Glia have been known for its pivotal roles in physiological and pathological conditions in the nervous system. To study glial biology, multiple approaches have been applied to utilize glial cells for research, including stem cell-based technologies. Human glial cells differentiated from pluripotent stem cells are now available, allowing us to study the structural and functional roles of glia in the nervous system, although the efficiency is still low. Direct conversion is an advanced strategy governing fate conversion of diverse cell types directly into the desired lineage. This novel strategy stands as a promising approach for preliminary research and regenerative medicine. Direct conversion employs genetic and environmental cues to change cell fate to that with the required functional cell properties while retaining maturity-related molecular features. As an alternative method, it is now possible to obtain a variety of mature cell populations that could not be obtained using conventional differentiation methods. This review summarizes current achievements in obtaining glia, particularly oligodendrocytes and Schwann cells.
Bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSCs) have the capacity for self-renewal and differentiation into a variety of cell types. They represent an attractive source of cells for gene and cell therapy. The purpose of this study is to direct the specific expression of the DsRed reporter gene in $Sca-1^+$ BMMSCs differentiated into a cardiomyogenic lineage. We constructed the prMLC-2v-DsRed vector expressing DsRed under the control of the 309 tp fragment of the rat MLC-2v 5'-flanking region. The specific expression of the DsRed reporter gene under the transcriptional control of the 309 bp fragment of the rat MLC-2v promoter was tested in 5-azacytidine healed-$Sca-1^+$ BMMSCs over 2 weeks after the prMLC-2v-DsRed transfection. The prMLC-2v-DsRed was specifically expressed in the $Sca-1^+$ BMMSCs with cardiomyogenic lineage differentiation and it demonstrates that the 309 bp sequences of the rat MLC-2v 5'-flanking region is sufficient to confer cardiac specific expression on a DsRed reporter gene. The cardiac-specific promoter-driven reporter vector provides an important tool for the study of stem cell differentiation and cell replacement therapy in ischemic cardiomyopathy.
Human embryonic stem (ES) cells are derived from the inner cell mass of the preimplantation embryo and have the capacity to differentiate into various types of cells in the body. Hence, these cells may potentially be an indefinite source of cells for cell therapy in various degenerative diseases including neuronal disorders. For clinical applications of human ES cells, directed differentiation of these cells would be necessary. The objective of this study is to develop the culture condition for the expansion of neural precursor cells derived from human ES cells. Human ES cells were able to differentiate into neural precursor cells upon a stepwise culture condition. Neural precursor cells were propagated up to 5000-fold in cell numbers over 12-week period of culture and evaluated for their characteristics. Expressions of sox1 and pax6 transcripts were dramatically up-regulated along the differentiation stages by RT-PCR analysis. In contrast, expressions of oct4 and nanog transcripts were completely disappeared in neural precursor cells. Expressions of nestin, pax6 and sox1 were also confirmed in neural precursor cells by immunocytochemical analysis. Upon differentiation, the expanded neural precursor cells differentiated into neurons, astrocytes, and oligodendrocytes. In immunocytochemical analysis, expressions of type III ${\beta}$-tubulin and MAP2ab were observed Presence of astrocytes and oligodendrocytes were also confirmed by expressions of GFAP and O4, respectively. Results of this study demonstrate the feasibility of long-term expansion of human ES cell-derived neural precursor cells in vitro, which can be a potential source of the cells for the treatment of neurodegenerative disorders.
Park, Sin-Wook;Sim, Woo-Young;Park, Sang-Hyug;Min, Byoung-Hyun;Park, So-Ra;Yang, Sang-Sik
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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v.4C
no.4
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pp.176-180
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2004
This paper presents the fabrication and test of a micro cell exciter actuated by an electromagnetic force for the study on the chondrogenic differentiation of rabbit mesenchymal stem cells (MSCs). The micro cell exciter is designed to apply compressive loading to the alginate gel mixed with the MSCs. The magnetic cell exciter consists of an actuator component and a cartridge-type chamber component. An actuator is composed of a permanent magnet, a core and a coil. The chamber has seven PMMA wells and a cell culture Petri dish. Two types of alginate gels were stimulated by the cell exciters for 10 minutes every 12 hours for 7 days. In order to determine the expression of these matrix components during differentiation, RT-PCR analysis was performed. Collagen type II was expressed in the MSCs subjected to the compressive stimulation.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have the multipotent capacity and this potential can be applied for obtaining valuable cell types which can use for cell therapy on various regenerative diseases. However, insufficient availability of cellular source is the major problem in cell therapy field using adult stem cell sources. Recently, human embryonic stem cells (hESCs) have been highlighted to overcome a limitation of adult cellular sources because they retain unlimited proliferation capacity and pluripotency. To use of hESCs in cell therapy, above all, animal pathogen free culture system and purification of a specific target cell population to avoid teratoma formation are required. In this study, we describe the differentiation of a mesenchymal stem cell-like cells population from feeder-free cultured hESCs(hESC-MSCs) using direct induction system. hESC-MSCs revealed characteristics similar to MSCs derived from bone marrow, and undifferentiated cell markers were extremely low in hESC-MSCs in RT-PCR, immunostaining and FACS analyses. Thus, this study proffer a basis of effective generation of specialized human mesenchymal stem cell types which can use for further clinical applications, from xenofree cultured hESCs using direct induction system.
It has been reported that ganglioside GT1b is expressed during neuronal cell differentiation from undifferentiated mouse embryonic stem cells (mESCs), which suggests that ganglioside GT1b has a direct effect on neuronal cell differentiation. Therefore, this study was conducted to evaluate the effect of exogenous addition of ganglioside GT1b to an in vitro model of neuronal cell differentiation from undifferentiated mESCs. The results revealed that a significant increase in the expression of ganglioside GT1b occurred during neuronal differentiation of undifferentiated mESCs. Next, we evaluated the effect of retinoic acid (RA) on GT1b-treated undifferentiated mESCs, which was found to lead to increased neuronal differentiation. Taken together, the results of this study suggest that ganglioside GT1b plays a crucial role in neuronal differentiation of mESCs.
Pedro L. Azevedo;Rhayra B. Dias;Liebert P. Nogueira;Simone Maradei;Ricardo Bigni;Jordana S. R. Aragao;Eliana Abdelhay;Renata Binato
International Journal of Stem Cells
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v.15
no.2
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pp.227-232
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2022
The osteogenic differentiation potential of mesenchymal stromal cells (hMSCs) is an essential process for the haematopoiesis and the maintenance of haematopoietic stem cells (HSCs). Therefore, the aim of this work was to evaluate this potential in hMSCs from AML patients (hMSCs-AML) and whether it is associated with BMP4 expression. The results showed that bone formation potential in vivo was reduced in hMSCs-AML compared to hMSCs from healthy donors (hMSCs-HD). Moreover, the fact that hMSCs-AML were not able to develop supportive haematopoietic cells or to differentiate into osteocytes suggests possible changes in the bone marrow microenvironment. Furthermore, the expression of BMP4 was decreased, indicating a lack of gene expression committed to the osteogenic lineage. Overall, these alterations could be associated with changes in the maintenance of HSCs, the leukaemic transformation process and the development of AML.
Kim, Chul Geun;Lee, Jong Joo;Jung, Dae Young;Jeon, Jinseon;Heo, Hyen Seok;Kang, Ho Chul;Shin, June Ho;Cho, Yoon Shin;Cha, Kyung Joon;Kim, Chan Gil;Do, Byung-Rok;Kim, Kyung Suk;Kim, Hyun-Soo
Molecules and Cells
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v.21
no.3
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pp.343-355
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2006
Stem cells are unique cell populations with the ability to undergo both self-renewal and differentiation, although a wide variety of adult stem cells as well as embryonic stem cells have been identified and stem cell plasticity has recently been reported. To identify genes implicated in the control of the stem cell state as well as the characteristics of each stem cell line, we analyzed the expression profiles of genes in human embryonic, hematopoietic ($CD34^+$ and $CD133^+$), and mesenchymal stem cells using cDNA microarrays, and identified genes that were differentially expressed in specific stem cell populations. In particular we were able to identify potential hESC signature-like genes that encode transcription factors (TFAP2C and MYCN), an RNA binding protein (IMP-3), and a functionally uncharacterized protein (MAGEA4). The overlapping sets of 22 up-regulated and 141 down-regulated genes identified in this study of three human stem cell types may also provide insight into the developmental mechanisms common to all human stem cells. Furthermore, our comprehensive analyses of gene expression profiles in various adult stem cells may help to identify the genetic pathways involved in self-renewal as well as in multi-lineage specific differentiation.
Post-translational modifications (PTMs) of proteins regulate self-renewal and differentiation in embryonic stem cells (ESCs). Nitration of tyrosine residues of proteins in ESCs modulates their downstream pathways, which can affect self-renewal and differentiation. However, protein tyrosine nitration (PTN) in ESCs has been rarely studied. We reviewed 23 nitrated sites in stem cell proteins. Functional enrichment analysis showed that these nitrated proteins are involved in signal transduction, cell adhesion and migration, and cell proliferation in ESCs. Comparison between the nitrated and known phosphorylated sites revealed that 7 nitrated sites had overlapping phosphorylated sites, indicating functional links of PTNs to their associated signaling pathways in ESCs. Therefore, nitrated proteome provides a basis for understanding potential roles of PTN in self-renewal and differentiation of ESCs.
Kim, Jin-Sook;Kang, Ho-Bum;Song, Jee-Yeon;Oh, Goo-Taeg;Nam, Ki-Hoan;Lee, Young-Hee
Development and Reproduction
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v.9
no.2
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pp.105-114
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2005
Embryonic stem(ES) cells have tremendous potential as a cell source for cell-based therapies. Realization of that potential will depend on our ability to understand and manipulate the factors that influence cell fate decision and to develop methods for getting enough cell numbers for clinical applications. Hematopoiesis has been widely studied, and hematopoietic differentiation from ES cells is a good model to study lineage commitment. In this study, we investigated stemness and compared the efficiency of hematopoietic differentiation using two different mouse embryonic stem cell lines TC-1 and B6-1. Although the two cell lines showed known stem cell properties with minor differences, the embryoid body formation efficiency in methylcellulose was much higher in TC-1 than B6-1. When measured potentials of hematopoietic differentiation using functional(colony-forming cell) and phenotypic(specific marker expression) assays, we found that TC-1 can differentiate into hematopoietic cells in methylcellulose culture but B6-1 cannot. These results imply that we can improve the efficiency of hematopoietic cell differentiation by selection of proper cell lines and this may be also applied in the differentiation of human embryonic stem cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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