Neural stem cells (NSCs), with self-renewal and neuronal differentiation capacity, are a feasible resource in cell-based therapies for various neurodegenerative diseases and neural tissue injuries. In this study, we investigated the effects of Schisandrae Fructus (SF) on proliferation and differentiation of human embryonic NSCs. Treatment with 70% ethanol extract of SF increased the viability of NSCs derived from human embryonic stem cells, which was accompanied by increased mRNA expression of cyclin D1. Whereas 70% ethanol extract of SF also decreased the mRNA expression of nestin, it increased class III ${\beta}$-tublin (Tuj-1) and MAP2 in both growth and differentiation media. Lastly, we found increased mRNA expression of BDNF in SF-treated NSCs. In conclusion, our study demonstrates for the first time that SF induced proliferation and neuronal differentiation of NSCs and increased mRNA expression of BDNF, suggesting its potential as a regulator of NSC fate in NSC-based therapy for neuronal injuries from various diseases.
Reactive oxygen species (ROS), at appropriate concentrations, mediate various normal cellular functions, including defense against pathogens, signal transduction, cellular growth, and gene expression. A recent study demonstrated that ROS and ROS-generating NADPH oxidase (Nox) are important in self-renewal and neuronal differentiation of subventricular zone (SVZ) neural stem cells in adult mouse brains. In this study, we found that endogenous ROS were detected in SVZ neural stem cells cultured from postnatal mouse brains. Nox4 was predominantly expressed in cultured cells, while the levels of the Nox1 and Nox2 transcripts were very low. In addition, the Nox4 gene was highly upregulated (by up to 10-fold) during neuronal differentiation. Immunocytochemical analysis detected the Nox4 protein mainly in neurons positive for the neuronal specific tubulin Tuj1. After differentiation, endogenous ROS were detected exclusively in neuron-like cells with processes. In addition, perturbation of the cellular redox state with N-acetyl cysteine, a ROS scavenger, during neuronal differentiation greatly inhibited neurogenesis. Lastly, knockdown of Nox4 using short hairpin RNA decreased neurogenesis. These findings suggest that Nox4 may be a major ROS-generating enzyme in postnatal SVZ neural stem cells, and Nox4-mediated ROS generation may be important in their neuronal differentiation.
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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v.38
no.4
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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.
Brain organoids are an exciting new technology with the potential to significantly change our understanding of the development and disorders of the human brain. With step-by-step differentiation protocols, three-dimensional neural tissues are self-organized from pluripotent stem cells, and recapitulate the major millstones of human brain development in vitro. Recent studies have shown that brain organoids can mimic the spatiotemporal dynamicity of neurogenesis, the formation of regional neural circuitry, and the integration of glial cells into a neural network. This suggests that brain organoids could serve as a representative model system to study the human brain. In this review, we will overview the development of brain organoid technology, its current progress and applications, and future prospects of this technology.
Objective: This study was to investigate the generation of the functional neuron derived from human embryonic stem (hES, MB03) cells on in vitro neural cell differentiation system. Methods: For neural progenitor cell formation derived from hES cells, we produced embryoid bodies (EB: for 5 days, without mitogen) from hES cells and then neurospheres (for $7{\sim}10$ days, 20 ng/ml of bFGF added N2 medium) from EB. And then finally for the differentiation into mature neuron, neural progenitor cells were cultured in i) N2 medium only (without bFGF), ii) N2 supplemented with 20 ng/ml platelet derived growth factor-bb (PDGF-bb) or iii) N2 supplemented with 5 ng/ml brain derived neurotrophic factor (BDNF) for 2 weeks. Identification of neural cell differentiation was carried out by immunocytochemistry using $\beta_{III}$-tubulin (1:250), MAP-2 (1:100) and GFAP (1:500). Also, generation of functional neuron was identified using anti-glutamate (Sigma, 1:1000), anti-GABA (Sigma, 1:1000), anti-serotonin (Sigma, 1:1000) and anti-tyrosine hydroxylase (Sigma, 1:1000). Results: In vitro neural cell differentiation, neurotrophic factors (PDGF and BDNF) treated cell groups were high expressed MAP-2 and GFAP than non-treated cell group. The highest expression pattern of MAP-2 and $\beta_{III}$-tubulin was indicated in BDNF treated group. Also, in the presence of PDGF-bb or BDNF, most of the neural cells derived from hES cells were differentiated into glutamate and GABA neuron in vitro. Furthermore, we confirmed that there were a few serotonin and tyrosine hydroxylase positive neuron in the same culture environment. Conclusion: This results suggested that the generation of functional neuron derived from hES cells was increased by addition of neurotrophic factors such as PDGF-bb or BDNF in b-FGF induced neural cell differentiation system and especially glutamate and GABA neurons were mainly produced in the system.
The subgranular zone (SGZ) of hippocampal dentate gyrus (HDG) is a primary site of adult neurogenesis. Toll-like receptors (TLRs), are involved in neural system development of Drosophila and innate immune response of mammals. TLR2 is expressed abundantly in neurogenic niches such as adult mammalian hippocampus. It regulates adult hippocampal neurogenesis. However, the role of TLR2 in adult neurogenesis is not well studied in global or focal cerebral ischemia. Therefore, this study aimed to investigate the role of TLR2 in adult neurogenesis after photochemically induced cerebral ischemia. At 7 days after photothrombotic ischemic injury, the number of bromodeoxyuridine (BrdU)-positive cells was increased in both TLR2 knock-out (KO) mice and wild-type (WT) mice. However, the increment rate of BrdU-positive cells was lower in TLR2 KO mice compared to that in WT mice. The number of doublecortin (DCX) and neuronal nuclei (NeuN)-positive cells in HDG was decreased after photothrombotic ischemia in TLR2 KO mice compared to that in WT mice. The survival rate of cells in HDG was decreased in TLR2 KO mice compared to that in WT mice. In contrast, the number of cleaved-caspase 3 (apoptotic marker) and the number of GFAP (glia marker)/BrdU double-positive cells in TLR2 KO mice were higher than that in WT mice. These results suggest that TLR2 can promote adult neurogenesis from neural stem cell of hippocampal dentate gyrus through increasing proliferation, differentiation, and survival from neural stem cells after ischemic injury of the brain.
Park, Jae-Hyun;Shin, Hwa-Yean;Kang, Yun-Hee;Kang, Young-Kook;Lee, Jung-Bok;Yoon, Hyun-Soo;Ryu, Chun-Jeih;Myung, Pyung-Keun;Hong, Hyo-Jeong
Proceedings of the PSK Conference
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2003.10b
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pp.164.2-164.2
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2003
Human embryonic stem (ES) cell lines derived from the inner cell mass of human blastocysts have potential to differentiate into any cell types. We have established in vitro neural differentiation of human ES cells. After the formation of embroid bodies (EBs), the differentiating EBs formed neural tube-like rosettes in the presence of basic fibroblast growth factor (bFGF). The rosettes were selectively isolated by the treatment of dispase and cultured in a medium for human neural precursors in the presence of bFGF. (omitted)
Kim, Jong-Tae;Yoo, Do-Sung;Woo, Ji-Hyun;Huh, Pil-Woo;Cho, Kyung-Sock;Kim, Dal-Soo
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.38
no.2
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pp.121-125
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2005
Objective : Many recent reports have shown that the mature mammalian brain harbors multipotent stem cells, rendering the brain capable of generating new neurons and glia throughout life. Harvested stem cells from an adult rat are transplanted in order to evaluate the cell survival and differentiation. Methods : Using a percoll gradient with a high speed centrifugation method, we isolate neural stem/progenitor cells were isolated from the subventricular zone[SVZ] of a syngeneic adult Fisher 344 rats brain. For 14days expansion, the cultured cells comprised of a heterogeneous population with the majority of cells expressing nestin and/or GFAP. After expanding the SVZ cells in the presence of basic fibroblast growth factor-2, and transplanting then into the hippocampus of normal rats, the survival and differentiation of those cells were examined. For transplantation, the cultured cells were labeled with BrdU two days prior to use. In order to test their survival, the cells were transplanted into the dorsal hippocampus of normal adult Fisher 344 rats. Results : The preliminary data showed that at 7days after transplantation, BrdU+ transplanted cells were observed around the injection deposition sites. Immuno-fluorescent microscopy revealed that the cells co-expressed BrdU+ and neuronal marker ${\beta}$-tubulin III. Conclusion : The data demonstrate that the in vitro expanded SVZ cells can survive in a heterotypic environment and develop a neuronal phenotype in the neurogenic region. However more research will be needed to examine the longer survival time points and quantifying the differentiation in the transplanted cells in an injured brain environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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