Ok-Hyeon Kim;Tae Jin Jeon;Young In So;Yong Kyoo Shin;Hyun Jung Lee
International Journal of Stem Cells
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제16권3호
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pp.251-259
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2023
Mesenchymal stromal cells (MSCs) have attracted scientific and medical interest due to their self-renewing properties, pluripotency, and paracrine function. However, one of the main limitations to the clinical application of MSCs is their loss of efficacy after transplantation in vivo. Various bioengineering technologies to provide stem cell niche-like conditions have the potential to overcome this limitation. Here, focusing on the stem cell niche microenvironment, studies to maximize the immunomodulatory potential of MSCs by controlling biomechanical stimuli, including shear stress, hydrostatic pressure, stretch, and biophysical cues, such as extracellular matrix mimetic substrates, are discussed. The application of biomechanical forces or biophysical cues to the stem cell microenvironment will be beneficial for enhancing the immunomodulatory function of MSCs during cultivation and overcoming the current limitations of MSC therapy.
Pluripotency of human embryonic stem cell (hESC) is one of the most valuable ability of hESCs for applying cell therapy field, but also showing side effect, for example teratoma formation. When transplant multipotent stem cell, such as mesnchymal stem cell (MSC) which retains similar differentiation ability, they do not form teratoma in vivo, but there exist limitation of cellular source supply. Accordingly, differentiation of hESC into MSC will be promising cellular source with strong points of both hESC and MSC line. In this study, we described the derivation of MSC like cell population from feeder free cultured hESC (hESC-MSC) using direct differentiation system. Cells population, hESC-MSC and bone marrow derived MSC (BM-MSC) retained similar characteristics in vitro, such as morphology, MSC specific marker expression and differentiation capacity. At the point of differentiation of both cell populations, differentiation rate was slower in hESC-MSC than BM-MSC. As these reason, to verify differentially expressed molecular condition of both cell population which bring out different differentiation rate, we compare the molecular condition of hESC-MSC and BM-MSC using 2-D proteomic analysis tool. In the proteomic analysis, we identified 49 differentially expressed proteins in hESC-MSC and BM-MSC, and they involved in different biological process such as positive regulation of molecular function, biological process, cellular metabolic process, nitrogen compound metabolic process, macromolecule metabolic process, metabolic process, molecular function, and positive regulation of molecular function and regulation of ubiquitin protein ligase activity during mitotic cell cycle, cellular response to stress, and RNA localization. As the related function of differentially expressed proteins, we sought to these proteins were key regulators which contribute to their differentiation rate, developmental process and cell proliferation. Our results suggest that the expressions of these proteins between the hESC-MSC and BM-MSC, could give to us further evidence for hESC differentiation into the mesenchymal stem cell is associated with a differentiation factor. As the initial step to understand fundamental difference of hESC-MSC and BM-MSC, we sought to investigate different protein expression profile. And the grafting of hESC differentiation into MSC and their comparative proteomic analysis will be positively contribute to cell therapy without cellular source limitation, also with exact background of their molecular condition.
Cancer incidence has been increasing steadily and is the leading cause of mortality worldwide. Gastric cancer is still most common malignancy in Korea. Cancer initiation and progression are multistep processes involving various growth factors and their ligands. Among these growth factors, we have studied hepatocyte growth factor (HGF), which is associated with cell proliferation and invasion, leading to cancer and metastasis, especially in gastric cancer. We explored the intercellular communication between HGF and other surface membrane receptors in gastric cancer cell lines. Using complimentary deoxyribonucleic acid microarray technology, we found new genes associated with HGF in the stomach cancer cell lines, NUGC-3 and MKN-28, and identified their function within the HGF pathway. The HGF/N-methyl-N'-nitroso-guanidine human osteosarcoma transforming gene (c-MET) axis interacts with several molecules including E-cadherin, urokinase plasminogen activator, KiSS-1, Jun B, and lipocalin-2. This pathway may affect cell invasion and metastasis or cell apoptosis and is therefore associated with tumorigenesis and metastasis in gastric cancer.
Stem cells require high amounts of energy to replicate their genome and organelles and differentiate into numerous cell types. Therefore, metabolic stress has a major impact on stem cell fate determination, including self-renewal, quiescence, and differentiation. Lysosomes are catabolic organelles that influence stem cell function and fate by regulating the degradation of intracellular components and maintaining cellular homeostasis in response to metabolic stress. Lysosomal functions altered by metabolic stress are tightly regulated by the transcription factor EB (TFEB) and TFE3, critical regulators of lysosomal gene expression. Therefore, understanding the regulatory mechanism of TFEB-mediated lysosomal function may provide some insight into stem cell fate determination under metabolic stress. In this review, we summarize the molecular mechanism of TFEB/TFE3 in modulating stem cell lysosomal function and then elucidate the role of TFEB/TFE3-mediated transcriptional activity in the determination of stem cell fate under metabolic stress.
Matricellular proteins are integral non-structural components of the extracellular matrix. They serve as essential modulators of immunometabolism and tissue homeostasis, playing critical roles in physiological and pathological conditions. These extracellular matrix proteins including thrombospondins, osteopontin, tenascins, the secreted protein acidic and rich in cysteine (SPARC) family, the Cyr61, CTGF, NOV (CCN) family, and fibulins have multi-faceted functions in regulating immune cell functions, metabolic pathways, and tissue homeostasis. They are involved in immune-metabolic regulation and influence processes such as insulin signaling, adipogenesis, lipid metabolism, and immune cell function, playing significant roles in metabolic disorders such as obesity and diabetes. Furthermore, their modulation of tissue homeostasis processes including cellular adhesion, differentiation, migration, repair, and regeneration is instrumental for maintaining tissue integrity and function. The importance of these proteins in maintaining physiological equilibrium is underscored by the fact that alterations in their expression or function often coincide with disease manifestation. This review contributes to our growing understanding of these proteins, their mechanisms, and their potential therapeutic applications.
This paper describes the types of models that biology majors use and how they go about making their models in learning key concepts in biology such as the cell membrane, cytoskeleton and cell structure. Initially, a total of 44 biology students from all year levels enrolled in the second semester of calendar year 2008-2009 were asked to make their respective models of the cell membrane, cytoskeleton and cell structure. They were also asked to answer an open-ended questionnaire. Of the 44, only 20 (five from each year level) were randomly selected for a one-on-one interview. Results showed that the student-generated models from all year levels were mostly analogies, some textbook definitions and occasional drawings. In making their model, students first read the text; second, outline similarities in structure and function or both; and third, make the model. Data suggest that models are good diagnostic tools for identifying critical thinking skills of students. In this case, students mostly demonstrate the ability to recognize similarities in structure and function between the concept and their model. Some senior students demonstrated integration and reflective thinking in making their models. Thus, more opportunities for student-generated models must be available if students were to develop integration and reflective thinking in their models.
Electrospun nanofibers are being widely used as a substratum for mammalian cell culture owing to their structural similarity to collagen fibers found in extracellular matrices of mammalian cells and tissues. Especially, development of diverse synthetic polymers has expanded use of electrospun nanofibers for constructing cell culture substrata. Synthetic polymers have several benefits comparing to natural polymer for their structural consistency, low cost, and capability for blending with other polymers or small molecules to enhance their structural integrity or add biological functions. PMGI (polymethylglutarimide) is one of the synthetic polymers that produced a rigid nanofiber that enables incorporation of small molecules, peptides, and gold nanoparticles through co-electrospinning process, during which the materials are fixed without any chemical modifications in the PMGI nanofibers by maintaining their activities. Using the phenomenon of PMGI nanofiber, here I introduce a construction method of a nanofiber substratum having cell-affinity function towards a pluripotent stem cell by incorporating a small molecule in the PMGI nanofiber.
Soil microorganisms producing immunomoduators that can restore ultraviolet B (UVB) radiation-induced suppression of the immune response were screened in vitro. Exposure of freshly isolated murine epidermal cells (EC) to $180{\;}J/m^{2}$ of UVB radiation resulted in approximately 90% impairtnent of accessory cell function, as measured by their ability to support anti-CD3 monoclonal antibody-induced T-cell mitogenesis. When the culture supenmtants of 150 actinomycete strains were exanuned for their capacity to prevent or repair the UVB-induced impairment of accessory cell function, 4 of them were identified to contain immunomodulators that can restore the decreased accessory cell finiction. The soil isolate that showed the most effective restorative activity, G40025. was selected and fturther characters Addition of 10.mu.l of the culture supernatant of G40025 grown in G-media to cultures of UVB-irradiated EC right after UVB-irradiation restored the decreased accessory cell function by 58%. The immunomodtdator produced by G40025 appeared to be stable at 100.deg. C for 10 min. Taxonomical studies by cultural, morphological, and physiological characterization showed that the soil isolate, G40025, belongs to the genus Streptomyces.
Sphingolipids such as ceramide, sphingosine-1-phosphate and sphingomyelin have been emerging as bioactive lipids since ceramide was reported to play a role in human leukemia HL-60 cell differentiation and death. Recently, it is well-known that ceramide acts as an inducer of cell death, that sphingomyelin works as a regulator for microdomain function of the cell membrane, and that sphingosine-1-phosphate plays a role in cell survival/proliferation. The lipids are metabolized by the specific enzymes, and each metabolite could be again returned to the original form by the reverse action of the different enzyme or after a long journey of many metabolizing/synthesizing pathways. In addition, the metabolites may serve as reciprocal biomodulators like the rheostat between ceramide and sphingosine-1-phosphate. Therefore, the change of lipid amount in the cells, the subcellular localization and the downstream signal in a specific subcellular organelle should be clarified to understand the pathobiological significance of sphingolipids when extracellular stimulation induces a diverse of cell functions such as cell death, proliferation and migration. In this review, we focus on how sphingolipids and their metabolizing enzymes cooperatively exert their function in proliferation, migration, autophagy and death of hematopoetic cells, and discuss the way developing a novel therapeutic device through the regulation of sphingolipids for effectively inhibiting cell proliferation and inducing cell death in hematological malignancies such as leukemia, malignant lymphoma and multiple myeloma.
Primary cilia, single hair-like appendage on the surface of the most mammalian cells, were once considered to be vestigial cellular organelles for a past century because of their tiny structure and unknown function. Although they lack ancestral motility function of cilia or flagella, they share common ground with multiciliated motile cilia and flagella on internal structure such as microtubule based nine outer doublets nucleated from the base of mother centrioles called basal body. Making cilia, ciliogenesis, in cells depends on the cell cycle stage due to reuse of centrioles for cell division forming mitotic spindle pole (M phase) and assembling cilia from basal body (starting G1 phase and maintaining most of interphase). Ciliary assembly required two conflicting processes such as assembly and disassembly and balance between these two processes determines the length of cilia. Both process required highly conserved transport system to supply needed substance to grow tip of cilia and bring ciliary turnover product back to the base of cilia using motor protein, kinesin and dynein, and transport protein complex, IFT particles. Disruption of ciliary structure or function causes multiple human disorder called ciliopathies affecting disease of diverse ciliated tissues ranging from eye, kidney, respiratory tract and brain. Recent explosion of research on the primary cilia and their involvement on animal development and disease attracts scientific interest on how extensively the function of cilia related to specific cell physiology and signaling pathway. In this review, I introduce general features of primary cilia and recent progress in understanding of the ciliary length control and signaling pathways transduced through primary cilia in vertebrates.
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