Embryonic stem (ES) cells are known to have an infinite proliferation and pluripotency that are associated with complex processes. The objective of this study was to examine expression of genes differentially regulated during differentiation of human ES cells by suppression subtractive hybridization (SSH). Human ES cells were induced to differentiate into neural precursor cells via embryoid body. Neural precursor cells were isolated physically based on morphological criteria. Immunocytochemical analysis showed expression of pax6 in neural precursor cells, confirming that the isolated cells were neural precursor cells. Undifferentiated human ES cells and neural precursor cells were subject to the SSH. TPX2 (Targeting Protein for Xklp2 (Xenopus centrosomal kinesin-like protein 2)) was identified, cloned and analyzed during differentiation of human ES cells into neural lineages. Expression of TPX2 was gradually down-regulated in embryoid bodies and neural precursor cells relative to undifferentiated ES cells. Targeting Protein for Xklp2 has been shown to be involved in cell division by interaction with microtubule development in cancer cells. Taken together, result of this study suggests that TPX2 may be involved in proliferation and differentiation of human ES cells.
Proceedings of the Korean Society of Developmental Biology Conference
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2003.10a
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pp.60-60
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2003
Embryonic stem (ES) cells have property of self-renewal and can differentiate into the cells of all three primary germ layers. Recently, many growth factors, alteration of culture condition and gene modifications have been used to differentiate mouse and human ES cells into specific cell types. This study was performed to evaluate the differentiation protocol for human ES cells to the endodermal lineage cells. Human ES cells (Miz-hESl ) were cultured on STO feeder layer mitotically inactivated with mitemycin C, and embryoid bodies (EBs) were formed by suspension culture. Differentiation protocol of EBs consisted of three steps: stage I, culture of EBs for 6 days with ITSFn medium; stage II, culture of stage I cells for 8 days with N2 medium ; stage III, culture of stage II cells for 22 days with N2 medium. mRNA levels of the endodermal lineage differentiation genes were analyzed by semi- quantitative RT-PCR. The Oct-4 expression, a marker of the pluripotent state, was detected in undifferentiated human ES cells but progressively decreased after EBs formation. Differentiating human ES cells expressed marker genes of endodermal differentiation and pancreatic islet cells. GATA4, a-fetoprotein, Glut-2, and Ngn3 were expressed in all stages. However, albumin and insulin were expressed in only stage III cells. The human ES cells can be differentiated into endodermal lineage cells by multiple step culture system using various supplements. We are developing the more effective protocols for guided differentiation of human ES cells.
Human embryonic stem (ES) cells retain the capacity for self-renewal, are pluripotent and differentiate into the three embryonic germ layer cells. The regulatory transcription factors Oct4, Nanog and Sox2 play an important role in maintaining the pluripotency of human ES cells. The aim of this research was to identify unknown genes upregulated in human ES cells along with Oct4, Nanog, and Sox2. This study characterizes an unknown gene, named chromosome 1 open reading frame 31 (C1orf31) mapping to chromosome 1q42.2. The product of C1orf31 is the hypothetical protein LOC388753 having a cytochrome c oxidase subunit VIb (COX6b) motif. In order to compare expression levels of C1orf31 in human ES cells, human embryoid body cells, vascular angiogenic progenitor cells (VAPCs), cord-blood endothelial progenitor cells (CB-EPCs) and somatic cell lines, we performed RT-PCR analysis. Interestingly, C1orf31 was highly expressed in human ES cells, cancer cell lines and SV40-immortalized cells. It has a similar expression pattern to the Oct4 gene in human ES cells and cancer cells. Also, the expression level of C1orf31 was shown to be upregulated in the S phase and early G2 phase of synchronized HeLa cells, leading us to purpose that it may be involved in the S/G2 transition process. For these reasons, we assume that C1orf31 may play a role in on differentiation of human ES cells and carcinogenesis.
Kim, Young-Eun;Park, Jeong-A;Ha, Yang-Wha;Park, Sang-Kyu;Kim, Hee Sun;Oh, Sun Kyung;Lee, Younghee
Development and Reproduction
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v.16
no.4
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pp.353-361
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2012
Human embryonic stem (ES) cells are a potential source of cells for developmental studies and for a variety of applications in transplantation therapies and drug discovery. However, human ES cells are difficult to culture and maintain at a large scale, which is one of the most serious obstacles in human ES cell research. Culture of human ES cells on MEF cells after disassociation with accutase has previously been demonstrated by other research groups. Here, we confirmed that human ES cells (H9) can maintain stem cell properties when the cells are passaged as single cells under a feeder-free culture condition. Accutase-dissociated human ES cells showed normal karyotype, stem cell marker expression, and morphology. We prepared frozen stocks during the culture period, thawed two of the human ES cell stocks, and analyzed the cells after culture with the same method. Although the cells revealed normal expression of stem cell marker genes, they had abnormal karyotypes. Therefore, we suggest that accutase-dissociated single cells can be usefully expanded in a feeder-free condition but chromosomal modification should be considered in the culture after freeze-thawing.
Objective: Embryonic stem (ES) cells could be differentiated into the specific cell types by alternation of culture condition and modification of gene expression. This study was performed to evaluate the differentiation protocol for mouse and human ES cells to insulin secreting cells. Methods: Undifferentiated mouse (JH-I) and human (Miz-hESI) ES cells were cultured on STO feeder layer, and embryoid bodies (EBs) were formed by suspension culture. For the differentiation, EBs were cultured by sequential system with three stage protocol. The differentiating ES cells were collected and marker gene expressions were analyzed by seIni-quantitative RT-PCR in each stage. Amount of secreted insulin levels in culture media of human ES cells were measured by human insulin specific RIA kit. Results: During the differentiation process of human ES cells, GATA-4, a-fetoprotein, glucose transporter-2 and Ngn-3 expression were increased whereas OctA was decreased progressively. Insulin and albuInin mRNAs were expressed from stage IT in mouse ES cells and from stage III in human ES cells. We detected 3.0~7.9 IlU/rnl secretion of insulin from differentiated human ES cells by in vitro culture for 36 days. Conclusion: The sequential culture system could induce the differentiation of mouse and human ES cells into insulin secreting cells. This is the fIrst report of differentiation of human ES cells into insulin secreting cells by in vitro culture with serum and insulin free medium.
This study was conducted to develop an efficient cryopreservation method of human embryonic stem (ES) cells using vitrification. In an initial experiment, sub-clumps of human ES cells (CHA-hES3 and CHA-hES4) were vitrified using grids after incubation with STO feeder cells for 1 or 16 h (Groups 1-1 and 1-2, respectively). After storage for $2{\sim}4$ months, thawed clumps were re-plated on a fresh feeder layer. The survival rates of warmed CHA-hES3 and CHA-hES4 cells of Group 1-2 were significantly higher than those of the corresponding Group 1-1 cells. In the second experiment, human ES cells were vitrified after incubation with feeder or feeder-conditioned medium (Groups 2-1 to -7). Relative mRNA expression of BM proteins and survival rates were increased following incubation of ES cells with fresh feeder cells for 16 h. In conclusion, increasing of tight adhesion between ES cells by extended incubation with feeder could reduce cryoinjury after vitrifying/warming.
Human embryonic stem (hES) cell lines have been derived from human blastocysts and are expected to have far-reaching applications in regenerative medicine. The objective of this study is to improve freezing method with less cryo-injuries and best survival rates in hES cells by comparing various vitrification conditions. For the vitrifications, ES cells are exposed to the 4 different cryoprotectants, ethylene glycol (EG), 1,2-propanediol (PROH), EG with dime-thylsulfoxide (DMSO) and EG with PROH. We compared to types of vehicles, such as open pulled straw (OPS) or electron microscopic cooper grids (EM grids). Thawed hES cells were dipped into sequentially holding media with 0.2 M sucrose for 1 min, 0.1 M sucrose for 5 min and holding media for 5 min twice and plated onto a fresh feeder layer. Survival rates of vitrified hES cells were assessed by counting of undifferentiated colonies. It shows high survival rates of hES cells frozen with EG and DMSO (60.8%), or EG and PROH(65.8%) on EM grids better than those of OPS, compared to those frozen with EG alone (2.4%) or PROH alone (0%) alone. The hES cells vitrified with EM grid showed relatively constant colony forming efficiency and survival rates, compared to those of unverified hES cells. The vitrified hES cells retained the normal morphology, alkaline phosphates activity, and the expression of SSEA-3 and 4. Through RT-PCR analysis showed Oct-4 gene expression was down-regulated and embryonic germ layer markers were up-regulated in the vitrified hES cells during spontaneous differentiation. These results show that vitrification method by using EM grid supplemented with EG and PROH in hES cells may be most efficient at present to minimize cyto-toxicity and cellular damage derived by ice crystal formation and furthermore may be employed for clinical application.
Vitrification has been suggested to be an effective method for the cryopreservation of human ES cells. However, the efficiency of vitrification with different vehicles remains a matter of ongoing controversy. The objective of this study was to assess the efficiency of cryopreservation in human ES cells by vitrification using different vehicles. A human ES cell line and a variety of vehicles, including micro-droplet (MD), open-pulled straw (OPS) and electron microscopic grid (EM-grid), were employed in an attempt to assess vitrification efficiency. In order to evaluate the survivability and the undifferentiated state of the post-vitrified human ES cells, we conducted alkaline phosphatase staining and characterization via both RT-PCR and immunofluorescence assays. The survival rates of the post-vitrified human ES cells using MD, OPS and EM-grid were determined to be 61.5%, 66.6% and 53.8%, respectively. There also exist significant differences between slow-freezing and vitrification (p<0.01). However, no significant differences were detected between the vehicle types. Finally, the pluripotency of human ES cells after thawing was verified by teratoma formation. Cryopreservation using vitrification is more effective than slow-freezing, and the efficiency of vehicles proved effective with regard to the preservation of human ES cells.
Embryonic stem (ES) cells have potential for use in evaluation of developmental toxicity because they are generated in large numbers and differentiate into three germ layers following formation of embryoid bodies (EBs). In earlier study, embryonic stem cell test (EST) was established for assessment of the embryotoxic potential of compounds. Using EBs indicating the onset of differentiation of mouse ES cells, many toxicologists have refined the developmental toxicity of a variety of compounds. However, due to some limitation of the EST method resulting from species-specific differences between humans and mouse, it is an incomplete approach. In this regard, we examined the effects of several developmental toxic chemicals on formation of EBs using human ES cells. Although human ES cells are fastidious in culture and differentiation, we concluded that the relevancy of our experimental method is more accurate than that of EST using mouse ES cells. These types of studies could extend our understanding of how human ES cells could be used for monitoring developmental toxicity and its relevance in relation to its differentiation progress. In addition, this concept will be used as a model system for screening for developmental toxicity of various chemicals. This article might update new information about the usage of embryonic stem cells in the context of their possible ability in the toxicological fields.
Park, Sun-Mi;Song, Sang-Jin;Choi, Ho-Jun;Uhm, Sang-Jun;Cho, Ssang-Goo;Lee, Hoon-Taek
Proceedings of the Korean Society of Developmental Biology Conference
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2003.10a
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pp.121-121
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2003
The standard protocol for the production of transgenic mouse from ES-injected embryo has to process via chimera producing and several times breeding steps, In contrast, tetraploid-ES cell complementation method allows the immediate generation of targeted murine mutants from genetically modified ES cell clones. The advantage of this advanced technique is a simple and efficient without chimeric intermediates. Recently, this method has been significantly improved through the discovery that ES cells derived from hybrid strains support the development of viable ES mice more efficiently than inbred ES cells do. Therefore, the objective of this study was to generate transgenic mice overexpressing human resistin gene by using tetrapioid-ES cell complementation method. Human resistin gene was amplified from human fetal liver cDNA library by PCR and cloned into pCR 2.1 TOPO T-vector and constructed in pCMV-Tag4C vector. Human resistin mammalian expression plasmid was transfected into D3-GL ES cells by lipofectamine 2000, and then after 8~10 days of transfection, the human resistin-expressing cells were selected with G418. In order to produce tetraploid embryos, blastomeres of diploid embryos at the two-cell stage were fused with two times of electric pulse using 60 V 30 $\mu$sec. (fusion rate : 93.5%) and cultured upto the blastocyst stage (development rate : 94.6%). The 15~20 previously G418-selected ES cells were injected into tetraploid blastocysts, and then transferred into the uterus of E2.5d pseudopregnant recipient mice. To investigate the gestation progress, two El9.5d fetus were recovered by Casarean section and one fetus was confirmed to contain human resistin gene by genomic DNA-PCR. Therefore, this finding demonstrates that tetraploid-ES mouse technology can be considered as a useful tool to produce transgenic mouse for the rapid analysis of gene function in vivo.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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