Pluripotent stem cells could self-renew and differentiate into various cells. In particular, porcine pluripotent stem cells are useful for preclinical therapy, transgenic animals, and agricultural usage. These stem cells have naïve and primed pluripotent states. Naïve pluripotent stem cells represented by mouse embryonic stem cells form chimeras after blastocyst injection. Primed pluripotent stem cells represented by mouse epiblast stem cells and human embryonic stem cells. They could not produce chimeras after blastocyst injection. Populations of embryonic stem cells are not homogenous; therefore, reporter systems are used to clarify the status of stem cells and to isolate the cells. For this reason, studies of the OCT4 reporter system have been conducted for decades. This review will discuss the naïve and primed pluripotent states and recent progress in the development of porcine OCT4 reporter systems.
Lee, Seung-Won;Wu, Guangming;Choi, Na Young;Lee, Hye Jeong;Bang, Jin Seok;Lee, Yukyeong;Lee, Minseong;Ko, Kisung;Scholer, Hans R.;Ko, Kinarm
Molecules and Cells
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v.41
no.7
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pp.631-638
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2018
Spermatogonial stem cells (SSCs) derived from mouse testis are unipotent in regard of spermatogenesis. Our previous study demonstrated that SSCs can be fully reprogrammed into pluripotent stem cells, so called germline-derived pluripotent stem cells (gPS cells), on feeder cells (mouse embryonic fibroblasts), which supports SSC proliferation and induction of pluripotency. Because of an uncontrollable microenvironment caused by interactions with feeder cells, feeder-based SSC reprogramming is not suitable for elucidation of the self-reprogramming mechanism by which SSCs are converted into pluripotent stem cells. Recently, we have established a Matrigel-based SSC expansion culture system that allows longterm SSC proliferation without mouse embryonic fibroblast support. In this study, we developed a new feeder-free SSC self-reprogramming protocol based on the Matrigel-based culture system. The gPS cells generated using a feeder-free reprogramming system showed pluripotency at the molecular and cellular levels. The differentiation potential of gPS cells was confirmed in vitro and in vivo. Our study shows for the first time that the induction of SSC pluripotency can be achieved without feeder cells. The newly developed feeder-free self-reprogramming system could be a useful tool to reveal the mechanism by which unipotent cells are self-reprogrammed into pluripotent stem cells.
Stem cells are progenitor cells that are capable of self-renewal and differentiation into various cells. Especially, pluripotent stem cells (PSCs) have in vivo and in vitro differentiation capacity into three germ layers and can proliferate infinitely. The differentiation ability of PSCs can be applied for regenerative medicine and tissue engineering. In domestic animals, their PSCs have a potential for preclinical therapy as well as the production of transgenic animals and agricultural usage such as cultured meat. Among several domestic animals, a pig is considered as an ideal model for biomedical and agricultural purposes mentioned above. In this reason, studies for pig PSCs including embryonic stem cells (ESCs), embryonic germ cells (EGCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been conducted for decades. Therefore, this review will discuss the history of PSCs derived from various origins and recent progress in pig PSC research field.
Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been used as promising tools for regenerative medicine, disease modeling, and drug screening. Traditional and common strategies for pluripotent stem cell (PSC) differentiation toward disease-relevant cell types depend on sequential treatment of signaling molecules identified based on knowledge of developmental biology. However, these strategies suffer from low purity, inefficiency, and time-consuming culture conditions. A growing body of recent research has shown efficient cell fate reprogramming by forced expression of single or multiple transcription factors. Here, we review transcription factor-directed differentiation methods of PSCs toward neural, muscle, liver, and pancreatic endocrine cells. Potential applications and limitations are also discussed in order to establish future directions of this technique for therapeutic purposes.
The capacity of differentiation of human pluripotent stem cells (hPSCs), which include both embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells, into cardiomyocytes (CMs) in vitro provides an unlimited resource for human CMs for a wide range of applications such as cell based cardiac repair, cardiac drug toxicology screening, and human cardiac disease modeling. However, their applicability is significantly limited by immature phenotypes. It has been well known that currently available CMs derived from hPSCs (hPSC-CMs) represent immature embryonic or fetal stage CMs and are functionally and structurally different from mature human CMs. To overcome this critical issue, several new approaches aiming to generate more mature hPSC-CMs have been developed. This review describes recent approaches to generate more mature hPSC-CMs including their scientific principles, advantages, and limitations.
Soo-Been Jeon; A-Reum Han;Yoo Bin Choi;Ah Reum Lee;Ji Yoon Lee
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.108-116
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2023
γδ T cells are a rare and unique prototype of T cells that share properties with natural killer cells in secondary lymphoid organs. Although many studies have revealed the function and importance of adult-derived γδ T cells in cancer biology and regenerative medicine, the low numbers of these cells hamper their application as therapeutic cell sources in the clinic. To solve this problem, pluripotent stem cell-derived γδ T cells are considered alternative cell sources; however, few studies have reported the generation of human pluripotent stem cell-derived γδ T cells. In the present study, we investigated whether lymphoid lineage γδ T cells were successfully generated from human pluripotent stem cells via hemogenic endothelium under defined culture conditions. Our results revealed that pluripotent stem cells successfully generated γδ T cells with an overall increase in transcriptional activity of lymphoid lineage genes and cytolytic factors, indicating the importance of the optimization of culture conditions in generating lymphoid lineage γδ T cells. We uncovered an initial step in differentiating γδ T cells that could be applied to basic and translational investigations in the field of cancer biology. Based on our result, we will develop an appropriate method to purify γδ T cells with functionality and it helpful for the study of basic mechanism of γδ T cells in pathophysiologic condition as well as clinic application.
Yukyeong Lee;Seung-Won Lee;Dahee Jeong;Hye Jeong Lee;Na Young Choi;Jin Seok Bang;Seokbeom Ham;Kinarm, Ko
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.27-35
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2023
Background and Objectives: Spermatogonial stem cells (SSCs) are the most primitive cells in spermatogenesis and are the only adult stem cells capable of passing on the genome of a given species to the next generation. SSCs are the only adult stem cells known to exhibit high Oct4 expression and can be induced to self-reprogram into pluripotent cells depending on culture conditions. Epigenetic modulation is well known to be involved in the induction of pluripotency of somatic cells. However, epigenetic modulation in self-reprogramming of SSCs into pluripotent cells has not been studied. Methods and Results: In this study, we examined the involvement of epigenetic modulation by assessing whether selfreprogramming of SSCs is enhanced by treatment with epigenetic modulators. We found that second-generation selective class I HDAC inhibitors increased SSC reprogramming efficiency, whereas non-selective HDAC inhibitors had no effect. Conclusions: We showed that pluripotent stem cells derived from adult SSCs by treatment with small molecules with epigenetic modulator functions exhibit pluripotency in vitro and in vivo. Our results suggest that the mechanism of SSC reprogramming by epigenetic modulator can be used for important applications in epigenetic reprogramming research.
Embryonic stem cells (ESCs) and induced pluripotent stem cells (iPSCs), which are collectively called pluripotent stem cells (PSCs), have emerged as a promising source for regenerative medicine. Particularly, human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hPSC-CMs) have shown robust potential for regenerating injured heart. Over the past two decades, protocols to differentiate hPSCs into CMs at high efficiency have been developed, opening the door for clinical application. Studies further demonstrated therapeutic effects of hPSC-CMs in small and large animal models and the underlying mechanisms of cardiac repair. However, gaps remain in explanations of the therapeutic effects of engrafted hPSC-CMs. In addition, bioengineering technologies improved survival and therapeutic effects of hPSC-CMs in vivo. While most of the original concerns associated with the use of hPSCs have been addressed, several issues remain to be resolved such as immaturity of transplanted cells, lack of electrical integration leading to arrhythmogenic risk, and tumorigenicity. Cell therapy with hPSC-CMs has shown great potential for biological therapy of injured heart; however, more studies are needed to ensure the therapeutic effects, underlying mechanisms, and safety, before this technology can be applied clinically.
Pluripotent stem cells only exist in a narrow window during early embryonic development, whereas multipotent stem cells are abundant throughout embryonic development and are retainedin various adult tissues and organs. While pluripotent stem cell lines have been established from several species, including mouse, rat, and human, it is still challenging to establish stable multipotent stem cell lines from embryonic or adult tissues. Based on current knowledge, we anticipate that by manipulating extrinsic and intrinsic signaling pathways, most if not all types of stem cells can be maintained in a long-term culture. In this article, we summarize current culture conditions established for the long-term maintenance of authentic pluripotent and multipotent stem cells and the signaling pathways involved. We also discuss the general principles of stem cell maintenance and propose several strategies on the establishment of novel stem cell lines through manipulation of signaling pathways.
Park, Jongjin;Lee, Dong Gwang;Lee, Na Geum;Kwon, Min-Gi;Son, Yeon Sung;Son, Mi-Young;Bae, Kwang-Hee;Lee, Jangwook;Park, Jong-Gil;Lee, Nam-Kyung;Min, Jeong-Ki
BMB Reports
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v.55
no.3
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pp.142-147
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2022
Human pluripotent stem cells (PSCs) have been utilized as a promising source in regenerative medicine. However, the risk of teratoma formation that comes with residual undifferentiated PSCs in differentiated cell populations is most concerning in the clinical use of PSC derivatives. Here, we report that a monoclonal antibody (mAb) targeting PSCs could distinguish undifferentiated PSCs, with potential teratoma-forming activity, from differentiated PSC progeny. A panel of hybridomas generated from mouse immunization with H9 human embryonic stem cells (hESCs) was screened for ESC-specific binding using flow cytometry. A novel mAb, K312, was selected considering its high stem cell-binding activity, and this mAb could bind to several human induced pluripotent stem cells and PSC lines. Cell-binding activity of K312 was markedly decreased as hESCs were differentiated into embryoid bodies or by retinoic acid treatment. In addition, a cell population negatively isolated from undifferentiated or differentiated H9 hESCs via K312 targeting showed a significantly reduced expression of pluripotency markers, including Oct4 and Nanog. Furthermore, K312-based depletion of pluripotent cells from differentiated PSC progeny completely prevented teratoma formation. Therefore, our findings suggest that K312 is utilizable in improving stem cell transplantation safety by specifically distinguishing residual undifferentiated PSCs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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