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.
Yukyeong Lee;Seung-Won Lee;Dahee Jeong;Hye Jeong Lee;Na Young Choi;Jin Seok Bang;Seokbeom Ham;Kinarm, Ko
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.27-35
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2023
Background and Objectives: Spermatogonial stem cells (SSCs) are the most primitive cells in spermatogenesis and are the only adult stem cells capable of passing on the genome of a given species to the next generation. SSCs are the only adult stem cells known to exhibit high Oct4 expression and can be induced to self-reprogram into pluripotent cells depending on culture conditions. Epigenetic modulation is well known to be involved in the induction of pluripotency of somatic cells. However, epigenetic modulation in self-reprogramming of SSCs into pluripotent cells has not been studied. Methods and Results: In this study, we examined the involvement of epigenetic modulation by assessing whether selfreprogramming of SSCs is enhanced by treatment with epigenetic modulators. We found that second-generation selective class I HDAC inhibitors increased SSC reprogramming efficiency, whereas non-selective HDAC inhibitors had no effect. Conclusions: We showed that pluripotent stem cells derived from adult SSCs by treatment with small molecules with epigenetic modulator functions exhibit pluripotency in vitro and in vivo. Our results suggest that the mechanism of SSC reprogramming by epigenetic modulator can be used for important applications in epigenetic reprogramming research.
Cancer stem cells (CSCs) are a subpopulation of cancer that can self-renew and differentiate into large tumor masses. Evidence accumulated to date shows that CSCs affect tumor proliferation, recurrence, and resistance to chemotherapy. Recent studies have shown that, like stem cells, CSCs maintain cells with self-renewal capacity by means of asymmetric division and promote cell proliferation by means of symmetric division. This cell division is regulated by fate determinants, such as the NUMB protein, which recently has also been confirmed as a tumor suppressor. Loss of NUMB expression leads to uncontrolled proliferation and amplification of the CSC pool, which promotes the Notch signaling pathway and reduces the expression of the p53 protein. NUMB genes are alternatively spliced to produce six functionally distinct isoforms. An interesting recent discovery is that the protein NUMB isoform produced by alternative splicing of NUMB plays an important role in promoting carcinogenesis. In this review, we summarize the known functions of NUMB and NUMB isoforms related to the proliferation and generation of CSCs.
Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are capable of unlimited self-renewal and can give rise to all three germ layers, thereby providing a new platform with which to study mammalian development and epigenetic reprogramming. However, iPSC generation may result in subtle epigenetic variations, such as the aberrant methylation of the Dlk1-Dio3 locus, among the clones, and this heterogeneity constitutes a major drawback to harnessing the full potential of iPSCs. Vitamin C has recently emerged as a safeguard to ensure the normal imprinting of the Dlk1-Dio3 locus during reprogramming. Here, we show that vitamin C exerts its effect in a manner that is independent of the reprogramming kinetics. Moreover, we demonstrate that reprogramming cells under 2i conditions leads to the early upregulation of Prdm14, which in turn results in a highly homogeneous population of authentic pluripotent colonies and prevents the abnormal silencing of the Dlk1-Dio3 locus.
Most of the cancers are still incurable human diseases. According to recent findings, especially targeting cancer stem cells (CSCs) is the most promising therapeutic strategy. CSCs take charge of a cancer hierarchy, harboring stem cell-like properties involving self-renewal and aberrant differentiation potential. Most of all, the presence of CSCs is closely associated with tumorigenesis and therapeutic resistance. Despite the numerous efforts to target CSCs, current anti-cancer therapies are still impeded by CSC-derived cancer malignancies; increased metastases, tumor recurrence, and even acquired resistance against the anti-CSC therapies developed in experimental models. One of the most forceful underlying reasons is a "cancer heterogeneity" due to "CSC plasticity". A comprehensive understanding of CSC-derived heterogeneity will provide novel insights into the establishment of efficient targeting strategies to eliminate CSCs. Here, we introduce findings on mechanisms of CSC reprogramming and CSC plasticity, which give rise to phenotypically varied CSCs. Also, we suggest concepts to improve CSC-targeted therapy in order to overcome therapeutic resistance caused by CSC plasticity and heterogeneity.
G protein-coupled receptors (GPCRs) are a large class of transmembrane receptors categorized into five distinct families: rhodopsin, secretin, adhesion, glutamate, and frizzled. They bind and regulate 80% of all hormones and account for 20-50% of the pharmaceuticals currently on the market. Hundreds of GPCRs integrate and coordinate the functions of individual cells, mediating signaling between various organs. GPCRs are crucial players in tumor progression, adipogenesis, and inflammation. Several studies have also confirmed their central roles in embryonic development and stem cell maintenance. Recently, GPCRs have emerged as key players in the regulation of cell survival, proliferation, migration, and self-renewal in pluripotent (PSCs) and cancer stem cells (CSCs). Our study and other reports have revealed that the expression of many GPCRs is modulated during the generation of induced PSCs (iPSCs) or CSCs as well as during CSC sphere formation. These GPCRs may have crucial roles in the regulation of self-renewal and other biological properties of iPSCs and CSCs. This review addresses the current understanding of the role of GPCRs in stem cell maintenance and somatic reprogramming to PSCs or CSCs.
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.
Induced pluripotent stem (iPS) cells are generated by epigenetic reprogramming of somatic cells through the exogenous expression of transcription factors. Recently, the generation of iPS cells from patients with a variety of genetic diseases was found to likely have a major impact on regenerative medicine, because these cells self-renew indefinitely in culture while retaining the capacity to differentiate into any cell type in the body, thereby enabling disease investigation and drug development. This review focuses on the current state of iPS cell technology and discusses the potential applications of these cells for disease modeling; drug discovery; and eventually, cell replacement therapy.
In real time applications, due to their effective cost and small size, wireless networks play an important role in receiving particular data and transmitting it to a base station for analysis, a process that can be easily deployed. Due to various internal and external factors, networks can change dynamically, which impacts the localisation of nodes, delays, routing mechanisms, geographical coverage, cross-layer design, the quality of links, fault detection, and quality of service, among others. Conventional methods were programmed, for static networks which made it difficult for networks to respond dynamically. Here, machine learning strategies can be applied for dynamic networks effecting self-learning and developing tools to react quickly and efficiently, with less human intervention and reprogramming. In this paper, we present a wireless networks survey based on different machine learning algorithms and network lifetime parameters, and include the advantages and drawbacks of such a system. Furthermore, we present learning algorithms and techniques for congestion, synchronisation, energy harvesting, and for scheduling mobile sinks. Finally, we present a statistical evaluation of the survey, the motive for choosing specific techniques to deal with wireless network problems, and a brief discussion on the challenges inherent in this area of research.
Solid tumors are heterogeneous populations of multiple cell types. While the majority of the cells that comprise cancer are unable to divide, cancer stem cells have self-renewal and differentiation properties. Normal stem cell pathways that control self-renewal are overactivated in cancer stem cells, making cancer stem cells important for cancer cell expansion and progression. Dick first proposed the definition of cancer stem cells in acute myeloid leukemia, according to which cancer stem cells can be classified based on the expression of cell surface markers. Cancer stem cells maintain their potential in the tumor microenvironment. Multiple cell types in the tumor microenvironment maintain quiescent cancer stem cells and serve as regulators of cancer growth. Since current cancer treatments target proliferative cells, quiescent state cancer stem cells that are resistant to treatment increase the risk of recurrence or metastasis. Various signals of the tumor microenvironment induce changes to become a tumor-supportive environment by remodeling the vasculature and extracellular matrix. To effectively treat cancer, cancer stem cells and the tumor microenvironment must be targeted. Therefore, it is important to understand how the tumor microenvironment induces reprogramming of the immune response to promote cancer growth, immune resistance, and metastasis. In this review, we discuss the cellular and molecular mechanisms that can enhance immunosuppression in the tumor microenvironment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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