Jooyoung Lim;Heeju Han;Se In Jung;Yeri Alice Rim;Ji Hyeon Ju
International Journal of Stem Cells
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v.17
no.3
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pp.284-297
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2024
Acetaldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2) is the second enzyme involved in the breakdown of acetaldehyde into acetic acid during the process of alcohol metabolism. Roughly 40% of East Asians carry one or two ALDH2*2 alleles, and the presence of ALDH2 genetic mutations in individuals may affect the bone remodeling cycle owing to accumulation of acetaldehyde in the body. In this study, we investigated the effects of ALDH2 mutations on bone remodeling. In this study, we examined the effects of ALDH2 polymorphisms on in vitro osteogensis using human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). We differentiated wild-type (ALDH2*1/*1-) and ALDH2*1/*2-genotyped hiPSCs into osteoblasts (OBs) and confirmed their OB characteristics. Acetaldehyde was administered to confirm the impact caused by the mutation during OB differentiation. Calcium deposits formed during osteogenesis were significantly decreased in ALDH2*1/*2 OBs. The expression of osteogenic markers were also decreased in acetaldehyde-treated OBs differentiated from the ALDH2*1/*2 hiPSCs. Furthermore, the impact of ALDH2 polymorphism and acetaldehyde-induced stress on inflammatory factors such as 4-hydroxynonenal and tumor necrosis factor α was confirmed. Our findings suggest that individuals with ALDH2 deficiency may face challenges in acetaldehyde breakdown, rendering them susceptible to disturbances in normal bone remodeling therefore, caution should be exercised regarding alcohol consumption. In this proof-of-concept study, we were able to suggest these findings as a result of a disease-in-a-dish concept using hiPSCs derived from individuals bearing a certain mutation. This study also shows the potential of patient-derived hiPSCs for disease modeling with a specific condition.
Unlike mouse results, cloning efficiency of nuclear transfer from porcine induced pluripotent stem cells (piPSCs) is very low. The present study was performed to investigate the effect of cell cycle inhibitors on the cell cycle synchronization of piPSCs. piPSCs were generated using combination of six human transcriptional factors under stem cell culture condition. To examine the efficiency of cell cycle synchronization, piPSCs were cultured on a matrigel coated plate with stem cell media and they were treated with staurosporine (STA, 20 nM), daidzein (DAI, $100{\mu}M$), roscovitine (ROSC, $10{\mu}M$), or olomoucine (OLO, $200{\mu}M$) for 12 h. Flow Cytometry (FACs) data showed that piPSCs in control were in G1 ($37.5{\pm}0.2%$), S ($34.0{\pm}0.6%$) and G2/M ($28.5{\pm}0.4%$). The proportion of cells at G1 in DAI group was significantly higher than that in control, while STA, ROSC and OLO treatments could not block the cell cycle of piPSCs. Both of viability and apoptosis were affected by STA and ROSC treatment, but there were no significantly differences between control and DAI groups. Real-Time qPCR and FACs results revealed that DAI treatment did not affect the expression of pluripotent gene, Oct4. In case of OLO, it did not affect both of viability and apoptosis, but Oct4 expression was significantly decreased. Our results suggest that DAI could be used for synchronizing piPSCs at G1 stage and has any deleterious effect on survival and pluripotency sustaining of piPSCs.
In the present study, embryoid bodies (EBs) obtained from induced pluripotent stem cells (iPSCs) were induced to differentiate into germ lineage cells by treatment with bone morphogenetic protein 4 (BMP4) and retinoic acid (RA). The results were compared to the results for embryonic stem cells (ESCs) and multipotent spermatogonial stem cells (mSSCs) and quantified using immunocytochemical analysis of germ cell-specific markers (integrin-${\alpha}6$, GFR-${\alpha}1$, CD90/Thy1), fluorescence activating cell sorting (FACS), and real time-RT-PCR. We show that the highest levels of germ cell marker-expressing cells were obtained from groups treated with 10 ng/$m{\ell}$ BMP4 or 0.01 ${\mu}M$ RA. In the BMP4-treated group, GFR-${\alpha}1$ and CD90/Thy-1 were highly expressed in the EBs of iPSCs and ESCs compared to EBs of mSSCs. The expression of Nanog was much lower in iPSCs compared to ESCs and mSSCs. In the RA treated group, the level of GFR-${\alpha}1$ and CD90/Thy-1 expression in the EBs of mSSCs Induced pluripotent stem cells, Mouse embryonic stem cells, Multipotent spermatogonial stem cells, Germ cell lineage, Differentiation potential. was much higher than the levels found in the EBs of iPSCs and similar to the levels found in the EBs of ESCs. FACS analysis using integrin-${\alpha}6$, GFR-${\alpha}1$, CD90/Thy1 and immunocytochemistry using GFR-${\alpha}1$ antibody showed similar gene expression results. Therefore our results show that iPSC has the potential to differentiate into germ cells and suggest that a protocol optimizing germ cell induction from iPSC should be developed because of their potential usefulness in clinical applications requiring patient-specific cells.
The early steps of neural development in the vertebrate embryo are regulated by sets of transcription factors that control the induction of proliferative, pluripotent neural precursors, the expansion of neural plate stem cells, and their transition to differentiating neural progenitors. These early events are critical for producing a pool of multipotent cells capable of giving rise to the multitude of neurons and glia that form the central nervous system. In this review we summarize findings from gain- and loss-of-function studies in embryos that detail the gene regulatory network responsible for these early events. We discuss whether this information is likely to be similar in mammalian embryonic and induced pluripotent stem cells that are cultured according to protocols designed to produce neurons. The similarities and differences between the embryo and stem cells may provide important guidance to stem cell protocols designed to create immature neural cells for therapeutic uses.
The relationship of Oct-4 to pluripotent cells is suggested by its tightly restricted expression pattern during embryonic development. Just prior to implantation it is limited to pluripotent cells of the inner cell mass (ICM) that will form the embryo proper but is not expressed in the trophectoderm, the structure that will form the extraembryonic tissues. (omitted)
Induced pluripotent stem cells (iPSCs) show great promise for replacing current stem cell therapies in the field of regenerative medicine. However, the original method for cellular reprogramming, involving four exogenous transcription factors, is characterized by low efficiency. Here, we focused on using epigenetic modifications to enhance the reprogramming efficiency. We hypothesized that there would be a new reprogramming factor involved in DNA demethylation, acting on the promoters of pluripotency-related genes. We screened proteins that bind to the methylated promoter of Oct4 and identified Zinc finger protein 127 (Zfp127), the functions of which have not yet been identified. We found that Zfp127 binds to the Oct4 promoter. Overexpression of Zfp127 in fibroblasts induced demethylation of the Oct4 promoter, thus enhancing Oct4 promoter activity and gene expression. These results demonstrate that Zfp127 is a novel regulator of Oct4, and may become a potent target to improve cellular reprogramming.
Plant cells have a remarkable ability to induce pluripotent cell masses and regenerate whole plant organs under the appropriate culture conditions. Although the in vitro regeneration system is widely applied to manipulate agronomic traits, an understanding of the molecular mechanisms underlying callus formation is starting to emerge. Here, we performed genome-wide transcriptome profiling of wild-type leaves and leaf explant-derived calli for comparison and identified 10,405 differentially expressed genes (> two-fold change). In addition to the well-defined signaling pathways involved in callus formation, we uncovered additional biological processes that may contribute to robust cellular dedifferentiation. Particular emphasis is placed on molecular components involved in leaf development, circadian clock, stress and hormone signaling, carbohydrate metabolism, and chromatin organization. Genetic and pharmacological analyses further supported that homeostasis of clock activity and stress signaling is crucial for proper callus induction. In addition, gibberellic acid (GA) and brassinosteroid (BR) signaling also participates in intricate cellular reprogramming. Collectively, our findings indicate that multiple signaling pathways are intertwined to allow reversible transition of cellular differentiation and dedifferentiation.
Dayem, Ahmed Abdal;Lee, Soo Bin;Kim, Kyeongseok;Lim, Kyung Min;Jeon, Tak-il;Cho, Ssang-Goo
BMB Reports
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v.52
no.5
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pp.295-303
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2019
Breakthroughs in stem cell technology have contributed to disease modeling and drug screening via organoid technology. Organoid are defined as three-dimensional cellular aggregations derived from adult tissues or stem cells. They recapitulate the intricate pattern and functionality of the original tissue. Insulin is secreted mainly by the pancreatic ${\beta}$ cells. Large-scale production of insulin-secreting ${\beta}$ cells is crucial for diabetes therapy. Here, we provide a brief overview of organoids and focus on recent advances in protocols for the generation of pancreatic islet organoids from pancreatic tissue or pluripotent stem cells for insulin secretion. The feasibility and limitations of organoid cultures derived from stem cells for insulin production will be described. As the pancreas and gut share the same embryological origin and produce insulin, we will also discuss the possible application of gut organoids for diabetes therapy. Better understanding of the challenges associated with the current protocols for organoid culture facilitates development of scalable organoid cultures for applications in biomedicine.
Cardiovascular disease (CVD) is the leading causes of morbidity and death globally. In particular, a heart failure remains a major problem that contributes to global mortality. Considerable advancements have been made in conventional pharmacological therapies and coronary intervention surgery for cardiac disorder treatment. However, more than 15% of patients continuously progress to end-stage heart failure and eventually require heart transplantation. Over the past year, numerous numbers of protocols to generate cardiomyocytes (CMCs) from human pluripotent stem cells (hPSCs) have been developed and applied in clinical settings. Number of studies have described the therapeutic effects of hPSCs in animal models and revealed the underlying repair mechanisms of cardiac regeneration. In addition, biomedical engineering technologies have improved the therapeutic potential of hPSC-derived CMCs in vivo. Recently substantial progress has been made in driving the direct differentiation of somatic cells into mature CMCs, wherein an intermediate cellular reprogramming stage can be bypassed. This review provides information on the role of hPSCs in cardiac regeneration and discusses the practical applications of hPSC-derived CMCs; furthermore, it outlines the relevance of directly reprogrammed CMCs in regenerative medicine.
Background and Objectives: Endothelial progenitor cells (EPCs) and endothelial cells (ECs) have been applied in the clinic to treat pulmonary arterial hypertension (PAH), a disease characterized by disordered pulmonary vasculature. However, the lack of sufficient transplantable cells before the deterioration of disease condition is a current limitation to apply cell therapy in patients. It is necessary to differentiate pluripotent stem cells (PSCs) into EPCs and identify their characteristics. Methods and Results: Comparing previously reported methods of human PSCs-derived ECs, we optimized a highly efficient differentiation protocol to obtain cells that match the phenotype of isolated EPCs from healthy donors. The protocol is compatible with chemically defined medium (CDM), it could produce a large number of clinically applicable cells with low cost. Moreover, we also found PSCs-derived EPCs express CD133, have some characteristics of mesenchymal stem cells and are capable of homing to repair blood vessels in zebrafish xenograft assays. In addition, we further revealed that IPAH PSCs-derived EPCs have higher expression of proliferation-related genes and lower expression of immune-related genes than normal EPCs and PSCs-derived EPCs through microarray analysis. Conclusions: In conclusion, we optimized a highly efficient differentiation protocol to obtain PSCs-derived EPCs with the phenotypic and molecular characteristics of EPCs from healthy donors which distinguished them from EPCs from PAH.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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