Embryonic germ (EG) cells are undifferentiated stem cells isolated from cultured primodial germ cells (PGC). These cells share many characteristics with embryonic stem cells including their morphology and pluripotency. Undifferentiated porcine EG cell lines demonstrating capacities of both in vitro and in vivo differentiation have been established. (omitted)
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)
Transgenesis is a very powerful tool not only to help understanding the basics of life science but also to improve the efficiency of animal production. Since the first transgenic mouse was born in 1980, rapid development and wide application of this technique have been made in laboratory animals as well as in domestic animals. Although pronuclear injection is the most widely used method and nuclear transfer using somatic cells broadens the choice of making transgenic domestic animals, the demand for precise manipulation of the genome leads to the utilization of gene targeting. To make this technique possible, a pluripotent embryonic cell line such as embryonic stem (ES) cell is required to carry genetic mutation to further generations. However, ES cell, well established in mice, is not available in domestic animals even though many attempt to establish the cell line. An alternate source of pluripotent cells is embryonic germ (EG) cells derived from primordial germ cells (PGCs). To make gene targeting feasible in this cell line, a better culture system would help to minimize the unnecessary loss of cells in vitro. In this review, general methods to produce transgenic domestic animals will be mentioned. Also, it will focus on germ cell engineering and methods to improve the establishment of pluripotent embryonic cell lines in domestic animals.
Stem cells are progenitor cells that are capable of self-renewal and differentiation into various cells. Especially, pluripotent stem cells (PSCs) have in vivo and in vitro differentiation capacity into three germ layers and can proliferate infinitely. The differentiation ability of PSCs can be applied for regenerative medicine and tissue engineering. In domestic animals, their PSCs have a potential for preclinical therapy as well as the production of transgenic animals and agricultural usage such as cultured meat. Among several domestic animals, a pig is considered as an ideal model for biomedical and agricultural purposes mentioned above. In this reason, studies for pig PSCs including embryonic stem cells (ESCs), embryonic germ cells (EGCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been conducted for decades. Therefore, this review will discuss the history of PSCs derived from various origins and recent progress in pig PSC research field.
The use of pluripotent stem cells has tremendous advantages for various purposes but these cell lines with proven germ-line transmission have been completely established only in the mouse. Embryonic germ (EG) cell lines are also pluripotent and undifferentiated stem cells established from primordial germ cells (PGCs). This study was conducted to establish and characterize the chicken EG cells derived from gonadal primordial germ cells. We isolated gonadal PGCs from 5.5-day-old (stage 28) White leghorn (WL) embryos and established chicken EG cells lines with EG culture medium supplemented with human stem cell factor (hSCF), murine leukemia inhibitory factor (mLIF), bovine basic fibroblast growth factor (bFGF), human interleukin-11 (hIL-11), and human insulin-like growth factor-I (hIGF-I). These cells grew continuously for 4 months (10 passages) on a feeder layer of mitotically active chicken embryonic fibroblasts. These cells were characterized by screening with the Periodic acid-Shiff's reaction, anti-SSEA-1 antibody, and a proliferation assay after several passages. As the results, the chicken EG cells maintained characteristics of undifferentiated stem cells as well as that of gonadal PGCs. When cultured in suspension, the chicken EG cells successfully formed an embryoid body and differentiated into a variety of cell types when re-seeded onto culture dish. The chicken EG cells were injected into blastodermal layer at stage X and dorsal aorta of recipient embryo at stage 14 (incubation of 53hrs) and produced chimeric chickens with various differentiated tissues derived from the EG cells. The germline chimeras were also successfully induced by using EG cells. Thus, Chicken EG cells will be useful for the production of transgenic chickena and for studies of germ cell differentiation and genomic imprinting.
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.
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.
As a preclinical study, many researchers have been attempted to convert the porcine PSCs into several differentiated cells with transplantation of the differentiated cells into the pigs. Here, we attempted to derive neuronal progenitor cells from pig embryonic germ cells (EGCs). As a result, neuronal progenitor cells could be derived directly from pig embryonic germ cells through the serum-free floating culture of EB-like aggregates (SFEB) method. Treating retinoic acid was more efficient for inducing neuronal lineages from EGCs rather than inhibiting SMAD signaling. The differentiated cells expressed neuronal markers such as PAX6, NESTIN, and SOX1 as determined by qRT-PCR and immunostaining. These data indicated that pig EGCs could provide valid models for human therapy. Finally, it is suggested that developing transgenic pig for disease models as well as differentiation methods will provide basic preclinical data for human regenerative medicine and lead to the success of stem cell therapy.
The effect of ginsenosides (GS) on germ cell proliferation was evaluated with a chicken ovarian germ-somatic cell coculture model and the mechanism involving protein kinase C (PKC) pathway was investigated. Ovarian cells were cultured in serum-free McCoy's 5A medium and challenged with GS alone or in combinations with PKC activator (phorbol 12-myristate 13-acetate, PMA) or inhibitor ($H_7$) for 48 h. The number of germ cells was counted and the proliferating cells were identified by immunocytochemistry of proliferating cell nuclear antigen (PCNA). Results showed that GS significantly increased germ cell proliferation and this stimulating effect was further increased by PMA, but inhibited by H7, in a dose-dependent manner. Moreover, GS-elevated PCNA expression and the PCNA -labeling index of germ cells displayed similar changes with the increased numbers of germ cells. These results indicated that GS stimulated proliferation of ovarian germ cells with involvement of the PKC-mediated system.
Shim, Sang Woo;Han, Dong Wook;Yang, Ji Hoon;Lee, Bo Yeon;Kim, Seung Bo;Shim, Hosup;Lee, Hoon Taek
Molecules and Cells
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제25권3호
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pp.358-367
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2008
The embryonic germ cell (EGCs) of mice is a kind of pluripotent stem cell that can be generated from pre- and post-migratory primordial germ cells (PGCs). Most previous studies on DNA methylation of EGCs were restricted to 12.5 days post coitum (dpc). This study was designed to establish and characterize murine EGC lines from migrated PGCs as late as 13.5 dpc and to estimate the degrees of methylation of their imprinted genes as well as of the non-imprinted locus, Oct4, using an accurate and quantitative method of measurement. We established five independent EGC lines from post migratory PGCs of 11.5-13.5 dpc from C57BL/6 ${\times}$ DBA/2 F1 hybrid mouse fetuses. All the EGCs exhibited the typical features of pluripotent cells including hypomethylation of the Oct4 regulatory region. We examined the methylation status of three imprinted genes; Igf2, Igf2r and H19 in the five EGC lines using bisulfite genomic sequencing analysis. Igf2r was almost unmethylated in all the EGC lines irrespective of the their sex and stage of isolation; Igf2 and H19 were more methylated than Igf2r, especially in male EGCs. Moreover, EGCs derived at 13.5 dpc exhibited higher levels of DNA methylation than those from earlier stages. These results suggest that in vitro derived EGCs acquire different epigenotypes from their parental in vivo migratory PGCs, and that sex-specific de novo methylation occurs in the Igf2 and H19 genes of EGCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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