Embryonic stem cells have several characteristics suitable for cell replacement therapy. To investigate a possibility of using human embryonic stem cell (hESC) as a carrier of therapeutic gene(s), hESC (MB03) was co-transfected with cDNAS coding for tyrosine hydroxylase (TH) and GTP cyclohydrolase Ⅰ (GTPCH Ⅰ) and bulk-selected using neomycin and hygromycin-B. Successful transfection was confirmed by western immunoblotting and RT-PCR. The genetically modified hESC (bk-THGC) relieved apomorphine-induced asymmetric motor behavior by approximately 54% when grafted into striatum of 6-OHDA-denervated rat brain. The number of rotation, however, increased up to 176+18% in 6 weeks when sham-grafted compared with number of rotation before graft. Immunohistochemical staining revealed that the grafted hESC survived and expressed TH for at least 6 weeks while the experiment was continued.
Lee, Gab Sang;Kim, Byung Soo;Sheih, Jae-hung;Moore, Malcolm AS
Molecules and Cells
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제25권4호
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pp.487-493
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2008
HoxB4 has been shown to enhance hematopoietic engraftment by hematopoietic stem cells (HSC) from differentiating mouse embryonic stem cell (mESC) cultures. Here we examined the effect of ectopic expression of HoxB4 in differentiated human embryonic stem cells (hESCs). Stable HoxB4-expressing hESCs were established by lentiviral transduction, and the forced expression of HoxB4 did not affect stem cell features. HoxB4-expressing hESC-derived CD34+ cells generated higher numbers of erythroid and blast-like colonies than controls. The number of CD34+ cells increased but CD45+ and KDR+ cell numbers were not significantly affected. When the hESC derived CD34+ cells were transplanted into $NOD/SCID{\beta}2m-/-$ mice, the ectopic expression of HoxB4 did not alter their repopulating capacity. Our findings show that overexpression of HoxB4 in differentiating hESCs increases hematopoietic colony formation and hematopoietic cell formation in vitro, but does not affect in vivo repopulation in adult mice hosts.
Shin, Dong-Hyuk;Lee, Jeoung-Eun;Eum, Jin Hee;Chung, Young Gie;Lee, Hoon Taek;Lee, Dong Ryul
한국발생생물학회지:발생과생식
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제21권4호
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pp.425-434
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2017
Polyploidy is occurred by the process of endomitosis or cell fusion and usually represent terminally differentiated stage. Their effects on the developmental process were mainly investigated in the amphibian and fishes, and only observed in some rodents as mammalian model. Recently, we have established tetraploidy somatic cell nuclear transfer-derived human embryonic stem cells (SCNT-hESCs) and examined whether it could be available as a research model for the polyploidy cells existed in the human tissues. Two tetraploid hESC lines were artificially acquired by reintroduction of remained 1st polar body during the establishment of SCNT-hESC using MII oocytes obtained from female donors and dermal fibroblasts (DFB) from a 35-year-old adult male. These tetraploid SCNT-hESC lines (CHA-NT1 and CHA-NT3) were identified by the cytogenetic genotyping (91, XXXY,-6, t[2:6] / 92,XXXY,-12,+20) and have shown of indefinite proliferation, but slow speed when compared to euploid SCNT-hESCs. Using the eight Short Tendem Repeat (STR) markers, it was confirmed that both CHA-NT1 and CHA-NT3 lines contain both nuclear and oocyte donor genotypes. These hESCs expressed pluripotency markers and their embryoid bodies (EB) also expressed markers of the three embryonic germ layers and formed teratoma after transplantation into immune deficient mice. This study showed that tetraploidy does not affect the activities of proliferation and differentiation in SCNT-hESC. Therefore, tetraploid hESC lines established after SCNT procedure could be differentiated into various types of cells and could be an useful model for the study of the polyploidy cells in the tissues.
Stem cells can be applied usefully in basic research and clinical field due to their differentiation and self-renewal capacity. The aim of this study was to establish an effective novel therapeutic cellular source and create its molecular expression profile map to elucidate the possible therapeutic mechanism and signaling pathway. We successfully obtained a mesenchymal stem cell population from human embryonic stem cells (hESCs) cultured on chemically defined feeder-free conditions and treated with connective tissue growth factor (CTGF) and performed the expressive proteomic approach to elucidate the molecular basis. We further selected 12 differentially expressed proteins in CTGF-induced hESC-derived mesenchymal stem cells (C-hESC-MSCs), which were found to be involved in the metabolic process, immune response, cell signaling, and cell proliferation, as compared to bone marrow derived-MSCs(BM-MSCs). Moreover, these up-regulated proteins were potentially related to the Wnt/β-catenin pathway. These results suggest that C-hESC-MSCs are a highly proliferative cell population, which can interact with the Wnt/β-catenin signaling pathway; thus, due to the upregulated cell survival ability or downregulated apoptosis effects of C-hESC-MSCs, these can be used as an unlimited cellular source in the cell therapy field for a higher therapeutic potential. Overall, the study provided valuable insights into the molecular functioning of hESC derivatives as a valuable cellular source.
The HOX genes coding homeodomain proteins have been suggested as a candidate molecular switch that determines the fates of cells during embryonic development and patterning. It is believed that a set of differentiation-specific HOX genes enter into a turn-on state during tissue differentiation, in contrast to stem cell-specific HOX genes that enter into a turn-off state. However, comprehensive data of expression profiles of HOX genes in human embryonic stem cells (hESC) and differentiated embryonic tissues are not available. In this study, we investigated the expression patterns of all 39 HOX genes in hESC and human fetal tissues and analyzed the relationships between hESC and each tissue. Of the 39 genes, 18 HOX genes were expressed in stem cells, and diverse expression patterning was observed in human fetal tissues when compared with stem cells. These results indicate that HOX genes could be main targets for switching of stem cell differentiation into tissues.
The functional cardiovascular system is comprised of distinct mesoderm-derived lineages including endothelial cells, vascular smooth muscle cells and other mesenchymal cells. Recent studies in the human embryonic stem cell differentiation model have provided evidence indicating that these cell lineages are developed from the common progenitors such as hemangioblasts and cardiovascular progenitor cells. Also, the studies have suggested that these progenitors have a common primordial progenitor, which expresses KDR (human Flk-1, also known as VEGFR2, CD309). We demonstrate here that sustained activation of BMP4 (bone morphogenetic protein 4) in hESC line, CHA15 hESC results in $KDR^+$ mesoderm specific differentiation. To determine whether the $KDR^+$ population derived from hESCs enhances potential to differentiate along multipotential mesodermal lineages than undifferentiated hESCs, we analyzed the development of the mesodermal cell types in human embryonic stem cell differentiation cultures. In embryoid body (EB) differentiation culture conditions, we identified an increased expression of $KDR^+$ population from BMP4-stimulated hESC-derived EBs. After induction with additional growth factors, the $KDR^+$ population sorted from hESCs-derived EBs displays mesenchymal, endothelial and vascular smooth muscle potential in matrix-coated monolayer culture systems. The populations plated in monolayer cultures expressed increased levels of related markers and exhibit a stable/homologous phenotype in culture terms. In conclusion, we demonstrate that the $KDR^+$ population is stably isolated from CHA15 hESC-derived EBs using BMP4 and growth factors, and sorted $KDR^+$ population can be utilized to generate multipotential mesodermal progenitors in vitro, which can be further differentiated into cardiovascular specific cells.
Objective: To investigate the therapeutic potential of human embryonic stem cells (hESCs) as a vaccine to induce an immune response and provide antitumor protection in a rat model. Methods: Cross-reactivity of antigens between hESCs and tumour cells was screened by immunohistochemistry. Fischer 344 rats were divided into 7 groups, with 6 rats in each, immunized with: Group 1, hESC; Group 2, pre-inactivated mitotic NuTu-19; Group 3 PBS; Group 4, hESC; Group 5, pre-inactivated mitotic NuTu-19; Group 6, PBS; Group 7, hESC only. At 1 (Groups 1-3) or 4 weeks (Groups 4-6) after the last vaccination, each rat was challenged intraperitoneally with NuTu-19. Tumor growth and animal survival were closely monitored. Rats immunized with H9 and NuTu-19 were tested by Western blot analysis of rat orbital venous blood for cytokines produced by Th1 and Th2 cells. Results: hESCs presented tumour antigens, markers, and genes related to tumour growth, metastasis, and signal pathway interactions. The vaccine administered to rats in Group 1 led to significant antitumor responses and enhanced tumor rejection in rats with intraperitoneal inoculation of NuTu-19 cells compared to control groups. In contrast, rats in Group 4 did not display any elevation of antitumour responses. Western blot analysis found cross-reactivity among antibodies generated between H9 and NuTu-19. However, the cytokines did not show significant differences, and no side effects were detected. Conclusion: hESC-based vaccination is a promising modality for immunotherapy of ovarian cancer.
Park, Un-Chul;Cho, Myung-Soo;Park, Jung-Hyun;Kim, Sang-Jin;Ku, Seung-Yup;Choi, Young-Min;Moon, Shin-Yong;Yu, Hyeong-Gon
Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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제38권4호
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pp.216-221
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2011
Objective: To differentiate the human embryonic stem cells (hESCs) into the retinal pigment epithelium (RPE) in the defined culture condition and determine its therapeutic potential for the treatment of retinal degenerative diseases. Methods: The embryoid bodies were formed from hESCs and attached on the matrigel coated culture dishes. The neural structures consisting neural precursors were selected and expanded to form rosette structures. The mechanically isolated neural rosettes were differentiated into pigmented cells in the media comprised of N2 and B27. Expression profiles of markers related to RPE development were analyzed by reverse transcription-polymerase chain reaction and immunostaining. Dissociated putative RPE cells ($10^5$ cells/5 ${\mu}L$) were transplanted into the subretinal space of rat retinal degeneration model induced by intravenous sodium iodate injection. Animals were sacrificed at 1, 2, and 4 weeks after transplantation, and immnohistochemistry study was performed to verify the survival of the transplanted cells. Results: The putative RPE cells derived from hESC showed characteristics of the human RPE cells morphologically and expressed molecular markers and associated with RPE fate. Grafted RPE cells were found to survive in the subretinal space up to 4 weeks after transplantation, and the expression of RPE markers was confirmed with immunohistochemistry. Conclusion: Transplanted RPE cells derived from hESC in the defined culture condition successfully survived and migrated within subretinal space of rat retinal degeneration model. These results support the feasibility of the hESC derived RPE cells for cell-based therapies for retinal degenerative disease.
Techniques to evaluate gene expression profiling, such as sufficiently sensitive cDNA microarrays or real-time quantitative PCR, are efficient methods for monitoring human pluripotent stem cell (hESC/iPSC) cultures. However, most of these high-throughput tests have a limited use due to high cost, extended turn-around time, and the involvement of highly specialized technical expertise. Hence, there is an urgency of rapid, cost-effective, robust, yet sensitive method development for routine screening of hESCs/hiPSCs. A critical requirement in hESC/hiPSC cultures is to maintain a uniform undifferentiated state and to determine their differentiation capacity by showing the expression of gene markers representing all three germ layers, including ectoderm, mesoderm, and endoderm. To quantify the modulation of gene expression in hESCs/hiPSC during their propagation, expansion, and differentiation via embryoid body (EB) formation, we developed a simple, rapid, inexpensive, and definitive multimarker, semiquantitative multiplex RT-PCR platform technology. Among the 9 gene primers tested, 5 were pluripotent markers comprising set 1, and 3 lineage-specific markers were combined as set 2, respectively. We found that these 2 sets were not only effective in determining the relative differentiation in hESCs/hiPSCs, but were easily reproducible. In this study, we used the hES/hiPS cell lines to standardize the technique. This multiplex RT-PCR assay is flexible and, by selecting appropriate reporter genes, can be designed for characterization of different hESC/hiPSC lines during routine maintenance and directed differentiation.
Embryonic stem cells are capable of differentiating into a variety of cell lineages. However, the ultimate results of differentiation in vitro greatly depend on the duration of treatment and kinds of differentiating inducers added. In order to investigate the efficiencies of various differentiation inducers and the methods of treatment, we examined differentiation patterns of human embryonic stem cell (hESC, MB03) according to several different protocols. Exp. I) Upon differentiation using retinoic acid and ascorbic acid (RA/AA), embryoid bodies (EB, for 4days) derived from hESC was exposed to Rh (10$^{-6}$ M) and 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. Exp. III) In addition, to examine the effects of neurotrophic factors in the production of mature neurons, groups of cells were exposed to either BDNF (5 ng/ml) or TGF-$\alpha$(10 ng/ml) during the 28 days of final differentiation. Differentiation patterns of RA/AA or bFGF treated groups were very similar; approximately 82% and 83% of the cells, respectively, were positive for anti-NF200 antibody, while it was about 10% and 11%, respectively, for anti-NF160 antibody in 28 days in N2 medium. Alsor, cells expressing TH were as low as 5%, while the cells doubled when matured at the presence of either BDNF or TGF-$\alpha$. Cells immunoreactive to anti-GAD antibody were approximately 20%. These results suggest that a maturation step rather than differentiation induction step, which is formation of EB, effects more decisively to the ultimate differentiation pattern.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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