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.
Kwon, Seong Gyu;Kwon, Yang Woo;Lee, Tae Wook;Park, Gyu Tae;Kim, Jae Ho
Biomaterials Research
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v.22
no.4
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pp.311-318
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2018
Background: Tissue regeneration includes delivering specific types of cells or cell products to injured tissues or organs for restoration of tissue and organ function. Stem cell therapy has drawn considerable attention since transplantation of stem cells can overcome the limitations of autologous transplantation of patient's tissues; however, it is not perfect for treating diseases. To overcome the hurdles associated with stem cell therapy, tissue engineering techniques have been developed. Development of stem cell technology in combination with tissue engineering has opened new ways of producing engineered tissue substitutes. Several studies have shown that this combination of tissue engineering and stem cell technologies enhances cell viability, differentiation, and therapeutic efficacy of transplanted stem cells. Main body: Stem cells that can be used for tissue regeneration include mesenchymal stem cells, embryonic stem cells, and induced pluripotent stem cells. Transplantation of stem cells alone into injured tissues exhibited low therapeutic efficacy due to poor viability and diminished regenerative activity of transplanted cells. In this review, we will discuss the progress of biomedical engineering, including scaffolds, biomaterials, and tissue engineering techniques to overcome the low therapeutic efficacy of stem cells and to treat human diseases. Conclusion: The combination of stem cell and tissue engineering techniques overcomes the limitations of stem cells in therapy of human diseases, and presents a new path toward regeneration of injured tissues.
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.
Choi, S. C.;H. H. Yeon;S. K. Choi;H. Lee;S. Hong;C. S. Park;S. H. Lee;S. H. Lee
Reproductive and Developmental Biology
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v.28
no.1
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pp.65-70
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2004
In mammals, male and female germline stem cells are derived from primodial germ cells. Despite many efforts to identify stem cells from gonads, there has been little successe to identify germline stem cells yet. In this study, we isolate and characterized porcine germline stem cells using only stem cell markers that are prevalently expressed in various tissues. Gonadal cells derived from both male and female formed colonies and showed AP activities and different lectin binding properties. Pluripotency of germline stem cells was also identified by positive signals against putative stem cells markers such as SSEA-1 and SSEA-3. In addition, nestin was also found in primary gonad cells that have a similar morphology to the AP-positive cells. The nestin expression suggests that the germline stem cells may have similar expression of the prevalent stem cell markers found in other tissues. The demonstration of nestin expression together with pluripotent cell markers calls further investigation of the possible differentiation of nestin-positive cells into neurons.
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.
Purpose: The aim of this study was to investigate the immunomodulatory effects of canine periodontal ligament stem cells on allogenic and xenogenic immune cells in vitro. Methods: Mixed cell cultures consisting of canine stem cells (periodontal ligament stem cells and bone marrow stem cells) and allogenic canine/xenogenic human peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) were established following the addition of phytohemagglutinin. The proliferation of PBMCs was evaluated using the MTS assay. The cell division of PBMCs was analyzed using the CFSE assay. The apoptosis of PBMCs was assessed using the trypan blue uptake method. Results: Periodontal ligament stem cells and bone marrow stem cells inhibited the proliferation of allogenic and xenogenic PBMCs. Both periodontal ligament stem cells and bone marrow stem cells suppressed the cell division of PBMCs despite the existence of a mitogen. No significant differences in the percentages of apoptotic PBMCs were found among the groups. Conclusions: Canine periodontal ligament stem cells have an immunomodulatory effect on allogenic and xenogenic PBMCs. This effect is not a product of apoptosis of PBMCs but is caused by the inhibition of cell division of PBMCs.
Kim, Deok-Hun;Yun, Jun-Yong;Lee, Ju-Hyun;Kim, Soung-Min;Myoung, Hoon
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.37
no.2
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pp.97-108
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2011
Cancer stem cells have stem cell-like features, such as the ability for self-renewal and differentiation but show unlimited growth because they have the lost normal regulation of cell growth. Cancer stem cells and normal stem cells have similar features. They show high motility, diversity of progeny, robust proliferative potential, association with blood vessels, immature expression profiles, nestin expression, epidermal growth factor (EGF)-receptor expression, phosphatase and tensin homolog (PTEN) expression, hedgehog pathway activity, telomerase activity, and Wnt pathway activity. On the other hand, with cancer cells, some of these signaling pathways are abnormally modified. In 1875, Cohnheim suggested the concept of cancer stem cells. Recently, evidence for the existence of cancer stem cells was identified. In 1994, the cancer stem cells' specific cell surface marker for leukemia was identified. Since then, other specific cell surface markers for cancer stem cells in solid tumors (e.g. breast and colon cancer) have been identified. In oral cancer, studies on cancer stem cells have been performed mainly with squamous cell carcinomas. Oral cancer specific cell surface markers, which are genes strongly expressed in oral cancer and cancer stem cell specific side populations, have been identified. Cancer stem cells are resistant to radiotherapy and chemotherapy. Therefore, to eliminate malignant tumors efficiently and reduce the recurrence rate, therapy targeting cancer stem cells needs to be performed. Currently, studies targeting the cancer stem cells' specific signaling pathways, telomerase and tumor vasculatures are being done.
Dahee Jeong;Yukyeong Lee;Seung-Won Lee;Seokbeom Ham;Minseong Lee;Na Young Choi;Guangming Wu;Hans R. Scholer;Kinarm Ko
Molecules and Cells
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v.46
no.4
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pp.209-218
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2023
In induced pluripotent stem cells (iPSCs), pluripotency is induced artificially by introducing the transcription factors Oct4, Sox2, Klf4, and c-Myc. When a transgene is introduced using a viral vector, the transgene may be integrated into the host genome and cause a mutation and cancer. No integration occurs when an episomal vector is used, but this method has a limitation in that remnants of the virus or vector remain in the cell, which limits the use of such iPSCs in therapeutic applications. Chemical reprogramming, which relies on treatment with small-molecule compounds to induce pluripotency, can overcome this problem. In this method, reprogramming is induced according to the gene expression pattern of extra-embryonic endoderm (XEN) cells, which are used as an intermediate stage in pluripotency induction. Therefore, iPSCs can be induced only from established XEN cells. We induced XEN cells using small molecules that modulate a signaling pathway and affect epigenetic modifications, and devised a culture method which can produce homogeneous XEN cells. At least 4 passages were required to establish morphologically homogeneous chemically induced XEN (CiXEN) cells, whose properties were similar to those of XEN cells, as revealed through cellular and molecular characterization. Chemically iPSCs derived from CiXEN cells showed characteristics similar to those of mouse embryonic stem cells. Our results show that the homogeneity of CiXEN cells is critical for the efficient induction of pluripotency by chemicals.
Kim, Seong Sik;Kwon, Dae-Woo;Im, Insook;Kim, Yong-Deok;Hwang, Dae-Seok;Holliday, L. Shannon;Donatelli, Richard E.;Son, Woo-Sung;Jun, Eun-Sook
The korean journal of orthodontics
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v.42
no.6
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pp.307-317
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2012
Objective: The purpose of this study was to investigate the isolation and characterization of multipotent human periodontal ligament (PDL) stem cells and to assess their ability to differentiate into bone, cartilage, and adipose tissue. Methods: PDL stem cells were isolated from 7 extracted human premolar teeth. Human PDL cells were expanded in culture, stained using anti-CD29, -CD34, -CD44, and -STRO-1 antibodies, and sorted by fluorescent activated cell sorting (FACS). Gingival fibroblasts (GFs) served as a positive control. PDL stem cells and GFs were cultured using standard conditions conducive for osteogenic, chondrogenic, or adipogenic differentiation. Results: An average of $152.8{\pm}27.6$ colony-forming units was present at day 7 in cultures of PDL stem cells. At day 4, PDL stem cells exhibited a significant increase in proliferation (p < 0.05), reaching nearly double the proliferation rate of GFs. About $5.6{\pm}4.5%$ of cells in human PDL tissues were strongly STRO-1-positive. In osteogenic cultures, calcium nodules were observed by day 21 in PDL stem cells, which showed more intense calcium staining than GF cultures. In adipogenic cultures, both cell populations showed positive Oil Red O staining by day 21. Additionally, in chondrogenic cultures, PDL stem cells expressed collagen type II by day 21. Conclusions: The PDL contains multipotent stem cells that have the potential to differentiate into osteoblasts, chondrocytes, and adipocytes. This adult PDL stem cell population can be utilized as potential sources of PDL in tissue engineering applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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