Dahee Jeong;Yukyeong Lee;Seung-Won Lee;Seokbeom Ham;Minseong Lee;Na Young Choi;Guangming Wu;Hans R. Scholer;Kinarm Ko
Molecules and Cells
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제46권4호
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pp.209-218
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2023
In induced pluripotent stem cells (iPSCs), pluripotency is induced artificially by introducing the transcription factors Oct4, Sox2, Klf4, and c-Myc. When a transgene is introduced using a viral vector, the transgene may be integrated into the host genome and cause a mutation and cancer. No integration occurs when an episomal vector is used, but this method has a limitation in that remnants of the virus or vector remain in the cell, which limits the use of such iPSCs in therapeutic applications. Chemical reprogramming, which relies on treatment with small-molecule compounds to induce pluripotency, can overcome this problem. In this method, reprogramming is induced according to the gene expression pattern of extra-embryonic endoderm (XEN) cells, which are used as an intermediate stage in pluripotency induction. Therefore, iPSCs can be induced only from established XEN cells. We induced XEN cells using small molecules that modulate a signaling pathway and affect epigenetic modifications, and devised a culture method which can produce homogeneous XEN cells. At least 4 passages were required to establish morphologically homogeneous chemically induced XEN (CiXEN) cells, whose properties were similar to those of XEN cells, as revealed through cellular and molecular characterization. Chemically iPSCs derived from CiXEN cells showed characteristics similar to those of mouse embryonic stem cells. Our results show that the homogeneity of CiXEN cells is critical for the efficient induction of pluripotency by chemicals.
Since the establishment of embryonic stem cell, pluripotency of the cells was known to allow differentiation of the cells into various cell types consisting whole body. Several protocols have been developed to induce expression of specific genes.. However, no precise protocol that will generate a single type of the cells from stem cells has been reported. In order to produce cells suitable for transplantion into brain of PD animal model, which arouse due to a progressive degeneration of dopaminergic neurons in midbrain, human embryonic stem cell (hESC, MB03) was transfected with cDNAs cording for tyrosine hydroxylase (TH). Successful transfection was confirmed by western immunoblotting. Newly transfected cell line (TH#2/MB03) was induced to differentiate by the two neurogenic factors retinoic acid (RA) and b-FGF. Exp. I) Upon differentiation using RA/ascorbic acid (AA), embryoid bodies (EB, for 4days) derived from hES cells were exposed to RA (10$^{-6}$ M)/AA (50 mM) for 4 days, and were allowed to differentiate in N2 medium for 7, 14, 21, or 28 days. Exp. II) When bFGF was used, neuronal precursor cells were selected for 8 days in N2 medium after EB formation. After selection, cells were expanded at the presence of bFGF (20 ng/ml) for another 6 days followed by a final differentiation in N2 medium for 7, 14, 21 or 28 days. By indirect immunocytochemical studies, proportion of cells expressing NF200 increased rapidly from 20% at 7 days to 70 % at 28 days in RA/AA-treated group, while those cells expressing NF160 decreased from 80% at 7 days to 10% at 28 days upon differentiation in N2 medium. However, in differentiation by RA/AA treatment system, there was a significant increase in proportion of neuron maturity (73%) at day 14 after N2 medium. TH#2/MB03 cells expressing TH are >90% when matured at the absence of either bDNF or TGF-$\alpha$. These results suggested that TH#2/MB03 cells could be differentiated in vitro into mature neurons by RA/AA.
Embryonic germ (EG) cells are undifferentiated stern cells isolated from cultured primordial germ cells (PGC). These cells share many characteristics with embryonic stem cells including morphology and pluripotency. Undifferentiated porcine EG cell lines demonstrating capacities of differentiation both in vitro and in vivo have been established. Since EG cells can be cultured indefinitely in an undifferentiated state, whereas somatic cells in primary culture are often unstable and have limited lifespan, EG cells may provide inexhaustible source of karyoplasts in nuclear transfer (NT). In this study the efficiencies of NT using porcine EG and fetal fibroblast cells were compared. Two different techniques were used to perform NT. With conventional NT procedure (Roslin method) involving fusion of donor cells with enucleated oocytes, the rates of development to the blastocyst stage in EG and somatic cell NT were 16.8% (59/351) and 14.5% (98/677), respectively. In piezo-driven microinjection (Honolulu method) of donor nuclei into enucleated oocytes, the rates of blastocyst formation in EG and somatic cell NT were 11.9% (15/126) and 9.4% (9/96), respectively. Regardless of NT methods used in this study, EG cell NT gave rise to comparable rate of blastocyst development to somatic cell NT. Overall, EG cells can be used as karyoplast donor in NT procedure, and embryos can be produced by EG cell NT that may be used as an alternative to conventional somatic cell NT.
Microfluidics can provide unique experimental tools to visualize the development of neural structures within a microscale device, which is followed by guidance of neurite growth in the axonal isolation compartment. We utilized microfluidics technology to monitor the differentiation and migration of neural cells derived from human embryonic stem cells (hESCs). We co-cultured hESCs with PA6 stromal cells, and isolated neural rosette-like structures, which subsequently formed neurospheres in suspension culture. Tuj1-positive neural cells, but not nestin-positive neural precursor cells (NPCs), were able to enter the microfluidics grooves (microchannels), suggesting that neural cell-migratory capacity was dependent upon neuronal differentiation stage. We also showed that bundles of axons formed and extended into the microchannels. Taken together, these results demonstrated that microfluidics technology can provide useful tools to study neurite outgrowth and axon guidance of neural cells, which are derived from human embryonic stem cells.
Background: Coating a culture plate with molecules that aid in cell adhesion is a technique widely used to produce animal cell cultures. Extracellular matrix (ECM) is known for its efficiency in promoting adhesion, survival, and proliferation of adherent cells. Gelatin, a cost-effective type of ECM, is widely used in animal cell cultures including feeder-free embryonic stem (ES) cells. However, the optimal concentration of gelatin is a point of debate among researchers, with no studies having established the optimal gelatin concentration. Methods: In this study, we coated plastic plates with gelatin in a concentration-dependent manner and assessed Young's modulus using atomic force microscopy (AFM) to investigate the microstructure of the surface of each plastic plate. The adhesion, proliferation, and differentiation of the ESCs were compared and analyzed revealing differences in surface microstructure dependent on coating concentration. Results: According to AFM analysis, there was a clear difference in the microstructure of the surface according to the presence or absence of the gelatin coating, and it was confirmed that there was no difference at a concentration of 0.5% or more. ES cell also confirmed the difference in cell adhesion, proliferation, and differentiation according to the presence or absence of gelatin coating, and also it showed no difference over the concentration of 0.5%. Conclusions: The optimum gelatin-coating for the maintenance and differentiation of ES cells is 0.5%, and the gelatin concentration-mediated microenvironment and ES cell signaling are closely correlated.
Previously, we generated monoclonal antibodies (MAbs) that bound to the surface of human embryonic stem cells (hESCs) in an attempt to discover new hESC-specific surface markers. In this study, MAb 47-235 (IgG1, ${\kappa}$) was selected for further characterization. The MAb bound to the surface of undifferentiated hESCs but did not bind to mouse ESCs or mouse embryonic fibroblast cells in flow cytometric analysis. The antibody immunoprecipitated a 47 kDa protein from the lysates of cell surface-biotinylated hESCs. Identification of the protein by quadrupole time of flight tandem mass spectrometry revealed that 47-235 binds to Ag 243-5 protein of Mycoplasma arginini. BM-Cyclin treatment of the hESCs that reacted with 47-235 resulted in loss of mycoplasma DNA and the reactivity to 47-235. Nevertheless, the hESCs that were reactive to 47-235 maintained self-renewal and pluripotency and thus could be differentiated into three embryonic germ layers.
Pluripotent stem cells have been generated from two embryonic sources. ES cells are generated from ICM of blastocyst stage embryos, and embryonic germ (EG) cells are generated from primordial germ cells (PGCs). Both ES and EG cells are pluripotent and present important characteristics such as high levels of alkaline phosphatase (AP) activity, multi-cellular colony formation, normal and stable karyotypes, continuously passaging ability, and the capability of differentiation into all three embryonic germ layers. (omitted)
The purpose of this study was to analyze whether FSH and LH hormone treatment directly or indirectly affect embryo development in embryonic development. To determine this, we compared the development of embryonic cells through the expression pattern of MMPs. As a result, 33.8% of blastocysts were formed in FSH added group, 20.8% in LH added group and 10% in FSH + LH added group. In addition, the activity of MMP-9 was highly detected in the FSH-added group, and the expression of Casp-3 was much lower than that of the other groups. These results suggest that the addition of FSH seems to increase the activity of MMP-9 in embryonic cells, and that LH, on the contrary, may activate MMP-2 activity. In addition, the expression level of MMP-2 in the FSH-added group was high in the Trophoblast cell group and in the LH-added group, the hormone ideal secretion might affect the development of the embryonic cell.
Ohboshi, S.;Hanada, K.;Zhao, J.;Hattori, M.;Fujihara, N.;Umetsu, R.;Yoshida, T.;Tomogane, H.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제9권5호
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pp.583-590
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1996
The purpose of this study was to evaluate some factors in the bovine embryonic development from one-cell to blastocyst using modified synthetic oviduct fluid medium (mSOFM), after maturation and in vitro fertilization of the oocytes. The embryonic development to the blastocyst stage was assessed at 7-10 days after in vitro fertilization, and the total cells in the blastocysts were counted by staining nuclei with fluorochrome. Some commercial calf sera (CS) and a superovulated cow serum had different effects on the embryonic development to the blastocyst stage (8.6-21.4%), dependent upon their product lots, although the development might not be affected at least by serum progesterone levels. ${\beta}$-Mercaptoethanol (${\beta}$-ME) supplemented into mSOFM was effective to the embryonic development (27.8%), as well as the co-culture system with cumulus cells (19.5%). In a serum- and feeder cell-free culture using mSOFM containing several growth factors and ${\beta}$-ME instead of CS plus co-cultured cumulus cells, bovine serum albumin (BSA, fraction V), but not polyvinyl alcohol (PVA), was highly effective in embryonic development to the blastocyst stage, almost comparable to CS in the serum-contained culture (CS, BSA and PVA; 27.8, 19.5 and 5.7%, respectively). However, fatty acid free BSA rather reduced the number of developed blastocysts, compared with fraction V BSA (7.3 vs 29.4%). In the serum- and feeder cell-free culture, supplement of glucose to the medium (final 2.0 mM) stimulated the cell proliferation of developing embryos 120 hr after in vitro fertilization. These results indicated that a serum-free medium supplemented with ${\beta}$-ME could successfully support the development of bovine one-cell embryos to the blastocyst stage. Moreover, supplement of glucose and fatty acids to the medium might support preferably the development and cell proliferation of embryos.
최근 제 1형 당뇨병을 치료하기 위하여 인슐린-분비성 세포를 이식하는 세포대체요법이 새로운 치료법으로서 주목받고 있다. 그럼에도 불구하고 췌장세포 이식술은 이식원의 절대적인 부족으로 인해 광범위한 시행이 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 무한증식과 전분화능을 보유하는 배아줄기세포는 이식할 $\beta$-세포의 부족을 해결할 수 있는 잠재적 세포공급원이 될 수 있을 것으로 기대된다. 본 종설에서는 인간배아줄기세포로부터 췌장 $\beta$-세포로의 유도분화방법에 관한 최근 동향을 살펴보고, 당뇨병 치료에 세포 이식술을 적용함에 있어 고려해야할 문제점 및 극복방안들을 소개하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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