Kim, Ji-Sook;Shim, Hyung-Jin;Kim, Hong-Jin;Choi, Kyung-Hee;Kim, Jung-Woong;Kwak, Byung-Kook
Biomedical Science Letters
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v.13
no.3
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pp.207-212
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2007
The purpose of this preliminary study is to improve the efficiency of gene transfer of nonviral plasmid DNA by in vivo electroporation in ischemic hindlimb muscle, tibialis anterior. Hindlimb ischemic model was aseptically made by excision of left femoral artery. Each $50\;{\mu}g$ of pEGFP-C1 and pGL3-control in $100\;{\mu}l$ 0.9% NaCl was injected in tibialis anterior muscle. In vivo electroporation was applied on the same site with 10 mm-distance 2 needle array electrodes and ECM830. In 3 groups of normal rat with different electric field strength 0, 200 and 800 V/cm, the expression of pEGFP-C1 was comparatively evaluated. In 8 groups of normal rats, the expression of pGL3-control was evaluated in 0, 40, 50, 80, 100, 150, 200 and 300 V/cm of electric field strength. In 5 groups of ischemic models, the expression of pGL3-control was analyzed on 0, 4, 7, 10 and 14 days elapsed after making ischemic models. In 9 groups of ischemic rats, the expression of pGL3-control was analyzed in the electric field strength 0, 60, 70, 80, 100, 150, 200, 250 and 300 V/cm. GFP expressions in normal tibialis anterior were high in the extent and degree in order of electric field strength of 200, 800 and 0 V/cm. Luciferase value was highest in $50{\sim}100\;V/cm$ electric field strength. In the case of ischemic models, luciferase expression was significantly increasing in the order elapsed time after making the model. The degree of luciferase expression was higher in cases of application of in vivo electroporation than in that of non-application and was highest in $100{\sim}150\;V/cm$. In conclusion, in vivo electroporation is effective in transfer and expression of plasmid DNA in normal and ischemic tibialis anterior of rat.
Kim, Jong-Chul;Kim, Hong-Sung;Lee, Yeon-Kyung;Kim, Jung-Seok;Park, Sang-Il;Jung, Hwa-Yeon;Park, Yong-Serk
Biomedical Science Letters
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v.15
no.4
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pp.265-272
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2009
Recently, mesenchymal stem cells (MSCs) began to be utilized as a vehicle for ex vivo gene therapy based on their plasticity. Effective and safe transfection of therapeutic genes is a critical step for genetic modification of MSCs. Therefore, optimization of in vitro gene delivery into MSCs is essential to provide genetically modified stem cells. In this study, various cationic liposomes, O,O'-dimyristyl-N-lysyl aspartate (DMKD), DMKD/cholesterol, O,O'-dimyristyl-N-lysyl glutamate (DMKE), DMKE/cholesterol, and N-[1-(2,3-dioleoyloxy)]-N,N,N-trimethylammonium propane methyl sulfate (DOTAP)/cholesterol, were mixed with plasmid DNA encoding luciferase (pAAV-CMV-Luc) at varied ratios, and then used for transfection to MSCs under varied conditions. The MSCs were also transfected by electroporation under varied conditions, such as voltage, pulse length, and pulse interval. According to the experimental results, electroporation-mediated transfection was more efficient than cationic liposome-mediated transfection. The best MSC transfection was induced by electroporation 3 times pulses for 2 ms at 200 V with 10 seconds of a pulse interval.
RNA interference (RNAi) was performed on several essential genes in the pinewood nematode Bursaphelenchus xylophilus, which causes pine wilt disease. Double-stranded RNA (dsRNA) was delivered to larvae or adult worms by soaking, electroporation, or microinjection. Soaking and electroporation of L2-L3 stage worms in solutions containing dsRNA for essential genes induced over 25% lethality after 5 days, and gene-specific phenotypes were observed. This lethality agreed with significant reductions of the targeted transcripts, as assayed by reverse-transcription coupled with real time PCR. Microinjection was the most efficient route as measured by the hatching rate of F1 embryos, which was reduced by 46%. When adult worms were soaked in dsRNA, lethality was induced in the F1 larvae, revealing the persistence of knockdown phenotypes. The penetrance of the RNAi phenotypes for essential genes was relatively low but consistent, indicating that RNAi should be useful for studying the in vivo functions of B. xylophilus gene products.
Various RNA-binding proteins (RBPs) are key components in RNA metabolism and contribute to several neurodevelopmental disorders. To date, only a few of such RBPs have been characterized for their roles in neocortex development. Here, we show that the RBP, Rbms1, is required for radial migration, polarization and differentiation of neuronal progenitors to neurons in the neocortex development. Rbms1 expression is highest in the early development in the developing cortex, with its expression gradually diminishing from embryonic day 13.5 (E13.5) to postnatal day 0 (P0). From in utero electroporation (IUE) experiments when Rbms1 levels are knocked down in neuronal progenitors, their transition from multipolar to bipolar state is delayed and this is accompanied by a delay in radial migration of these cells. Reduced Rbms1 levels in vivo also reduces differentiation as evidenced by a decrease in levels of several differentiation markers, meanwhile having no significant effects on proliferation and cell cycle rates of these cells. As an RNA binding protein, we profiled the RNA binders of Rbms1 by a cross-linked-RIP sequencing assay, followed by quantitative real-time polymerase chain reaction verification and showed that Rbms1 binds and stabilizes the mRNA for Efr3a, a signaling adapter protein. We also demonstrate that ectopic Efr3a can recover the cells from the migration defects due to loss of Rbms1, both in vivo and in vitro migration assays with cultured cells. These imply that one of the functions of Rbms1 involves the stabilization of Efr3a RNA message, required for migration and maturation of neuronal progenitors in radial migration in the developing neocortex.
Choi, S. C.;S. K. Choi;S. S. Choi;S. U. Kim;N. N. Cho;J. Y. Jung;C. S. Park;S. H. Lee;S. H. Lee
Reproductive and Developmental Biology
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v.28
no.1
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pp.71-76
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2004
Gene delivery is one of the keen interests in animal industry as well as research on gene functions. Some of the in vivo gene delivery techniques have been successively used in various tissues for the gene therapy and transgenesis. Despite intensive efforts, it still remains to overcome problems of limited local and regional administration and low transgene expression. To improve the efficiency of gene delivery, a new procedure was tested. We injected exogenous DNA containing LacZ into the female or male gonads and then pulsed electric field. Electroporated gonads showed positive X-gal staining in many seminiferous tubules of the porcine fetal gonads. Exogenously introduced LacZ genes were also expressed in female porcine gonad. In addition, we demonstrated efficient gene delivery in gonad of adult mouse. Furthermore, we succeed to generate genetically modified germline cells showing GFP and positive X-gal signals. The results suggest that the newly developed gene delivery is an effective way of in vivo transfection in mammals. The developed gene delivery procedure should be useful in producing transgenic animals when combined with primary cell culture and nuclear transplantation.
The complete nucleotide sequence of a plasmid, pMG1, isolated from Bifidobacterium longum MG1 has been determined. This plasmid, composed of 3,862 base pairs with 65.1% of G+C content. harbors two major open reading frames (ORF) encoding putative proteins of 29 kDa (ORF I) and 71 kDa (ORF II). ORF I showed relatively high amino acid sequence homology with replication proteins of other plasmids from Gr Im-positive and -negative bacteria. Upstream of ORF I, four sets of tandem repeat sequences resembling the iteron structure of related plasmids were found. S1 endonuclease treatment and Southern blot analysis revealed that pMG1 accumulates single-stranded DNA (ssDNA) intermediate, which indicate i the rolling circle replication (RCR) mechanism of this plasmid. Homology search indicated that ORF II encodes plasmid mobilization protein, and the presence of highly conserved oriT sequence in the upstream of this gene supported this assumption. RT-PCR showed that only ORF I is expressed in vivo. Based on these results, pMG 1 was exploited to construct a shuttle vector, pBES2. It was successfully transformed into Bifidobacterium and maintained stably.
Neurons make long-distance connections via their axons, and the accuracy and stability of these connections are crucial for brain function. Research using various animal models showed that the molecular and cellular mechanisms underlying the assembly and maintenance of neuronal circuitry are highly conserved in vertebrates. Therefore, to gain a deeper understanding of brain development and maintenance, an efficient vertebrate model is required, where the axons of a defined neuronal cell type can be genetically manipulated and selectively visualized in vivo. Placental mammals pose an experimental challenge, as time-consuming breeding of genetically modified animals is required due to their in utero development. Xenopus laevis, the most commonly used amphibian model, offers comparative advantages, since their embryos ex utero during which embryological manipulations can be performed. However, the tetraploidy of the X. laevis genome makes them not ideal for genetic studies. Here, we use Xenopus tropicalis, a diploid amphibian species, to visualize axonal pathfinding and degeneration of a single central nervous system neuronal cell type, the retinal ganglion cell (RGC). First, we show that RGC axons follow the developmental trajectory previously described in X. laevis with a slightly different timeline. Second, we demonstrate that co-electroporation of DNA and/or oligonucleotides enables the visualization of gene function-altered RGC axons in an intact brain. Finally, using this method, we show that the axon-autonomous, Sarm1-dependent axon destruction program operates in X. tropicalis. Taken together, the present study demonstrates that the visual system of X. tropicalis is a highly efficient model to identify new molecular mechanisms underlying axon guidance and survival.
To construct a new recombinant strain of Bacillus velezensis that has antifungal and insecticidal activity via the expression of the insecticidal Bacillus thuringiensis crystal protein, a B. thuringiensis expression vector (pHT1K-1Ac) was generated that contained the B. thuringiensis cry1Ac gene under the control of its endogenous promoter in a minimal E. coli-B. thuringiensis shuttle vector (pHT1K). This vector was introduced into a B. velezensis isolate that showed high antifungal activities against several plant diseases, including rice blast (Magnaporthe grisea), rice sheath blight (Rhizotonia solani), tomato gray mold (Botrytis cinerea), tomato late blight (Phytophthora infestans), and wheat leaf rust (Puccinia recondita), by electroporation. The recombinant B. velezensis strain was confirmed by PCR using cry1Ac-specific primers. Additionally, the recombinant strain produced a protein approximately 130 kDa in size and parasporal inclusion bodies similar to B. thuringiensis. The in vivo antifungal activity assay demonstrated that the activity of the recombinant B. velezensis strain was maintained at the same level as that of wild-type B. velezensis. Furthermore, it exhibited high insecticidal activity against a lepidopteran pest, Plutella xylostella, although its activity was lower than that of a recombinant B. thuringiensis strain, whereas wild-type B. velezensis strain did not show any insecticidal activity. These results suggest that this recombinant B. velezensis strain can be used to control harmful insect pests and fungal diseases simultaneously in one crop.
Ock, Sun A;Oh, Keon Bong;Hwang, Seongsoo;Kim, Youngim;Kwon, Dae-Jin;Im, Gi-Sun
Journal of Embryo Transfer
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v.30
no.3
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pp.249-255
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2015
Diabetes mellitus, the most common metabolic disorder, is divided into two types: type 1 and type 2. The essential treatment of type 1 diabetes, caused by immune-mediated destruction of ${\beta}-cells$, is transplantation of the pancreas; however, this treatment is limited by issues such as the lack of donors for islet transplantation and immune rejection. As an alternative approach, stem cell therapy has been used as a new tool. The present study revealed that bone marrowderived mesenchymal stromal cells (BM-MSCs) could be transdifferentiated into pancreatic cells by the insertion of a key gene for embryonic development of the pancreas, the pancreatic and duodenal homeobox factor 1 (PDX1). To avoid immune rejection associated with xenotransplantation and to develop a new cell-based treatment, BM-MSCs from ${\alpha}$-1,3-galactosyltransferase knockout (GalT KO) pigs were used as the source of the cells. Transfection of the EGFP-hPDX1 gene into GalT KO pig-derived BM-MSCs was performed by electroporation. Cells were evaluated for hPDX1 expression by immunofluorescence and RT-PCR. Transdifferentiation into pancreatic cells was confirmed by morphological transformation, immunofluorescence, and endogenous pPDX1 gene expression. At 3~4 weeks after transduction, cell morphology changed from spindle-like shape to round shape, similar to that observed in cuboidal epithelium expressing EGFP. Results of RT-PCR confirmed the expression of both exogenous hPDX1 and endogenous pPDX1. Therefore, GalT KO pig-derived BM-MSCs transdifferentiated into pancreatic cells by transfection of hPDX1. The present results are indicative of the therapeutic potential of PDX1-expressing GalT KO pig-derived BM-MSCs in ${\beta}-cell$ replacement. This potential needs to be explored further by using in vivo studies to confirm these findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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