Objective: Trimethylation of histone 3 (H3) at 4th lysine N-termini (H3K4me3) in gene promoter region was the universal marker of active genes specific to cell lineage. On the contrary, coexistence of trimethylation at 27th lysine (H3K27me3) in the same loci-the bivalent H3K4m3/H3K27me3 was known to suspend the gene transcription in germ cells, and could also be inherited to the developed stem cell. In galline species, throughout example of H3K4m3 and H3K27me3 ChIP-seq analysis was still not provided. We therefore designed and demonstrated such procedures using ChIP-seq and mRNA-seq data of chicken follicular mesenchymal cells and male germ cells. Methods: Analytical workflow was designed and provided in this study. ChIP-seq and RNA-seq datasets of follicular mesenchymal cells and male germ cells were acquired and properly preprocessed. Peak calling by Model-based analysis of ChIP-seq 2 was performed to identify H3K4m3 or H3K27me3 enriched regions ($Fold-change{\geq}2$, $FDR{\leq}0.01$) in gene promoter regions. Integrative genomics viewer was utilized for cellular retinoic acid binding protein 1 (CRABP1), growth differentiation factor 10 (GDF10), and gremlin 1 (GREM1) gene explorations. Results: The acquired results indicated that follicular mesenchymal cells and germ cells shared several unique gene promoter regions enriched with H3K4me3 (5,704 peaks) and also unique regions of bivalent H3K4m3/H3K27me3 shared between all cell types and germ cells (1,909 peaks). Subsequent observation of follicular mesenchyme-specific genes-CRABP1, GDF10, and GREM1 correctly revealed vigorous transcriptions of these genes in follicular mesenchymal cells. As expected, bivalent H3K4m3/H3K27me3 pattern was manifested in gene promoter regions of germ cells, and thus suspended their transcriptions. Conclusion: According the results, an example of chicken H3K4m3/H3K27me3 ChIP-seq data analysis was successfully demonstrated in this study. Hopefully, the provided methodology should hereby be useful for galline ChIP-seq data analysis in the future.
Kim, Young-Ran;Ryu, Dong-Mok;Kwon, Yong-Dae;Yun, Yong-Pil
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.35
no.6
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pp.397-402
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2009
The purpose of this study is to investigate the effects of alendronate and pamidronate on proliferation and the alkaline phosphatase activity of human bone marrow derived mesenchymal stem cells and to relate the results with bisphosphonate related osteonecrosis of the jaw(BRONJ). With the consent of patients with no systemic disease and undergoing iliac bone graft, cancellous bone was collected to obtain human bone marrow derived mesenchymal stem cells through cell culture. 96 well plate were prepared with a concentration of $10^4$cell/ well. Alendronate and pamidronate were added to each well with the concentration of $10^{-6}M$, $10^{-8}M$ and $10^{-10}M$, respectively. Then proliferation capacity of each well was evaluated with the cell counting kit. 24 well plates were prepared with a concentration of $10^5$cell/ml/well and with the bone supplement, alendronate and pamidronate were added with the concentration of $10^{-6}M$, $10^{-8}M$ and $10^{-10}M$, respectively on each plate. The plates were cultured for either 24 or 72 hours. Then the cells were sonicated to measure the alkaline phosphatase activity and protein assay was done to standardize the data for analysis. As the concentration of alendronate or pamidronate added to the culture increased, the proliferation capacity of the cells decreased. However, no statistical significance was found between the group with $10^{-10}M$ of bisphophonate and the control group. Pamidronate was not capable of increasing the alkaline phosphatase activity in all trials. However, alkaline phosphatase activity increased with 24 hours of $10^{-8}M$ of alendronate treatment and with 48 hours of $10^{-10}M$ of alendronate treatment. Cell toxicity increased as the bisphosphonate concentration increased. This seems to be associated with the long half life of bisphosphonate, resulting in high concentration of bisphosphonate in the jaw and thus displaying delayed healing after surgical procedures. Alendronate has shown to increase the alkaline phophatase activity of human bone marrow derived mesenchymal stem cells. However, this data is insufficient to conclude that alendronate facilitates the differentiation of human bone marrow derived mesenchymal stem cells. Further studies on DNA level and animal studies are required to support these results.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.36
no.2
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pp.87-93
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2010
Introduction: In our previous studies, we isolated porcine skin-derived mesenchymal stem cells (pSDMSCs) from the ears of adult miniature pigs and evaluated the pluripotency of these pSDMSCs based on expressions of transcription factors, such as Oct-4, Sox-2, and Nanog. Moreover, the characteristic of mesenchymal stem cells was revealed by the expression of various mesenchymal stem cell markers, including CD29, CD44, CD90, and vimentin. The aim of this study was to evaluate in vivo osteogenesis after maxillary sinus lift procedures with autogenous pSDMSCs and scaffold. Materials and Methods: The autogenous pSDMSCs were isolated from the 4 miniature pigs, and cultured to 3rd passage with same methods of our previous studies. After cell membranes were labeled using a PKH26, $1{\times}10^{7}$ cells/$100{\mu}L$ of autogenous pSDMSCs were grafted into the maxillary sinus with a demineralized bone matrix (DBM) and fibrin glue scaffold. In the contralateral control side, only a scaffold was grafted, without SDMSCs. After two animals each were euthanized at 2 and 4 weeks after grafting, the in vivo osteogenesis was evaluated with histolomorphometric and osteocalcin immunohistochemical studies. Results: In vivo PKH26 expression was detected in all specimens at 2 and 4 weeks after grafting. Trabecular bone formation and osteocalcin expression were more pronounced around the grafted materials in the autogenous pSDMSCs-grafted group compared to the control group. Newly generated bone was observed growing from the periphery to the center of the grafted material. Conclusion: The results of the present study suggest that autogenous skin-derived mesenchymal stem cells grafting with a DBM and fibrin glue scaffold can be a predictable method in the maxillary sinus floor elevation technique for implant surgery.
Cha, Young;Kwon, Su Jin;Seol, Wongi;Park, Kyung-Soon
Molecules and Cells
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v.26
no.5
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pp.454-458
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2008
Sex steroid hormone receptors play a central role in modulating telomerase activity, especially in cancer cells. However, information on the regulation of steroid hormone receptors and their distinct functions on telomerase activity within the mesenchymal stem cell are largely unavailable due to low telomerase activity in the cell. In this study, the effects of estrogen ($E_2$) treatment and function of estrogen receptor alpha ($ER{\alpha}$) and estrogen receptor beta ($ER{\beta}$) on telomerase activity were investigated in human mesenchymal stem cells (hMSCs). Telomerase activity and mRNA expression of the catalytic subunit of telomerase (hTERT) were upregulated by treatment of the cells with $E_2$. The protein concentration of $ER{\alpha}$ was also increased by $E_2$ treatment, and enhancement of $ER{\alpha}$ accumulation in the nucleus was clearly detected with immunocytochemistry. When $ER{\alpha}$ expression was reduced by siRNA transfection into hMSCs, the effect of $E_2$ on the induction of hTERT expression and telomerase activity was diminished. In contrast, the transient overexpression of $ER{\alpha}$ increased the effect of $E_2$ on the expression of hTERT mRNA. These findings indicate that the activation of hTERT expression and telomerase activity by $E_2$ in hMSCs depends on $ER{\alpha}$, but not on $ER{\beta}$.
Park, Seul-Ki;Lee, Jung Shin;Choi, Eun Kyung;You, Dalsan;Kim, Choung-Soo;Suh, Nayoung
BMB Reports
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v.47
no.8
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pp.469-474
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2014
Cell therapies utilizing mesenchymal stem cells (MSCs) have a great potential in many research and clinical settings. The mechanisms underlying the therapeutic effects of MSCs have been studied previously and the paracrine effects elicited by their production of various growth factors and cytokines were recognized as being crucial. However, the molecular controls that govern these paracrine effects remain poorly understood. To elucidate the molecular regulators of this process, we performed a global knockdown of microRNAs (miRNAs) in human adipose-derived mesenchymal stem cells (hADSCs) by inhibiting DGCR8, a key protein in miRNA biogenesis. Global disruption of miRNA biogenesis in hADSCs caused dramatic changes in the expression of subsets of growth factors and cytokines. By performing an extensive bioinformatic analysis, we were able to associate numerous putative miRNAs with these genes. Taken together, our results strongly suggest that miRNAs are essential for the production of growth factors and cytokines in hADSCs.
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.
Eun, Seok Chan;Kim, Jin Hee;Heo, Chan Yeong;Baek, Rong Min;Chang, Hak;Minn, Kyung Won
Archives of Plastic Surgery
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v.35
no.3
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pp.229-234
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2008
Purpose: There are some reports presenting that peripheral blood contain circulating hematopoietic cells as well as, in significantly smaller quantities, mesenchymal stem cells. The purposes of this study is to isolate and characterize circulating mesenchymal progenitor cells with osteogenic potential from human peripheral blood. Methods: Human buffycoat containing mononuclear cells was harvested from peripheral blood of normal persons and isolated using a density gradient centrifugation and serially subcultured in osteogenic media for 1-4 weeks. The proliferation capability, phase-contrast microscopy, transmission electron microscopy, immunophenotype FACS analysis, Alizarin red staining and RT-PCR assays for osteogenic differentiation potential were performed. Results: The phenotype of cultured cells changed from small round or cuboidal cells at passage 1 into large spindle-shaped fibroblastic morphology cells at passage 4. Surface marker expressed CD14, but did not express CD34, CD80, CD83. Strong positive staining was observed for Alizarin reds in osteogenic medium on day 14, Using RT-PCR, the mRNA levels of bone- specific genes, such as ALP, c-bfa-1 and osteocalcin were detected. Conclusion: A new subset of peripheral blood derived progenitor cells described here has the ability to proliferate and differentiate into osteogenic cell lineages in vitro, and to be candidate for regenerative therapy.
The relationship of cartilage canals to initial osteogenesis of primary ossification center of developing vertebrae in human fetuses ranging from 50mm to 260mm in crown rump length was studied by light and electron microscopy. The cartiage canals of the thoracic vertebrae were first observed at 60mm fetus. Cartilage canals were identified as vascular channels arising from perichondrium surfaces. A number of cartilage canals were observed around the primary center of ossification at 80mm fetus. At 120mm fetus, cartilage canals of the bodies of vertebra were increased. Eventually the canals were eroded from the main medullary cavity and remained at only peripheral regions of growth cartilage. Superficial, intermediate, and deep canals were identified by the characteristics of cartilage cells. Fibroblasts, undifferentiated mesenchymal cells, and vacuolated macrophages were observed adjacent to the matrix of resting cartilage cells in the superficial canal. Fibroblasts and mesenchymal cells were densely packed at the tip of canal, giving an epithelial appearance to the clustered cell in the intermediate canal. Vacuolated macrophages were in contact with matrix of hypertrophied cartilage. The thick-walled vessels in the intermediate and deep canals consisted of typical endothelial cells, but in the newly formed vessels contained mesenchymal cells and fibroblasts incorporated into the vessel wall. During lengthening of cartilage canal, the matrix of cartilage cells were invaded by newly formed capillaries and vacuolated macrophages. At the deep canal, the lateral wall of the canal terminated in matrix containing calcified cartilage. The mesenchymal cells began to differentiate into osteoblasts adjacent to the calcified matrix. The results indicate that the connective tissue cells within the cartilage canals proliferate and differentiate into osteoblasts at the site of primary ossification center.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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