Pluripotent stem cells could self-renew and differentiate into various cells. In particular, porcine pluripotent stem cells are useful for preclinical therapy, transgenic animals, and agricultural usage. These stem cells have naïve and primed pluripotent states. Naïve pluripotent stem cells represented by mouse embryonic stem cells form chimeras after blastocyst injection. Primed pluripotent stem cells represented by mouse epiblast stem cells and human embryonic stem cells. They could not produce chimeras after blastocyst injection. Populations of embryonic stem cells are not homogenous; therefore, reporter systems are used to clarify the status of stem cells and to isolate the cells. For this reason, studies of the OCT4 reporter system have been conducted for decades. This review will discuss the naïve and primed pluripotent states and recent progress in the development of porcine OCT4 reporter systems.
Stem cells are progenitor cells that are capable of self-renewal and differentiation into various cells. Especially, pluripotent stem cells (PSCs) have in vivo and in vitro differentiation capacity into three germ layers and can proliferate infinitely. The differentiation ability of PSCs can be applied for regenerative medicine and tissue engineering. In domestic animals, their PSCs have a potential for preclinical therapy as well as the production of transgenic animals and agricultural usage such as cultured meat. Among several domestic animals, a pig is considered as an ideal model for biomedical and agricultural purposes mentioned above. In this reason, studies for pig PSCs including embryonic stem cells (ESCs), embryonic germ cells (EGCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been conducted for decades. Therefore, this review will discuss the history of PSCs derived from various origins and recent progress in pig PSC research field.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.41
no.5
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pp.488-498
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2015
Research on stem cells can be divided into three categories : pluripotent stem cell, adult stem cell, and induced pluripotent stem cell. Technology life cycle (TLC) on research stage is analyzed for the three stem cell categories based on diffusion model. Three diffusion models-logistic, Bass, and Bass model with integration constant (BMIC)-are applied to the number of articles related to each stem cell category in SCOPUS lists. Two different parameter estimation methods is used for each of logistic and Bass model. Results show that (1) the current year, 2015, lies in growth period at pluripotent stem cell and adult stem cell, and lies in growth period or maturity period at induced pluripotent stem cell. (2) Model fitness is the highest at BMIC model. (3) Imitation effect works best at the research area of induced pluripotent stem cell.
Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs), which are collectively called pluripotent stem cells (PSCs), have emerged as a promising source for regenerative medicine. Particularly, human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) have shown robust potential for regenerating injured heart. Over the past two decades, protocols to differentiate hPSCs into CMs at high efficiency have been developed, opening the door for clinical application. Studies further demonstrated therapeutic effects of hPSC-CMs in small and large animal models and the underlying mechanisms of cardiac repair. However, gaps remain in explanations of the therapeutic effects of engrafted hPSC-CMs. In addition, bioengineering technologies improved survival and therapeutic effects of hPSC-CMs in vivo. While most of the original concerns associated with the use of hPSCs have been addressed, several issues remain to be resolved such as immaturity of transplanted cells, lack of electrical integration leading to arrhythmogenic risk, and tumorigenicity. Cell therapy with hPSC-CMs has shown great potential for biological therapy of injured heart; however, more studies are needed to ensure the therapeutic effects, underlying mechanisms, and safety, before this technology can be applied clinically.
The capacity of differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs), which include both embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells, into cardiomyocytes (CMs) in vitro provides an unlimited resource for human CMs for a wide range of applications such as cell based cardiac repair, cardiac drug toxicology screening, and human cardiac disease modeling. However, their applicability is significantly limited by immature phenotypes. It has been well known that currently available CMs derived from hPSCs (hPSC-CMs) represent immature embryonic or fetal stage CMs and are functionally and structurally different from mature human CMs. To overcome this critical issue, several new approaches aiming to generate more mature hPSC-CMs have been developed. This review describes recent approaches to generate more mature hPSC-CMs including their scientific principles, advantages, and limitations.
Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been used as promising tools for regenerative medicine, disease modeling, and drug screening. Traditional and common strategies for pluripotent stem cell (PSC) differentiation toward disease-relevant cell types depend on sequential treatment of signaling molecules identified based on knowledge of developmental biology. However, these strategies suffer from low purity, inefficiency, and time-consuming culture conditions. A growing body of recent research has shown efficient cell fate reprogramming by forced expression of single or multiple transcription factors. Here, we review transcription factor-directed differentiation methods of PSCs toward neural, muscle, liver, and pancreatic endocrine cells. Potential applications and limitations are also discussed in order to establish future directions of this technique for therapeutic purposes.
Lee, Seung-Won;Wu, Guangming;Choi, Na Young;Lee, Hye Jeong;Bang, Jin Seok;Lee, Yukyeong;Lee, Minseong;Ko, Kisung;Scholer, Hans R.;Ko, Kinarm
Molecules and Cells
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v.41
no.7
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pp.631-638
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2018
Spermatogonial stem cells (SSCs) derived from mouse testis are unipotent in regard of spermatogenesis. Our previous study demonstrated that SSCs can be fully reprogrammed into pluripotent stem cells, so called germline-derived pluripotent stem cells (gPS cells), on feeder cells (mouse embryonic fibroblasts), which supports SSC proliferation and induction of pluripotency. Because of an uncontrollable microenvironment caused by interactions with feeder cells, feeder-based SSC reprogramming is not suitable for elucidation of the self-reprogramming mechanism by which SSCs are converted into pluripotent stem cells. Recently, we have established a Matrigel-based SSC expansion culture system that allows longterm SSC proliferation without mouse embryonic fibroblast support. In this study, we developed a new feeder-free SSC self-reprogramming protocol based on the Matrigel-based culture system. The gPS cells generated using a feeder-free reprogramming system showed pluripotency at the molecular and cellular levels. The differentiation potential of gPS cells was confirmed in vitro and in vivo. Our study shows for the first time that the induction of SSC pluripotency can be achieved without feeder cells. The newly developed feeder-free self-reprogramming system could be a useful tool to reveal the mechanism by which unipotent cells are self-reprogrammed into pluripotent stem cells.
The present study aimed to investigate the function of translationally controlled tumor protein (TCTP) in the regulation of Oct4 in mouse embryonic carcinoma P19 cells and mouse J1 embryonic stem (ES) cells. The mRNA level of endogenous TCTP in somatic cells was 2-4 folds higher than that in pluripotent P19 and J1 ES cells. Overexpression of TCTP in mouse pluripotent cells not only reduced the level of Oct4 transcription, but also decreased the pluripotency of stem cells. The N-terminal end of TCTP (amino acids 1-60) played an important role in suppressing the Oct4 promoter. Moreover, overexpression of TCTP in P19 cells suppressed the Oct4 promoter activity in a dose- and a time-dependent manner. In addition, knockdown of TCTP by small interfering RNA increased the expression of Oct4. Our study indicates that TCTP downregulates the Oct4 expression by binding the Sf1 site of Oct4 promoter in mouse pluripotent cells.
Park, Jeong-A;Kim, Young-Eun;Ha, Yang-Hwa;Kwon, Hyung-Joo;Lee, Young-Hee
BMB Reports
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v.45
no.5
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pp.299-304
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2012
The ubiquitin-proteasome system is a major proteolytic system for nonlysosomal degradation of cellular proteins. Here, we investigated the response of mouse embryonic stem (ES) cells under proteotoxic stress. Proteasome inhibitors induced expression of heat shock protein 70 (HSP70) in a concentration- and time-dependent manner, and also induced apoptosis of ES cells. Importantly, more apoptotic cells were observed in ES cells compared with other somatic cells. To understand this phenomenon, we further investigated the expression of HSP70 and pluripotent cell markers. HSP70 expression was more significantly increased in somatic cells than in ES cells, and expression levels of pluripotent cell markers such as Oct4 and Nanog were decreased in ES cells. These results suggest that higher sensitivity of ES cells to proteotoxic stress may be related with lower capacity of HSP70 expression and decreased pluripotent cell marker expression, which is essential for the survival of ES cells.
Human pluripotent stem cells (hPSCs) include human embryonic stem cells (hESCs) derived from blastocysts and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) generated from somatic cell reprogramming. Due to their self-renewal ability and pluripotent differentiation potential, hPSCs serve as an excellent experimental platform for human development, disease modeling, drug screening, and cell therapy. Traditionally, hPSCs were considered to form a homogenous population. However, recent advances in single cell technologies revealed a high degree of variability between individual cells within a hPSC population. Different types of heterogeneity can arise by genetic and epigenetic abnormalities associated with long-term in vitro culture and somatic cell reprogramming. These variations initially appear in a rare population of cells. However, some cancer-related variations can confer growth advantages to the affected cells and alter cellular phenotypes, which raises significant concerns in hPSC applications. In contrast, other types of heterogeneity are related to intrinsic features of hPSCs such as asynchronous cell cycle and spatial asymmetry in cell adhesion. A growing body of evidence suggests that hPSCs exploit the intrinsic heterogeneity to produce multiple lineages during differentiation. This idea offers a new concept of pluripotency with single cell heterogeneity as an integral element. Collectively, single cell heterogeneity is Janus-faced in hPSC function and application. Harmful heterogeneity has to be minimized by improving culture conditions and screening methods. However, other heterogeneity that is integral for pluripotency can be utilized to control hPSC proliferation and differentiation.
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