Park, Hwan-Woo;Oh, Soonyi;Lee, Kyung Hee;Lee, Bae Hwan;Chang, Mi-Sook
International Journal of Stem Cells
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v.11
no.2
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pp.177-186
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2018
Background and Objectives: Glial scarring and inflammation after spinal cord injury (SCI) interfere with neural regeneration and functional recovery due to the inhibitory microenvironment of the injured spinal cord. Stem cell transplantation can improve functional recovery in experimental models of SCI, but many obstacles to clinical application remain due to concerns regarding the effectiveness and safety of stem cell transplantation for SCI patients. In this study, we investigated the effects of transplantation of human mesenchymal stem cells (hMSCs) that were genetically modified to express Olig2 in a rat model of SCI. Methods: Bone marrow-derived hMSCs were genetically modified to express Olig2 and transplanted one week after the induction of contusive SCI in a rat model. Spinal cords were harvested 7 weeks after transplantation. Results: Transplantation of Olig2-expressing hMSCs significantly improved functional recovery in a rat model of contusive SCI model compared to the control hMSC-transplanted group. Transplantation of Olig2-expressing hMSCs also attenuated glial scar formation in spinal cord lesions. Immunohistochemical analysis showed that transplanted Olig2-expressing hMSCs were partially differentiated into Olig1-positive oligodendrocyte-like cells in spinal cords. Furthermore, NF-M-positive axons were more abundant in the Olig2-expressing hMSC-transplanted group than in the control hMSC-transplanted group. Conclusions: We suggest that Olig2-expressing hMSCs are a safe and optimal cell source for treating SCI.
Neonatal hypoxia/ischemia (H/I), injures white matter, results in neuronal loss, disturbs myelin formation, and neural network development. Neuroinflammation and oxidative stress have been reported in neonatal hypoxic brain injuries. We investigated whether Paeoniflorin treatment reduced H/I-induced inflammation and oxidative stress and improved white matter integrity in a neonatal rodent model. Seven-day old Sprague-Dawley pups were exposed to H/I. Paeoniflorin (6.25, 12.5, or 25 mg/kg body weight) was administered every day via oral gavage from postpartum day 3 (P3) to P14, and an hour before induction of H/I. Pups were sacrificed 24 h (P8) and 72 h (P10) following H/I. Paeoniflorin reduced the apoptosis of neurons and attenuated cerebral infarct volume. Elevated expression of cleaved caspase-3 and Bad were regulated. Paeoniflorin decreased oxidative stress by lowering levels of malondialdehyde and reactive oxygen species generation and while, and it enhanced glutathione content. Microglial activation and the TLR4/NF-κB signaling were significantly down-regulated. The degree of inflammatory mediators (interleukin 1β and tumor necrosis factor-α) were reduced. Paeoniflorin markedly prevented white matter injury via improving expression of myelin binding protein and increasing O1-positive olidgodendrocyte and O4-positive oligodendrocyte counts. The present investigation demonstrates the potent protective efficiency of paeoniflorin supplementation against H/I-induced brain injury by effectually preventing neuronal loss, microglial activation, and white matter injury via reducing oxidative stress and inflammatory pathways.
Importance: Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is an animal model of multiple sclerosis characterized by inflammation within the central nervous system. However, inflammation in non-neuronal tissues, including the lungs, has not been fully evaluated. Objective: This study evaluated the inflammatory response in lungs of EAE mice by immunohistochemistry and histochemistry. Methods: Eight adult C57BL/6 mice were injected with myelin oligodendrocyte glycoprotein35-55 to induce the EAE. Lungs and spinal cords were sampled from the experimental mice at the time of sacrifice and used for the western blotting, histochemistry, and immunohistochemistry. Results: Histopathological examination revealed inflammatory lesions in the lungs of EAE mice, characterized by infiltration of myeloperoxidase (MPO)- and galectin-3-positive cells, as determined by immunohistochemistry. Increased numbers of collagen fibers in the lungs of EAE mice were confirmed by histopathological analysis. Western blotting revealed significantly elevated level of osteopontin (OPN), cluster of differentiation 44 (CD44), MPO and galectin-3 in the lungs of EAE mice compared with normal controls (p < 0.05). Immunohistochemical analysis revealed both OPN and CD44 in ionized calcium-binding adapter molecule 1-positive macrophages within the lungs of EAE mice. Conclusions and Relevance: Taken together, these findings suggest that the increased OPN level in lungs of EAE mice led to inflammation; concurrent increases in proinflammatory factors (OPN and galectin-3) caused pulmonary impairment.
Min Jung Lee;Jong Hee Choi;Tae Woo Kwon;Hyo-Sung Jo;Yujeong Ha;Seung-Yeol Nah;Ik-Hyun Cho
Journal of Ginseng Research
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v.47
no.5
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pp.672-680
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2023
Background: Korean Red Ginseng (KRG), the steamed root of Panax ginseng, has pharmacological activities for immunological and neurodegenerative disorders. But, the role of KRGE in multiple sclerosis (MS) remains unclear. Purpose: To determine whether KRG extract (KRGE) could inhibit demyelination in corpus callosum (CC) of cuprizone (CPZ)-induced murine model of MS Methods: Male adult mice were fed with a standard chow diet or a chow diet supplemented with 0.2% (w/w) CPZ ad libitum for six weeks to induce demyelination while were simultaneously administered with distilled water (DW) alone or KRGE-DW (0.004%, 0.02 and 0.1% of KRGE) by drinking. Results: Administration with KRGE-DW alleviated demyelination and oligodendrocyte degeneration associated with inhibition of infiltration and activation of resident microglia and monocyte-derived macrophages as well as downregulation of proinflammatory mediators in the CC of CPZ-fed mice. KRGE-DW also attenuated the level of infiltration of Th1 and Th17) cells, in line with inhibited Mrna expression of IFN-γ and IL-17, respectively, in the CC. These positive effects of KRGE-DW mitigated behavioral dysfunction based on elevated plus maze and the rotarod tests. Conclusion: The results strongly suggest that KRGE-DW may inhibit CPZ-induced demyelination due to its oligodendroglial protective and anti-inflammatory activities by inhibiting infiltration/activation of immune cells. Thus, KRGE might have potential in therapeutic intervention for MS.
The characteristics of primary cultured rat brain microvessel endothelial cells (RBMECs) were studied using microscopy, immunohistochemistry and measuring of transendothelial electrical resistance (TER). The RBMECs formed a monolayer by $5{\sim}6$ days after plating and showed characteristics of whirling appearance. The TER increased until day 5 and decreased then. There was few immunoreaction with anti-GFAP, anti-GalC, anti-neurofilament 160/200 kD antibodies. So the contamination of astrocyte, oligodendrocyte, and neuron. could be ruled out.. Immunoreaction to vWF antigen was widespread througout the cytoplasm as Weibel-Palade granule. Immunoreaction to tight junction proteins, i.e. occludin, ZO-1, and ZO-2 was seen at cell contact. In summary, RBMECs isolated and cultured showed morphological, immunohistochemical and electrical characteristics of blood-brain barrier (BBB). The in vitro BBB model can be used in studying characteristics of in vivo BBB.
Objective: Average daily gain (ADG) is an important target trait of pig breeding programs. We aimed to identify single nucleotide polymorphisms (SNPs) and genomic regions that are associated with ADG in the Duroc pig population. Methods: We performed a genome-wide association study involving 390 Duroc boars and by using the PorcineSNP60K Beadchip and two linear models. Results: After quality control, we detected 3,5971 SNPs, which included seven SNPs that are significantly associated with the ADG of pigs. We identified six quantitative trait loci (QTL) regions for ADG. These QTLs included four previously reported QTLs on Sus scrofa chromosome (SSC) 1, SSC5, SSC9, and SSC13, as well as two novel QTLs on SSC6 and SSC16. In addition, we selected six candidate genes (general transcription factor 3C polypeptide 5, high mobility group AT-hook 2, nicotinamide phosphoribosyltransferase, oligodendrocyte transcription factor 1, pleckstrin homology and RhoGEF domain containing G4B, and ENSSSCG00000031548) associated with ADG on the basis of their physiological roles and positional information. These candidate genes are involved in skeletal muscle cell differentiation, diet-induced obesity, and nervous system development. Conclusion: This study contributes to the identification of the casual mutation that underlies QTLs associated with ADG and to future pig breeding programs based on marker-assisted selection. Further studies are needed to elucidate the role of the identified candidate genes in the physiological processes involved in ADG regulation.
Nitric oxide(NO) has recently been shown to play an important role on central nervous system(CNS) function in mammals. It is synthesized from L-arginine by the enzyme NO synthase. In this study, we examined this enzyme's existence in CNS of rainbow trout(Oncorhynchus mykiss) and described the forms of microglia. astrocytes. and oligodendrocytes. Two forms of microglia are distributed in CNS. one resembling their mammalian counterpart(large microglia : LM). and the other comprising small microglia(SM) with very little cytoplasm. CNS contained astrocytes of a distinct type which form reticular network, but lack connections to capillaries. The oligodendrocyte was generally a much denser cell than the astrocyte. We have detected NOS($1.04{\pm}0.12\;pg/min/mg$) from rainbow trout CNS. It could be inhibited reversibly or irreversibly by $N^{G}MMA$ and EGTA. These result suggest that the formation of NO from L-arginine in CNS is calcium-dependent and a pathway of early evolutionary orgin.
Kim Sehee;Hong Ji Young;Joo So Yeon;Kim Jae Hwan;Moon Shin Yong;Yoon Hyun Soo;Kim Doo Han;Chung Hyung Min;Choi Seong-Jun
Reproductive and Developmental Biology
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v.28
no.4
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pp.247-252
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2004
Human embryonic stem (ES) cells are derived from the inner cell mass of the preimplantation embryo. Human ES cells have the capacity to differentiate into various types of cells in the body. Human ES cells are indefinite source of cells for cell therapy in various degenerative disorders including neuronal disorders. Directed differentiation of human ES cells is a prerequisite for their clinical application. The objective of this study is to develop the culture condition for the derivation of neural precursor cells from human ES cells. Neural precursor cells were derived from human ES cells in a stepwise culture condition. Neural precursor cells in the form of neural rosette structures developed into neurospheres when cultured in suspension. Suspension culture of neurospheres has been maintained over 4 months. Expressions of nestin, soxl, sox2, pax3 and pax6 transcripts were upregulated during differentiation into neural precursor cells by RT-PCR analysis. In contrast, expression of oct4 was dramatically downregulated in neural precursor cells. Immunocytochemical analyses of neural precursor cells demonstrated expression of nestin and SOX1. When induced to differentiate on an adhesive substrate, neuro-spheres were able to differentiate into three lineages of neural systems, including neurons, astrocytes and oligo-dendrocytes. Transcripts of sox1 and pax6 were downregulated during differentiation of neural precursor cells into neurons. In contrast, expression of map2ab was elevated in the differentiated cells, relative to those in neural precursor cells. Neurons derived from neural precursor cells expressed NCAM, Tuj1, MAP2ab, NeuN and NF200 in immunocytochemical analyses. Presence of astrocytes was confirmed by expression of GFAP immuno-cytochemically. Oligodendrocytes were also observed by positive immuno-reactivities against oligodendrocyte marker O1. Results of this study demonstrate that a stepwise culture condition is developed for the derivation of neural precursor cells from human ES cells.
One of the most extensively studied populations of multipotent adult stem cells are mesenchymal stem cells (MSCs). MSCs derived from the human umbilical cord vein (HUC-MSCs) are morphologically and immunophenotypically similar to MSCs isolated from bone marrow. HUC-MSCs are multipotent stem cells, differ from hematopoietic stem cells and can be differentiated into neural cells. Since neural tissue has limited intrinsic capacity of repair after injury, the identification of alternate sources of neural stem cells has broad clinical potential. We isolated mesenchymal-like stem cells from the human umbilical cord vein, and studied transdifferentiation-promoting conditions in neural cells. Dopaminergic neuronal differentiation of HUC-MSCs was also studied. Neural differentiation was induced by adding bFGF, EGF, dimethyl sulfoxide (DMSO) and butylated hydroxyanisole (BHA) in N2 medium and N2 supplement. The immunoreactive cells for $\beta$-tubulin III, a neuron-specific marker, GFAP, an astrocyte marker, or Gal-C, an oligodendrocyte marker, were found. HUC-MSCs treated with bFGF, SHH and FGF8 were differentiated into dopaminergic neurons that were immunopositive for tyrosine hydroxylase (TH) antibody. HUC-MSCs treated with DMSO and BHA rapidly showed the morphology of multipolar neurons. Both immunocytochemistry and RT-PCR analysis indicated that the expression of a number of neural markers including NeuroD1, $\beta$-tubulin III, GFAP and nestin was markedly elevated during this acute differentiation. While the stem cell markers such as SCF, C-kit, and Stat-3 were not expressed after neural differentiation, we confirmed the differentiation of dopaminergic neurons by TH/$\beta$-tubulin III positive cells. In conclusion, HUC-MSCs can be differentiated into dopaminergic neurons and these findings suggest that HUC-MSCs are alternative cell source of therapeutic treatment for neurodegenerative diseases.
Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) is an inflammatory disease in the murine central nervous system (CNS) and has long been used as an animal model for human multiple sclerosis. Development of EAE requires coordinated expression of a number of genes that are involved in the activation and effector functions of inflammatory cells. Galectin-3 (Gal-3) is a member of the betagalactoside- binding lectin family and plays an important role in inflammatory responses through its functions on cell activation, cell migration or inhibition of apoptosis. We investigated the functional role of Gal-3 in EAE mice following immunization with myelin oligodendrocyte glycoprotein $(MOG)_{35-55}$ peptide. During the peak stage of EAE, the localization of Gal-3 in inflammatory cells markedly increased in subarachnoid membranes and perivascular regions of CNS. In contrast, Gal-3 was weakly detected in cerebrum and spinal of the recovery stage of EAE. Consistent with this finding, western blot analysis revealed that Gal-3 expression was significantly increased at the peak stage while it was slightly decreased at the recovery stage in the CNS. In addition, the population of $CD11b^{+}$ macrophage expressing Gal- 3 in spleen of EAE mice was markedly increased compared with control mice. In fact, most of activated macrophages isolated from spleen of EAE mice expressed Gal-3. Taken together, our results demonstrate that the over-expression of Gal-3 in activated macrophages may play a key role in promoting inflammatory cells in the CNS during EAE.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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