Eun Ji Lee;Seung-Ho Baek;Chi Hun Song;Yong Hwan Choi;Kyung Ho Han
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.32
no.12
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pp.1615-1621
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2022
Tissue regeneration is the ultimate treatment for many degenerative diseases, however, repair and regeneration of damaged organs or tissues remains a challenge. Previously, we showed that B1 Ab and H3 Ab induce stem cells to differentiate into microglia and brown adipocyte-like cells, while trafficking to the brain and heart, respectively. Here, we present data showing that another selected agonist antibody, P1 antibody, induces the migration of cells to the pancreatic islets and differentiates human stem cells into beta-like cells. Interestingly, our results suggest the purified P1 Ab induces beta-like cells from fresh, human CD34+ hematopoietic stem cells and mouse bone marrow. In addition, stem cells with P1 Ab bound to expressed periostin (POSTN), an extracellular matrix protein that regulates tissue remodeling, selectively migrate to mouse pancreatic islets. Thus, these results confirm that our in vivo selection system can be used to identify antibodies from our library which are capable of inducing stem cell differentiation and cell migration to select tissues for the purpose of regenerating and remodeling damaged organ systems.
Jeong, Da Eun;Heo, Sungeun;Han, Ji Hye;Lee, Eun-young;Kulkarni, Rohit N.;Kim, Wook
Molecules and Cells
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v.41
no.10
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pp.909-916
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2018
In pancreatic ${\beta}$ cells, glucose stimulates the biosynthesis of insulin at transcriptional and post-transcriptional levels. The RNA-binding protein, polypyrimidine tract-binding protein 1 (PTBP1), also named hnRNP I, acts as a critical mediator of insulin biosynthesis through binding to the pyrimidine-rich region in the 3'-untranslated region (UTR) of insulin mRNA. However, the underlying mechanism that regulates its expression in ${\beta}$ cells is unclear. Here, we report that glucose induces the expression of PTBP1 via the insulin receptor (IR) signaling pathway in ${\beta}$ cells. PTBP1 is present in ${\beta}$ cells of both mouse and monkey, where its levels are increased by glucose and insulin, but not by insulin-like growth factor 1. PTBP1 levels in immortalized ${\beta}$ cells established from wild-type (${\beta}IRWT$) mice are higher than levels in ${\beta}$ cells established from IR-null (${\beta}IRKO$) mice, and ectopic re-expression of IR-WT in ${\beta}IRKO$ cells restored PTBP1 levels. However, PTBP1 levels were not altered in ${\beta}IRKO$ cells transfected with IR-3YA, in which the Tyr1158/1162/1163 residues are substituted with Ala. Consistently, treatment with glucose or insulin elevated PTBP1 levels in ${\beta}IRWT$ cells, but not in ${\beta}IRKO$ cells. In addition, silencing Akt significantly lowered PTBP1 levels. Thus, our results identify insulin as a pivotal mediator of glucose-induced PTBP1 expression in pancreatic ${\beta}$ cells.
Ullah, Imran;Lee, Ran;Oh, Keon Bong;Hwang, Seongsoo;Kim, Youngim;Hur, Tai-Young;Ock, Sun A
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.33
no.11
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pp.1837-1847
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2020
Objective: To evaluate the pancreatic differentiation potential of α-1,3-galactosyltransferase knockout (GalTKO) pig-derived bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BM-MSCs) using epigenetic modifiers with different pancreatic induction media. Methods: The BM-MSCs have been differentiated into pancreatic β-like cells by inducing the overexpression of key transcription regulatory factors or by exposure to specific soluble inducers/small molecules. In this study, we evaluated the pancreatic differentiation of GalTKO pig-derived BM-MSCs using epigenetic modifiers, 5-azacytidine (5-Aza) and valproic acid (VPA), and two types of pancreatic induction media - advanced Dulbecco's modified Eagle's medium (ADMEM)-based and N2B27-based media. GalTKO BM-MSCs were treated with pancreatic induction media and the expression of pancreas-islets-specific markers was evaluated by real-time quantitative polymerase chain reaction, Western blotting, and immunofluorescence. Morphological changes and changes in the 5'-C-phosphate-G-3' (CpG) island methylation patterns were also evaluated. Results: The expression of the pluripotent marker (POU class 5 homeobox 1 [OCT4]) was upregulated upon exposure to 5-Aza and/or VPA. GalTKO BM-MSCs showed increased expression of neurogenic differentiation 1 in the ADMEM-based (5-Aza) media, while the expression of NK6 homeobox 1 was elevated in cells induced with the N2B27-based (5-Aza) media. Moreover, the morphological transition and formation of islets-like cellular clusters were also prominent in the cells induced with the N2B27-based media with 5-Aza. The higher insulin expression revealed the augmented trans-differentiation ability of GalTKO BM-MSCs into pancreatic β-like cells in the N2B27-based media than in the ADMEM-based media. Conclusion: 5-Aza treated GalTKO BM-MSCs showed an enhanced demethylation pattern in the second CpG island of the OCT4 promoter region compared to that in the GalTKO BM-MSCs. The exposure of GalTKO pig-derived BM-MSCs to the N2B27-based microenvironment can significantly enhance their trans-differentiation ability into pancreatic β-like cells.
Kim, Na Young;Lee, Jung Eun;Chang, Hyeu Jin;Lim, Chae Seung;Nam, Deok Hwa;Min, Bon Hong;Park, Gil Hong;Oh, Jun Seo
Molecules and Cells
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v.25
no.1
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pp.105-111
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2008
Radiotherapy is an important treatment for many malignant tumors, but there are recent reports that radiation may increase the malignancy of cancer cells by stimulating expression of type IV collagenases. In this study, we examined changes in matrix metalloproteinase (MMP) inhibitors, such as the tissue inhibitors of metalloproteinase (TIMP)-1, TIMP-2 and RECK, in response to irradiation in Panc-1 pancreatic cancer cells. Irradiation increased RECK protein levels but not mRNA levels, whereas no significant changes were found in TIMP-1 and TIMP-2. The enhanced RECK protein levels were associated with an increase in MMP inhibitory activity. However, irradiation slightly but reproducibly increased the invasiveness of the Panc-1 cells. Like irradiation, treatment of Panc-1 cells with transforming growth factor $(TGF)-{\beta}1$ led to a 2-fold increase in RECK protein levels. Transient transfection with Smad3 also increased RECK protein levels, but transfection with Smad7 markedly reduced them. Stable expression of Smad7 and treatment with SB431542, an inhibitor of $TGF-{\beta}$ receptor I kinase, abolished $TGF-{\beta}1$- and radiation-mediated effects on RECK. Furthermore, irradiation increased levels of phosphorylated Smad3. We conclude that radiation post-transciptionally enhances RECK protein levels in Panc-1 cells, at least in part, via $TGF-{\beta}$ signaling, and that irradiation increases Panc-1 invasiveness via a mechanism that may not be linked to MMP-2 activity.
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.
Minerals are individual of the components of foods and are not produced in the body but essential for best possible health. Several essential metals are vital for the appropriate performance of various enzymes, transcriptional factors and proteins that are essential in various biochemical paths. Metals like zinc (Zn), magnesium (Mg), and manganese (Mn) are cofactors of hundreds of enzymes. Zn is involved in the synthesis and secretion of insulin from the pancreatic ${\beta}-cells$. Chromium (Cr) increases the insulin receptors activity on target tissues, mainly in muscle cells. Insulin hormone is required to maintain the blood glucose amount in normal range. Continual increase of blood serum glucose level leads to marked chronic hyperglycemia or diabetes mellitus. Deficiency of insulin or its resistance, blood glucose level exceeds the upper limit of the common range of 126 mg/dl. Poor glucose control and diabetes changes the levels of essential trace elements such as Zn, Mg, Mn, Cr, iron etc. by rising urinary excretion and their related decrease in the blood. The aim of this article to discusses the important roles of essential trace elements in particular perspective of type 2 diabetes.
Exendin-4 (Ex-4), a peptide secreted from the salivary glands of the Gila monster lizard, can increase pancreatic $\beta$-cell growth and insulin secretion by activating glucagon-like peptide-1 receptor. In this study, we expressed a fusion protein consisting of exendin-4 and the human immunoglobulin heavy chain (Ex-4/IgG-Fc) in E. coli and explored its potential therapeutic use for the treatment of insulin-resistant type 2 diabetes. Here, we show that the Ex-4/IgG-Fc fusion protein induces expression of insulin receptor substrate-2 in rat insulinoma INS-1 cells. Our findings therefore suggest that Ex-4/IgG-Fc overexpressed in E. coli could be used as a potential, long-acting glucagon-like peptide-1 mimetic.
Yongwei Piao;So Yoon Yun;Zhicheng Fu;Ji Min Jang;Moon Jung Back;Ha Hyung Kim;Dae Kyong Kim
Molecules and Cells
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v.46
no.9
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pp.558-572
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2023
Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) will be the third leading cause of death worldwide by 2030. One of its components, emphysema, has been defined as a lung disease that irreversibly damages the lungs' alveoli. Treatment is currently unavailable for emphysema symptoms and complete cure of the disease. Hyaluronan (HA) and proteoglycan link protein 1 (HAPLN1), an HA-binding protein linking HA in the extracellular matrix to stabilize the proteoglycan structure, forms a bulky hydrogel-like aggregate. Studies on the biological role of the full-length HAPLN1, a simple structure-stabilizing protein, are limited. Here, we demonstrated for the first time that treating human alveolar epithelial type 2 cells with recombinant human HAPLN1 (rhHAPLN1) increased TGF-β receptor 1 (TGF-β RI) protein levels, but not TGF-β RII, in a CD44-dependent manner with concurrent enhancement of the phosphorylated Smad3 (p-Smad3), but not p-Smad2, upon TGF-β1 stimulation. Furthermore, rhHAPLN1 significantly increased sirtuins levels (i.e., SIRT1/2/6) without TGF-β1 and inhibited acetylated p300 levels that were increased by TGF-β1. rhHAPLN1 is crucial in regulating cellular senescence, including p53, p21, and p16, and inflammation markers such as p-NF-κB and Nrf2. Both senile emphysema mouse model induced via intraperitoneal rhHAPLN1 injections and porcine pancreatic elastase (PPE)-induced COPD mouse model generated via rhHAPLN1-containing aerosols inhalations showed a significantly potent efficacy in reducing alveolar spaces enlargement. Preclinical trials are underway to investigate the effects of inhaled rhHAPLN1-containing aerosols on several COPD animal models.
Irisin is a novel hormone like polypeptide that is cleaved and secreted by an unknown protease from fibronectin type III domain-containing protein 5 (FNDC5), a membrane-spanning protein and which is highly expressed in skeletal muscle, heart, adipose tissue, and liver. Since its discovery in 2012, it has been the subject of many researches due to its potent physiological role. It is believed that understanding irisin's function may be the key to comprehend many diseases and their development. Irisin is a myokine that leads to increased energy expenditure by stimulating the 'browning' of white adipose tissue. In the first description of this hormone, increased levels of circulating irisin, which is cleaved from its precursor fibronectin type III domain-containing protein 5, were associated with improved glucose homeostasis by reducing insulin resistance. Irisin is a powerful messenger, sending the signal to determine the function of specific cells, like skeletal muscle, liver, pancreas, heart, fat and the brain. The action of irisin on different targeted tissues or organs in human being has revealed its physiological functions for promoting health or executing the regulation of variety of metabolic diseases. Numerous studies focus on the association of irisin with metabolic diseases which has gained great interest as a potential new target to combat type 2 diabetes mellitus and insulin resistance. Irisin is found to improve insulin resistance and type 2 diabetes by increasing sensitization of the insulin receptor in skeletal muscle and heart by improving hepatic glucose and lipid metabolism, promoting pancreatic ${\beta}$ cell functions, and transforming white adipose tissue to brown adipose tissue. This review is a thoughtful attempt to summarize the current knowledge of irisin and its effective role in mediating metabolic dysfunctions in insulin resistance and type 2 diabetes mellitus.
G protein-coupled receptor 119 (GPR119) is expressed in the pancreas and gastrointestinal tract, and its activation promotes insulin secretion in the beta cells of the pancreatic islets as well as the secretion of glucagon-like peptide-1 (GLP-1) in intestinal L cells, consequently improving glucose-stimulated insulin secretion. Due to this dual mechanism of action, the development of small-molecule GPR119 agonists has received significant interest for the treatment of type 2 diabetes. We newly synthesized 1,2,4-triazolone derivatives of GPR119 agonists, which demonstrated excellent outcomes in a cyclic adenosine monophosphate (cAMP) assay. Among the synthesized derivatives, YH18968 showed cAMP=2.8 nM; in GLUTag cell, GLP-1secretion=2.3 fold; in the HIT-T15 cell, and insulin secretion=1.9 fold. Single oral administration of YH18968 improved glucose tolerance and combined treatment with a dipeptidyl peptidase 4 (DPP-4) inhibitor augmented the glucose lowering effect as well as the plasma level of active GLP-1 in normal mice. Single oral administration of YH18968 improved glucose tolerance in a diet induced obese mice model. This effect was maintained after repeated dosing for 4 weeks. The results indicate that YH18968 combined with a DPP-4 inhibitor may be an effective therapeutic candidate for the treatment of type 2 diabetes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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