukemia K562 cells. MTT assays and flow cytometric analysis demonstrated that ASP inhibited K562 cell proliferation and arrested the cell cycle at the G0/G1 phase. ASP also triggered K562 cells to undergo erythroid differentiaton as revealed by morphological changes, intensive benzidine staining and hemoglobin colorimetric reaction, as well as increased expression of glycophorin A (GPA) protein. ASP induced redistribution of STAT5 protein from the cytoplasm to the nucleus. Western blotting analysis further identified that ASP markedly sensitized K562 cells to exogenous erythropoietin (EPO) by activating EPO-induced JAK2/STAT5 tyrosine phosphorylation, thus augmenting the EPO-mediated JAK2/STAT5 signaling pathway. On the basis of these findings, we propose that ASP might be developed as a potential candidate for chronic myelogenous leukemia inducing differentiation treatment.
AML (Acute myeloid leukemia) is a form of blood cancer where growth of myeloid cells occurs in the bone marrow. The prognosis is poor in general for many reasons. One is the presence of leukaemia-specific recognition markers such as FLT3 (fms-like tyrosine kinase 3). Another name of FLT3 is stem cell tyrosine kinase-1 (STK1), which is known to take part in proliferation, differentiation and apoptosis of hematopoietic cells, usually being present on haemopoietic progenitor cells in the bone marrow. FLT3 act as an independent prognostic factor for AML. Although a vast literature is available about the association of FLT3 with AML there still is a need of a brief up to date overview which draw a clear picture about this association and their effect on overall survival.
Despite high interests on microenvironmental regulation of leukemic cells, little is known for bone marrow (BM) niche in leukemia patients. Our recent study on BMs of acute myeloid leukemia (AML) patients showed that the mesenchymal stromal cells (MSCs) are altered during leukemic conditions in a clinical course-dependent manner. Leukemic blasts caused reprogramming of transcriptomes in MSCs and remodeling of niche cross-talk, selectively suppressing normal primitive hematopoietic cells while supporting leukemogenesis and chemo-resistance. Notably, differences in BM stromal remodeling were correlated to heterogeneity in subsequent clinical courses of AML, i.e., low numbers of mesenchymal progenitors at initial diagnosis were correlated to complete remission for 5-8 years, and high contents of mesenchymal progenitor or MSCs correlated to early or late relapse, respectively. Thus, stromal remodeling by leukemic cell is an intrinsic part of leukemogenesis that can contribute to the clonal dominance of leukemic cells over normal hematopoietic cells, and can serve as a biomarker for prediction of prognosis. [BMB Reports 2015; 48(8): 427-428]
Lee, Won Jong;Park, Seong Hyun;Park, Jun Hee;Oh, Seong Hwan;Lee, Dongjun
Journal of Life Science
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v.32
no.6
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pp.468-475
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2022
The functional distinction between stem and progenitor cells is well established in several tissues, particularly in the blood. There, hematopoietic stem cells preserve their self-renewal potential and reconstitution ability in the bone marrow niche. Bone marrow represents a unique setting in which to examine how stroma influences tissue function. It was the setting in which the experimental definition of a niche was first provided in mammalian stem cell biology and where clear evidence for non-cell-autonomous oncogenesis was first defined. The relationship between bone and blood is ancient as all animals since the divergence of fish that have bones and blood, make blood in their bones. This long coevolution engendered complex interrelationships, including the first proposed and first experimentally defined niche for stem cells in mammals. Multiple bone marrow stromal cell types serve as regulators of hematopoiesis, and the dysfunction of some causes myelodysplasia and leukemia. However, no comprehensive atlas of stromal subpopulations exists. Therefore, we think these data point to something of importance, such as how the needs and challenges of the organism become translated down to distinct cell types that critically govern specific functions within tissues and do so at the level of a single molecule. We think this will be of broad interest to those focusing on systems biology and the physiology of organisms, particularly those seeking a molecular basis for understanding cell and tissue behavior. We summarized the current and emerging concepts of hematopoietic stem cells and bone marrow niche.
Cheong-Whan Chae;Gun Choi;You Ji Kim;Mingug Cho;Yoo-Wook Kwon;Hyo-Soo Kim
BMB Reports
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v.56
no.9
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pp.482-487
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2023
Hematopoiesis is regulated by crosstalk between long-term repopulating hematopoietic stem cells (LT-HSCs) and supporting niche cells in the bone marrow (BM). Here, we describe the role of KAI1, which is mainly expressed on LT-HSCs and rarely on other hematopoietic stem-progenitor cells (HSPCs), in niche-mediated LT-HSC maintenance. KAI1 activates TGF-β1/Smad3 signal in LT-HSCs, leading to the induction of CDK inhibitors and inhibition of the cell cycle. The KAI1-binding partner DARC is expressed on macrophages and stabilizes KAI1 on LT-HSCs, promoting their quiescence. Conversely, when DARC+ BM macrophages were absent, the level of surface KAI1 on LT-HSCs decreases, leading to cell-cycle entry, proliferation, and differentiation. Thus, KAI1 acts as a functional surface marker of LT-HSCs that regulates dormancy through interaction with DARC-expressing macrophages in the BM stem cell niche. Recently, we showed very special and rare macrophages expressing α-SMA+ COX2+ & DARC+ induce not only dormancy of LT-HSC through interaction of KAI1-DARC but also protect HSCs by down-regulating ROS through COX2 signaling. In the near future, the strategy to combine KAI1-positive LT-HSCs and α-SMA/Cox2/DARC triple-positive macrophages will improve the efficacy of stem cell transplantation after the ablative chemo-therapy for hematological disorders including leukemia.
Differential capacity of the parthenogenetic embryonic stem cells (PESCs) is still under controversy and the mechanisms of its neural induction are yet poorly understood. Here we demonstrated neural lineage induction of PESCs by addition of insulin-like growth factor-2 (Igf2), which is an important factor for embryo organ development and a paternally expressed imprinting gene. Murine PESCs were aggregated to embryoid bodies (EBs) by suspension culture under the leukemia inhibitory factor-free condition for 4 days. To test the effect of exogenous Igf2, 30 ng/ml of Igf2 was supplemented to EBs induction medium. Then neural induction was carried out with serum-free medium containing insulin, transferrin, selenium, and fibronectin complex (ITSFn) for 12 days. Normal murine embryonic stem cells derived from fertilized embryos (ESCs) were used as the control group. Neural potential of differentiated PESCs and ESCs were analyzed by immunofluorescent labeling and real-time PCR assay (Nestin, neural progenitor marker; Tuj1, neuronal cell marker; GFAP, glial cell marker). The differentiated cells from both ESC and PESC showed heterogeneous population of Nestin, Tuj1, and GFAP positive cells. In terms of the level of gene expression, PESC showed 4 times higher level of GFAP expression than ESCs. After exposure to Igf2, the expression level of GFAP decreased both in derivatives of PESCs and ESCs. Interestingly, the expression level of $Tuj1$ increased only in ESCs, not in PESCs. The results show that IGF2 is a positive effector for suppressing over-expressed glial differentiation during neural induction of PESCs and for promoting neuronal differentiation of ESCs, while exogenous Igf2 could not accelerate the neuronal differentiation of PESCs. Although exogenous Igf2 promotes neuronal differentiation of normal ESCs, expression of endogenous $Igf2$ may be critical for initiating neuronal differentiation of pluripotent stem cells. The findings may contribute to understanding of the relationship between imprinting mechanism and neural differentiation and its application to neural tissue repair in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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