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.
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been considered an alternative source of neuronal lineage cells, which are difficult to isolate from brain and expand in vitro. Previous studies have reported that MSCs expressing Nestin ($Nestin^+$ MSCs), a neuronal stem/progenitor cell marker, exhibit increased transcriptional levels of neural development-related genes, indicating that $Nestin^+$ MSCs may exert potential with neurogenic differentiation. Accordingly, we investigated the effects of the presence of $Nestin^+$ MSCs in bone-marrow-derived primary cells (BMPCs) on enhanced neurogenic differentiation of BMPCs by identifying the presence of $Nestin^+$ MSCs in uncultured and cultured BMPCs. The percentage of $Nestin^+$ MSCs in BMPCs was measured per passage by double staining with Nestin and CD90, an MSC marker. The efficiency of neurogenic differentiation was compared among passages, revealing the highest and lowest yields of $Nestin^+$ MSCs. The presence of $Nestin^+$ MSCs was identified in BMPCs before in vitro culture, and the highest and lowest percentages of $Nestin^+$ MSCs in BMPCs was observed at the third (P3) and fifth passages (P5). Moreover, significantly the higher efficiency of differentiation into neurons, oligodendrocyte precursor cells and astrocytes was detected in BMPCs at P3, compared with P5. In conclusion, these results demonstrate that neurogenic differentiation can be enhanced by increasing the proportion of $Nestin^+$ MSCs in cultured BMPCs.
Mitochondria have multiple functions in cells: providing chemical energy, storing cellular $Ca^{2+}$, generating reactive oxygen species, and regulating apoptosis. Through these functions, mitochondria are also involved in the maintenance, proliferation, and differentiation of stem/progenitor cells. In the brain, the subventricular zone (SVZ) is one of the neurogenic regions that contains neural stem cells (NSCs) throughout a lifetime. However, reports on the role of mitochondria in SVZ NSCs are scarce. Here, we show that rotenone, a complex I inhibitor of mitochondria, inhibits the proliferation and differentiation of SVZ NSCs in different ways. In proliferating NSCs, rotenone decreases mitosis as measured through phosphorylated histone H3 detection; moreover, apoptosis is not induced by rotenone at 50 nM. In differentiating NSCs, rotenone blocks neurogenesis and oligodendrogenesis while glial fibrillary acidic protein-positive astrocytes are not affected. Interestingly, in this study there were more cells in the differentiating NSCs treated with rotenone for 4-6 days than in the vehicle control group which was a different effect from the reduced number of cells in the proliferating NSCs. We examined both apoptosis and mitosis and found that rotenone decreased apoptosis as detected by staining cleaved caspase-3 but did not affect mitosis. Our results suggest that functional mitochondria are necessary in both the proliferation and differentiation of SVZ NSCs. Furthermore, mitochondria might be involved in the mitosis and apoptosis that occur during those processes.
Hernandez, Rosa;Jimenez-Luna, Cristina;Perales-Adan, Jesus;Perazzoli, Gloria;Melguizo, Consolacion;Prados, Jose
Biomolecules & Therapeutics
/
v.28
no.1
/
pp.34-44
/
2020
Mesenchymal stem cells (MSCs) have been proposed as an alternative therapy to be applied into several pathologies of the nervous system. These cells can be obtained from adipose tissue, umbilical cord blood and bone marrow, among other tissues, and have remarkable therapeutic properties. MSCs can be isolated with high yield, which adds to their ability to differentiate into non-mesodermal cell types including neuronal lineage both in vivo and in vitro. They are able to restore damaged neural tissue, thus being suitable for the treatment of neural injuries, and possess immunosuppressive activity, which may be useful for the treatment of neurological disorders of inflammatory etiology. Although the long-term safety of MSC-based therapies remains unclear, a large amount of both pre-clinical and clinical trials have shown functional improvements in animal models of nervous system diseases following transplantation of MSCs. In fact, there are several ongoing clinical trials evaluating the possible benefits this cell-based therapy could provide to patients with neurological damage, as well as their clinical limitations. In this review we focus on the potential of MSCs as a therapeutic tool to treat neurological disorders, summarizing the state of the art of this topic and the most recent clinical studies.
Gap junctional intercellular communication (GJIC) plays a key role during development, process of tissue differentiation, and in maintenance of adult tissue homeostasis. Neural stem cells leading to formation of cell clusters termed 'neurospheres', can differentiate into neurons, oligodendrocytes, and astrocytes. We investigated the expression levels and distribution of connexin43 (Cx43) and connexin32 (Cx32), abundant gap junctional protein in neural cells and in neurospheres isolated from rat fetus embryonic day (ED) 17. During differentiation of neurospheres, expression of Cx43 and 32 were increased time-dependently within 72 h, and then decreased at 7 day in western blot analysis. TPA-induced inhibition of GJIC was confirmed by decreased fluorescence by SL/DT assay, and induced hyperphosphorylation of Cx43 while no changes in Cx32 levels in western blot assay. Our results indicate that GJIC may be a crucial role in the differentiation of neuronal stem cell. And this GJIC can be inhibited by TPA through the hyperphosphorylation of Cx43.
In 1997 when cloned sheep Dolly and soon after Polly were born, it had become head-line news because in the former the nucleus that gave rise to the lamb came from cells of six-year-old adult sheep and in the latter case a foreign gene was inserted into the donor nucleus to make the cloned sheep produce human protein, factor IX, in e milk. In the last few years, once the realm of science fiction, cloned mammals especially in livestock have become almost commonplace. What the press accounts often fail to convey, however, is that behind every success lie hundreds of failures. Many of the nuclear-transferred egg cells fail to undergo normal cell divisions. Even when an embryo does successfully implant in the womb, pregnancy often ends in miscarriage. A significant fraction of the animals that are born die shortly after birth and some of those that survived have serious developmental abnormalities. Efficiency remains at less than one % out of some hundred attempts to clone an animal. These facts show that something is fundamentally wrong and enormous hurdles must be overcome before cloning becomes practical. Cloning researchers now tent to put aside their effort to create live animals in order to probe the fundamental questions on cell biology including stem cells, the questions of whether the hereditary material in the nucleus of each cell remains intact throughout development, and how transferred nucleus is reprogrammed exactly like the zygotic nucleus. Stem cells are defined as those cells which can divide to produce a daughter cell like themselves (self-renewal) as well as a daughter cell that will give rise to specific differentiated cells (cell-differentiation). Multicellular organisms are formed from a single totipotent stem cell commonly called fertilized egg or zygote. As this cell and its progeny undergo cell divisions the potency of the stem cells in each tissue and organ become gradually restricted in the order of totipotent, pluripotent, and multipotent. The differentiation potential of multipotent stem cells in each tissue has been thought to be limited to cell lineages present in the organ from which they were derived. Recent studies, however, revealed that multipotent stem cells derived from adult tissues have much wider differentiation potential than was previously thought. These cells can differentiate into developmentally unrelated cell types, such as nerve stem cell into blood cells or muscle stem cell into brain cells. Neural stem cells isolated from the adult forebrain were recently shown to be capable of repopulating the hematopoietic system and produce blood cells in irradiated condition. In plants although the term$\boxDr$ stem cell$\boxUl$is not used, some cells in the second layer of tunica at the apical meristem of shoot, some nucellar cells surrounding the embryo sac, and initial cells of adventive buds are considered to be equivalent to the totipotent stem cells of mammals. The telomere ends of linear eukaryotic chromosomes cannot be replicated because the RNA primer at the end of a completed lagging strand cannot be replaced with DNA, causing 5' end gap. A chromosome would be shortened by the length of RNA primer with every cycle of DNA replication and cell division. Essential genes located near the ends of chromosomes would inevitably be deleted by end-shortening, thereby killing the descendants of the original cells. Telomeric DNA has an unusual sequence consisting of up to 1,000 or more tandem repeat of a simple sequence. For example, chromosome of mammal including human has the repeating telomeric sequence of TTAGGG and that of higher plant is TTTAGGG. This non-genic tandem repeat prevents the death of cell despite the continued shortening of chromosome length. In contrast with the somatic cells germ line cells have the mechanism to fill-up the 5' end gap of telomere, thus maintaining the original length of chromosome. Cem line cells exhibit active enzyme telomerase which functions to maintain the stable length of telomere. Some of the cloned animals are reported prematurely getting old. It has to be ascertained whether the multipotent stem cells in the tissues of adult mammals have the original telomeres or shortened telomeres.
Embryonic stem cells (ESCs) have been used as a powerful tool for research including gene manipulated animal models and the study of developmental gene regulation. Among the critical regulatory factors that maintain the pluripotency and self-renewal of undifferentiated ESCs, NANOG plays a very important role. Nevertheless, because pluripotency maintaining factors and specific markers for livestock ESCs have not yet been probed, few studies of the NANOG gene from domestic animals including bovine have been reported. Therefore, we chose mouse ESCs in order to understand and compare NANOG expression between bovine, human, and mouse during ESCs differentiation. We cloned a 600 bp (-420/+181) bovine NANOG 5'-flanking region, and tagged it with humanized recombinant green fluorescent protein (hrGFP) as a tracing reporter. Very high GFP expression for bovine NANOG promoter was observed in the mouse ESC line. GFP expression was monitored upon ESC differentiation and was gradually reduced along with differentiation toward neurons and adipocyte cells. Activity of bovine NANOG (-420/+181) promoter was compared with already known mouse and human NANOG promoters in mouse ESC and they were likely to show a similar pattern of regulation. In conclusion, bovine NANOG 5-flanking region functions in mouse ES cells and has characteristics similar to those of mouse and human. These results suggest that bovine gene function studied in mouse ES cells should be evaluated and extrapolated for application to characterization of bovine ES cells.
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.
Kwon, Jae-Kyung;Choi, Dong-Joo;Yang, Haijie;Ko, Dong Wan;Jou, Ilo;Park, Sang Myun;Joe, Eun-Hye
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
/
v.25
no.6
/
pp.565-574
/
2021
Astrocytes are activated in response to brain damage. Here, we found that expression of Kir4.1, a major potassium channel in astrocytes, is increased in activated astrocytes in the injured brain together with upregulation of the neural stem cell markers, Sox2 and Nestin. Expression of Kir4.1 was also increased together with that of Nestin and Sox2 in neurospheres formed from dissociated P7 mouse brains. Using the Kir4.1 blocker BaCl2 to determine whether Kir4.1 is involved in acquisition of stemness, we found that inhibition of Kir4.1 activity caused a concentration-dependent increase in sphere size and Sox2 levels, but had little effect on Nestin levels. Moreover, induction of differentiation of cultured neural stem cells by withdrawing epidermal growth factor and fibroblast growth factor from the culture medium caused a sharp initial increase in Kir4.1 expression followed by a decrease, whereas Sox2 and Nestin levels continuously decreased. Inhibition of Kir4.1 had no effect on expression levels of Sox2 or Nestin, or the astrocyte and neuron markers glial fibrillary acidic protein and β-tubulin III, respectively. Taken together, these results indicate that Kir4.1 may control gain of stemness but not differentiation of stem cells.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.