Gangliosides are a major component of the plasma membrane of mammalian cells, which are directly involved in a variety of immunological events, including cell-to cell or cell-to-protein interactions. In this study, we investigated whether gangliosides, sialic acid-containing glycosphingolipids, are related to rejection during the xenotransplantation of NIH-miniature pig livers and hearts to humans. Both high performance thin-layer chromatography and immunohistochemistry analyses revealed that the expression of gangliosides in the liver tissue of NIH-miniature pigs was higher than that in the heart. Gangliosides GD3, GD1a, GD1b, GT1b and GQ1b were observed in both the liver and heart, whereas GQ1b was detected only in the liver, indicating that the ganglioside expression profiles are tissue specific. Moreover, other ganglio-series gangliosides, including GM3, were not detected in the livers and hearts of NIH-miniature pigs. Taken together, these results suggest that gangliosides may play important roles in immune responses in clinical xenotransplants of pig livers and hearts.
Kang, Hyun Sung;Nam, Ki Chang;Cabling, Meriam M.;Lee, Myeong Seop;Choi, Te Jung;Yoon, Jong Taek;Seo, Kang Seok
Journal of Animal Science and Technology
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v.54
no.6
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pp.395-400
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2012
This study was conducted to estimate the growth curve parameters for the body weight (BW) and body length (BL) of miniature pigs in Korea. Growth curve parameters were estimated through a nonlinear regression model using Gompertz, Logistic, and von Bertalanffy methods. A total of 25 piglets were measured monthly from birth up to 15 months of age to estimate both body weight and length. Results showed that the estimated average values for the body weight (body length) were 31.83 kg (58.77 cm) for the mature weight (A), 3.06 (1.74) for the growth ratio (${\beta}$), and 0.28 (0.52) for the maturing rate (${\kappa}$). Average inflection points showing maximum growth rate estimated each month for body weight were 3.97 kg and 11.70 cm, while for the body length were 1.06 kg and 21.61 cm. Moreover, the estimated maturation rates of the body weight and length for the group of Sire 1 were 0.22 and 0.40 respectively, whereas for the group of Sire 2 these values were 0.34 and 0.39. On the other hand, for the groups of Dam 1, Dam 2, and Dam 3, maturation rates for their body weights were 0.26, 0.28 and 0.33 respectively, while for their body lengths these values were 0.43, 0.37, and 0.38, respectively. The study also indicated a negative relationship between the values of mature weight and maturity rate for the body weight will result to a higher inflection point which is in contrast for the body length where results show that a positive relationship between the values of mature length and the maturity rate will result to a higher inflection point. Furthermore, the growth performance of miniature pig varies across stages but using these estimated growth curve parameters could improve the genetic traits of miniature pig.
The objective of this study was to evaluated the efficiency on sperm cryosurvival and ability of in vitro fertilization using Triladyl and Lactose Egg-Yolk(LEY) as extenders for cryopreservation of separated sperm by 65% percoll in miniature pig. Sperm viability was measured with SYBR-14/PI double stained sperm by flow cytometry. Ability on embryo cleavage rate and blastocyst development were observed by in vitro fertilization after frozen-thawing of sperm separated by 65% percoll. The experimental groups were designed that separated sperm by 65% percoll with Triladyl (ST) or LEY(SL) and unseparated sperm with Triladyl(UT) or LEY(UL) for cryopreservation. As a results, the viability was significantly(p<0.05) higher in ST(55.1%), SL(63.1%), UL(58.8%) than UT(38.2%) group. Sperm viability in SL(63.1%) group was significantly(p<0.05) higher than other experimental groups. On the other hand, embryo cleavage rate was significantly(p<0.05) higher in ST(79.1%), SL(83.2) than UT(74.1) and UL(75.7%) groups at 96h after in vitro fertilization. Blastocyst development was also significantly(p<0.05) higher in ST(21.5%), SL(20.9%) than UT(17.0%) and UL(18.8%) groups. In conclusion, cryopreservation of miniature boar sperm separated by 65% percoll were beneficial to viability and capacity on in vitro fertilization.
Objective: Specific genomic sites can be recognized and permanently modified by genome editing. The discovery of endonucleases has advanced genome editing in pigs, attenuating xenograft rejection and cross-species disease transmission. However, off-target mutagenesis caused by these nucleases is a major barrier to putative clinical applications. Furthermore, off-target mutagenesis by genome editing has not yet been addressed in pigs. Methods: Here, we generated genetically inheritable α-1,3-galactosyltransferase (GGTA1) knockout Yucatan miniature pigs by combining transcription activator-like effector nuclease (TALEN) and nuclear transfer. For precise estimation of genomic mutations induced by TALEN in GGTA1 knockout pigs, we obtained the whole-genome sequence of the donor cells for use as an internal control genome. Results: In-depth whole-genome sequencing analysis demonstrated that TALEN-mediated GGTA1 knockout pigs had a comparable mutation rate to homologous recombination-treated pigs and wild-type strain controls. RNA sequencing analysis associated with genomic mutations revealed that TALEN-induced off-target mutations had no discernable effect on RNA transcript abundance. Conclusion: Therefore, TALEN appears to be a precise and safe tool for generating genomeedited pigs, and the TALEN-mediated GGTA1 knockout Yucatan miniature pigs produced in this study can serve as a safe and effective organ and tissue resource for clinical applications.
Cyclophosphamide, a cytotoxic anticancer agent, induces immunosuppression and has several adverse effects. N-acetylcysteine alleviates oxidative stress, liver injury, and intestinal tissue damage. The present study examined whether N-acetylcysteine modulates the adverse effects of cyclophosphamide in pigs. Miniature pigs (n = 15) were used as an experimental model to evaluate the effects of N-acetylcysteine treatment on immune reactions, liver injury, and oxidative stress after cyclophosphamide challenge. Corn-soybean meal based dietary treatments were as follows: control diet with either saline injection, cyclophosphamide injection, or 0.5% N-acetylcysteine and cyclophosphamide injection. N-acetylcysteine increased the number of immune cells and decreased TNF-α production after cyclophosphamide injection and decreased TNF-α, IFN-γ, NF-κB, and IL-8 expression and increased IL-10 expression in peripheral blood mononuclear cells. Serum levels of alanine transaminase and aspartate aminotransferase decreased, superoxide dismutase activity increased, and malondialdehyde activity decreased following N-acetylcysteine treatment after cyclophosphamide injection. N-acetylcysteine decreases immunosuppression, liver injury, and oxidative stress in cyclophosphamide-challenged miniature pigs. The present study suggests that N-acetylcysteine has therapeutic application in livestock for modulating immune reactions, liver injury, and oxidative stress.
Ryu, Junghyun;Kim, Minjeong;Ahn, Jin Seop;Ahn, Kwang Sung;Shim, Hosup
Journal of Embryo Transfer
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v.31
no.1
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pp.1-7
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2016
Xenotransplantation involves multiple steps of immune rejection. The present study was designed to produce nuclear transfer embryos, prior to the production of transgenic pigs, using fibroblasts carrying transgenes human complement regulatory protein hCD59 and interleukin-18 binding protein (hIL-18BP) to reduce hyperacute rejection (HAR) and cellular rejection in pig-to-human xenotransplantation. In addition to the hCD59-mediated reduction of HAR, hIL-18BP may prevent cellular rejection by inhibiting the activation of natural killer cells, activated T-cell proliferation, and induction of $IFN-{\gamma}$. Transgene construct including hCD59 and ILI-18BP was introduced into miniature pig fetal fibroblasts. After antibiotic selection of double transgenic fibroblasts, integration of the transgene was screened by PCR, and the transgene expression was confirmed by RT-PCR. Treatment of human serum did not affect the survival of double-transgenic fibroblasts, whereas the treatment significantly reduced the survival of non-transgenic fibroblasts (p<0.01), suggesting alleviation of HAR. Among 337 reconstituted oocytes produced by nuclear transfer using the double transgenic fibroblasts, 28 (15.3%) developed to the blastocyst stage. Analysis of individual embryos indicated that 53.6% (15/28) of embryos contained the transgene. The result of the present study demonstrates the resistance of hCD59 and IL-18BP double-transgenic fibroblasts against HAR, and the usefulness of the transgenic approach may be predicted by RT-PCR and cytolytic assessment prior to actual production of transgenic pigs. Further study on the transfer of these embryos to surrogates may produce transgenic clone miniature pigs expressing hCD59 and hIL-18BP for xenotransplantation.
Objective of this study was to investigate the effect of nicotinic acid (NA) on the characteristics in fresh semen of miniature pig. We evaluated viability, acrosome reaction and mitochondrial integrity of sperm on 0, 3, 7 and 10 days during storage period with nicotinic acid. As results, the survival rate of sperm in 15 mM NA (day 3, $87.8{\pm}1.2%$; day 5, $84.0{\pm}2.7%$; day 7, $82.2{\pm}0.9%$) and 30 mM NA (day 3, $87.7{\pm}0.3%$; day 5, $84.4{\pm}2.5%$; day 7, $82.3{\pm}0.7%$) groups were higher than control and 5 mM NA groups in 3, 7 and 10 days of semen storage. The NA-treated sperm on 10 day was used day for observing acrosome integrity. The survival sperm with acrosome reaction was higher in 30 mM NA group (day 3, $2.7{\pm}0.2%$; day 5, $3.3{\pm}0.6%$; day 7, $11.4{\pm}0.3%$) than in the control, significantly (P<0.05). Moreover, the live sperm with mitochondrial integrity was higher in whole treatment groups of NA than control group, significantly (P<0.05). Specially, most mitochondrial integrity on 10 day of semen storage was significantly higher in 30 mM NA group ($90.2{\pm}1.6%$) than other treatment groups (control, $81.8{\pm}3.1%$; 5 mM NA, $83.4{\pm}3.0%$; 15 mM NA, $89.1{\pm}0.7%$, P<0.05). In conclusion, supplement of NA in liquid semen of miniature pig can improve and maintain semen quality, such as viability, acrosome reaction, and mitochondria integrity.
Kim, Min-Jeong;Ahn, Kwang-Sung;Kim, Young-June;Shim, Ho-Sup
Reproductive and Developmental Biology
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v.33
no.3
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pp.133-137
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2009
Pluripotent embryonic stem (ES) cells isolated from inner cell mass (ICM) of blastocyst-stage embryos are capable of differentiating into various cell lineages and demonstrate germ-line transmission in experimentally produced chimeras. These cells have a great potential as tools for transgenic animal production, screening of newly-developed drugs, and cell therapy. Miniature pigs, selectively bred pigs for small size, offer several advantages over large breed pigs in biomedical research including human disease model and xenotransplantation. In the present study, factors affecting primary culture of somatic cell nuclear transfer blastocysts from miniature pigs for isolation of ES cells were investigated. Formation of primary colonies occurred only on STO cells in human ES medium. In contrast, no ICM outgrowth was observed on mouse embryonic fibroblasts (MEF) in porcine ES medium. Plating intact blastocysts and isolated ICM resulted in comparable attachment on feeder layer and primary colony formation. After subculture of ES-like colonies, two putative ES cell lines were isolated. Colonies of putative ES cells morphologically resembled murine ES cells. These cells were maintained in culture up to three passages, but lost by spontaneous differentiation. The present study demonstrates factors involved in the early stage of nuclear transfer ES cell isolation in miniature pigs. However, long-term maintenance and characterization of nuclear transfer ES cells in miniature pigs are remained to be done in further studies.
In this experiment, we determined the effect of curcumin supplementation in freezing buffer for miniature pig sperm cryopreservation. Each ejaculate was diluted with modified Modena B extender and mixed with lactose-egg yolk (LEY extender, 80% v/v lactose solution [310 mM], 20% v/v egg yolk, and $100{\mu}g/mL$ kanamycin sulfate) and LEY-glycerol Orvus ES Paste (LEYGO, 89.5% v/v LEY, 5% v/v glycerol, 1.5% v/v Orvus ES Paste), 100 mM trehalose supplemented with 0, 10, 50, 100, and $500{\mu}M$ of curcumin from turmeric, respectively. Following equilibration, the 0.5 mL French straws were frozen and plunged into $LN_2$ tank for 7 days at least. Sperm parameter and oxidative byproducts were determined by the computer assisted sperm motility analysis (CASA) and fluorescence-activated cell sorting (FACS) as compared with each groups. Supplementation of curcumin had no effect on sperm motility, progressive motility and curvilinear velocity. However, average-path velocity and straight-line velocity were significantly higher in $10{\mu}M$ curcumin group ($100.9{\pm}8.8{\mu}m/s$, $61.7{\pm}2.9{\mu}m/s$, respectively) than control group ($77.8{\pm}3.9{\mu}m/s$, $46.4{\pm}3.0{\mu}m/s$, respectively) (p < 0.05). In addition, the level of the O2 radical and H2O2 were comparatively decreased in curcumin groups by evaluation of ethidium and DCF fluorescence. According to the results, curcumin can improve sperm kinetic variables and alleviate ROS induced cryoinjury to pig sperm.
The shortage of human organs for transplantation has induced the research on the possibility of using animal as porcine. However, pig to human transplantation as known as xeno-transplantation has major problem as immunorejection. Recently, the solutions of pig to human xenotransplantation are commonly mentioned as having a genetically modification which include alpha 1, 3 galatosyl transferase knockout (GTKO) and immune-suppressing gene transgenic model. Unfortunately, the expression level of transgenic gene is very low activity. Therefore, development of gene overexpression system is the most urgent issue. Also, the tissue specific overexpression system is very important. Because most blood vessels are endothelial cells, establishment of the endothelial-specific promoter is attractive candidates for the introduction of suppressing immunorejection. In this study, we focus the ICAM2 promoter which has endothelial-specific regulatory region. To detect the regulatory region of ICAM2 promoter, we cloned 3.7 kb size mini-pig ICAM2 promoter. We conduct serial deletion of 5' flanking region of mini-pig ICAM2 promoter then selected promoter size as 1 kb, 1.5 kb, 2 kb, 2.5 kb, and 3 kb. To analyze promoter activity, luciferase assay system was conducted among these vectors and compare endothelial activity with epithelial cells. The reporter gene assay revealed that ICAM2 promoter has critical activity in endothelial cells (CPAE) and 1 kb size of ICAM2 promoter activity was significantly increased. Taken together, our studies suggest that mini-pig ICMA2 promoter is endothelial cell specific overexpression promoter and among above all size of promoters, 1 kb size promoter is optimal candidate to overcome the vascular immunorejection in pig to human xenotransplantation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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