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In vitro and in vivo Bioluminescence Reporter Gene Imaging of Human Embryonic Stem Cells

The discovery of human embryonic stem cells (hESCs) has dramatically increased the tools available to medical scientists interested in regenerative ...

Recently, the type 2 diabetes medication, rosiglitazone, has come under scrutiny for possibly increasing the risk of cardiac disease and death. To investigate the effects of rosiglitazone on the diabetic heart, we performed cardiac transcriptional profiling and imaging studies of a murine model of type 2 diabetes, the C57BL/KLS-lepr(db)/lepr(db) (db/db) mouse.

Transcriptome alteration in the diabetic heart by rosiglitazone: implications for cardiovascular mortality.

Vor kurzem hat die Typ-2-Diabetes-Medikamente, Rosiglitazon, unter Kontrolle f&uuml;r m&ouml;glicherweise erh&ouml;ht das Risiko von Herzerkrankungen und Tod kommen. Um die Auswirkungen von Rosiglitazon auf Diabetische Herzen zu untersuchen, f&uuml;hrten wir kardiale transkriptionelle profiling und Untersuchungen von einem murinen Modell des Typ 2 Diabetes, der C57BL/KLS-lepr(db)/lepr(db) (Db/Db) Maus.

Transkriptom Ver&auml;nderung im zuckerkranken Herzen von Rosiglitazon: Auswirkungen auf die kardiovaskul&auml;re Mortalit&auml;t.

Human embryonic stem cells (hESCs) can serve as a potentially limitless source of cells that may enable regeneration of diseased tissue and organs. Here we investigate the use of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes (hESC-CMs) in promoting recovery from cardiac ischemia reperfusion injury in a mouse model. Using microarrays, we have described the hESC-CM transcriptome within the spectrum of changes that occur between undifferentiated hESCs and fetal heart cells. The hESC-CMs expressed cardiomyocyte genes at levels similar to those found in 20-week fetal heart cells, making this population a good source of potential replacement cells in vivo. Echocardiographic studies showed significant improvement in heart function by 8 weeks after transplantation. Finally, we demonstrate long-term engraftment of hESC-CMs by using molecular imaging to track cellular localization, survival, and proliferation in vivo. Taken together, global gene expression profiling of hESC differentiation enables a systems-based analysis of the biological processes, networks, and genes that drive hESC fate decisions, and studies such as this will serve as the foundation for future clinical applications of stem cell therapies.

Transcriptional and functional profiling of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes.

Menschlicher embryonaler Stammzellen (Zellkulturen) dient als eine potentiell grenzenlose Quelle von Zellen, die Regeneration von erkranktes Gewebe und Organen erm&ouml;glichen kann. Hier untersuchen wir die Verwendung von menschlichen embryonalen Stammzellen Cell-derived Cardiomyocytes (hESC-CMs) bei der F&ouml;rderung der Erholung von kardialen Isch&auml;mie Reperfusion Verletzung in einem Mausmodell. Microarrays haben wir das Transkriptom hESC-CM innerhalb des Spektrums der &Auml;nderungen beschrieben, die zwischen undifferenzierte Zellkulturen und fetalen Herzzellen auftreten. Die hESC-CMs ausgedr&uuml;ckt Cardiomyocyte Gene auf Ebenen &auml;hneln denen in 20 Wochen fetalen Herzzellen, machen diese Bev&ouml;lkerung eine gute Quelle f&uuml;r m&ouml;gliche Ersatz-Zellen in vivo. Intertrabekul&auml;re Studien zeigten signifikante Verbesserung der Herzfunktion von 8 Wochen nach der Transplantation. Schlie&szlig;lich zeigen wir langfristige Verteilung hESC-CMS mit molecular imaging, um zellul&auml;re Lokalisierung, &Uuml;berleben und Verbreitung in-vivo zu verfolgen. Zusammengenommen, globalen Genexpression Profilierung von hESC Differenzierung erm&ouml;glicht eine Systeme Analyse der biologischen Prozesse, Netzwerke und Gene, die hESC Schicksal Entscheidungen bedeuten, und Studien wie diese dienen als Grundlage f&uuml;r zuk&uuml;nftige klinische Anwendung der Stammzell-Therapien.

Transkriptionelle und funktionale Profilerstellung von menschlichen embryonalen Stammzellen Cell-derived Cardiomyocytes.

MicroRNAs (miRNAs) are a newly discovered endogenous class of small noncoding RNAs that play important posttranscriptional regulatory roles by targeting mRNAs for cleavage or translational repression. Accumulating evidence now supports the importance of miRNAs for human embryonic stem cell (hESC) self-renewal, pluripotency, and differentiation. However, with respect to induced pluripotent stem cells (iPSC), in which embryonic-like cells are reprogrammed from adult cells using defined factors, the role of miRNAs during reprogramming has not been well-characterized. Determining the miRNAs that are associated with reprogramming should yield significant insight into the specific miRNA expression patterns that are required for pluripotency. To address this lack of knowledge, we use miRNA microarrays to compare the "microRNA-omes" of human iPSCs, hESCs, and fetal fibroblasts. We confirm the presence of a signature group of miRNAs that is up-regulated in both iPSCs and hESCs, such as the miR-302 and 17-92 clusters. We also highlight differences between the two pluripotent cell types, as in expression of the miR-371/372/373 cluster. In addition to histone modifications, promoter methylation, transcription factors, and other regulatory control elements, we believe these miRNA signatures of pluripotent cells likely represent another layer of regulatory control over cell fate decisions, and should prove important for the cellular reprogramming field.

MicroRNA profiling of human-induced pluripotent stem cells.

MicroRNAs (MiRNAs) sind eine neu entdeckte endogene kleine noncoding RNAs, die durch gezielte mRNAs f&uuml;r Spaltung oder translatorische Repression eine wichtige Posttranscriptionale regulatorische Rolle spielen. Sammeln Beweise jetzt unterst&uuml;tzt die Bedeutung der MiRNAs f&uuml;r menschlichen embryonalen Stammzellen (hESC) Selbsterneuerung, Pluripotenz und Differenzierung. Aber in Bezug auf induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC), in denen embryonalen-&auml;hnlichen Zellen von adulten Zellen mit umprogrammiert werden definiert Faktoren, die Rolle der MiRNAs w&auml;hrend Umprogrammierung wurde nicht gut charakterisierten. Bestimmen die MiRNAs, die mit Umprogrammierung sollte bedeutenden Einblick in die spezifischen MiRNA Ausdrucksmuster bringen, die f&uuml;r die Pluripotenz erforderlich sind. Um diese Wissensl&uuml;cke zu beheben, verwenden wir MiRNA Microarrays, um die &quot;MicroRNA-irgendein&quot; menschliche iPSCs, Zellkulturen und fetalen Fibroblasten zu vergleichen. Wir best&auml;tigen das Vorhandensein einer Signatur-Gruppe von MiRNAs, die sowohl in iPSCs als auch in Zellkulturen, z. B. die MiR-302 und 17-92 Cluster oben-geregelt ist. Wir zeigen auch die Unterschiede zwischen den beiden pluripotenten Zellen, wie im Ausdruck des MiR-371/372/373-Clusters. Neben Histon-Modifikationen, Promotor-Methylierung, Transkriptionsfaktoren und anderen regulatorischen Bedienelemente glauben wir, diese MiRNA-Signaturen von pluripotenten Zellen wahrscheinlich eine weitere Schicht der beh&ouml;rdlichen Kontrolle &uuml;ber Zelle Schicksal Entscheidungen darstellen und wichtig f&uuml;r die zellul&auml;re Neuprogrammierung Feld erweisen sollte.

MicroRNA profiling von Menschen verursachten pluripotenten Stammzellen.

The discovery of human embryonic stem cells (hESCs) has dramatically increased the tools available to medical scientists interested in regenerative medicine. However, direct injection of hESCs, and cells differentiated from hESCs, into living organisms has thus far been hampered by significant cell death, teratoma formation, and host immune rejection. Understanding the in vivo hESC behavior after transplantation requires novel imaging techniques to longitudinally monitor hESC localization, proliferation, and viability. Molecular imaging, and specifically bioluminescent reporter gene imaging, has given investigators a high-throughput, inexpensive, and sensitive means for tracking in vivo cell proliferation over days, weeks, and even months. This advancement has significantly increased the understanding of the spatiotemporal kinetics of hESC engraftment and proliferation in living subjects. In this chapter, the specific materials and methods needed for tracking stem cell proliferation with bioluminescence imaging will be described.

Bioluminescence reporter gene imaging of human embryonic stem cell survival, proliferation, and fate.

Die Entdeckung von menschlichen embryonalen Stammzellen (Zellkulturen) hat die Werkzeuge zur Verf&uuml;gung, medizinische Wissenschaftler in der regenerativen Medizin dramatisch zugenommen. Jedoch Direkteinspritzung von Zellkulturen und Zellen in lebenden Organismen von Zellkulturen, differenziert wurde durch erhebliche Zelltod, Teratom Bildung und Host immun Ablehnung bisher behindert. Das Verst&auml;ndnis des in-vivo hESC-Verhaltens nach Transplantation erfordert neuartige bildgebende Verfahren in L&auml;ngsrichtung hESC Lokalisierung, Weiterverbreitung und Lebensf&auml;higkeit zu &uuml;berwachen. Molekulare Bildgebung und speziell biolumineszierende Reporter-gen-Bildgebung, hat Ermittler ein hohen Durchsatz, preiswerten und sensible bedeutet f&uuml;r die Verfolgung von in-vivo Zellproliferation &uuml;ber Tage, Wochen und sogar Monate gegeben. Diese Weiterentwicklung ist das Verst&auml;ndnis f&uuml;r die raumzeitliche Kinetik hESC Verteilung und Verbreitung bei lebenden Personen deutlich gestiegen. In diesem Kapitel, die bestimmte Materialien und Methoden f&uuml;r die Verfolgung von Stem Zellproliferation mit Biolumineszenz ben&ouml;tigt werden Bildgebung beschrieben.

Biolumineszenz Reporter-gen-Bildgebung von menschlichen embryonalen Stammzellen &uuml;berleben, Weiterverbreitung und Schicksal.

Many patients with ischemic heart disease have cardiovascular risk factors such as cigarette smoking. We tested the effect of nicotine (a key component of cigarette smoking) on the therapeutic effects of human embryonic stem cell-derived endothelial cells (hESC-ECs).

nAChRs mediate human embryonic stem cell-derived endothelial cells: proliferation, apoptosis, and angiogenesis.

Viele Patienten mit isch&auml;mischen Herzerkrankungen haben Kardiovaskul&auml;re Risikofaktoren wie Zigarettenrauchen. Wir testeten die Wirkung von Nikotin (eine Schl&uuml;sselkomponente des Zigarettenrauchens) auf die therapeutische Wirkung von menschlichen embryonalen Stammzellen Cell-derived Endothelzellen (hESC-ECs).

nAChRs vermitteln menschliche embryonale Stammzellen Cell-derived Endothelzellen: Proliferation, Apoptose und Angiogenesis.

Ectopic expression of transcription factors can reprogram somatic cells to a pluripotent state. However, most of the studies used skin fibroblasts as the starting population for reprogramming, which usually take weeks for expansion from a single biopsy. We show here that induced pluripotent stem (iPS) cells can be generated from adult human adipose stem cells (hASCs) freshly isolated from patients. Furthermore, iPS cells can be readily derived from adult hASCs in a feeder-free condition, thereby eliminating potential variability caused by using feeder cells. hASCs can be safely and readily isolated from adult humans in large quantities without extended time for expansion, are easy to maintain in culture, and therefore represent an ideal autologous source of cells for generating individual-specific iPS cells.

Feeder-free derivation of induced pluripotent stem cells from adult human adipose stem cells.

Ektopische Expression von Transkriptionsfaktoren kann somatischen Zellen in einen pluripotenten Zustand umzuprogrammieren. Allerdings verwendet die meisten Studien Hautfibroblasten als Ausgangspunkt Bev&ouml;lkerung f&uuml;r die Neuprogrammierung, die in der Regel Wochen f&uuml;r die Expansion von einer einzigen Biopsie dauern. Wir zeigen hier die induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) Zellen aus Erwachsene adip&ouml;s Stammzellen (hASCs) frisch aus Patienten isoliert erzeugt werden k&ouml;nnen. Dar&uuml;ber hinaus k&ouml;nnen iPS-Zellen leicht von Erwachsenen hASCs in Zubringer-freien Zustand, wodurch m&ouml;gliche Variabilit&auml;t verursacht mit Feeder-Zellen abgeleitet werden. hASCs k&ouml;nnen sicher und leicht von erwachsenen Menschen in gro&szlig;en Mengen ohne l&auml;ngere Zeit f&uuml;r weitere Expansionen, isoliert sind leicht zu pflegen in der Kultur, und daher bilden eine ideale Autologe Zellen f&uuml;r spezielle iPS-Zellen erzeugen.

Zubringer-freie Ableitung von induzierten pluripotenten Stammzellen von Erwachsenen adip&ouml;s, menschliche Stammzellen.

Differenzierung von humanen embryonalen Stammzellen in Endothelzellen (hESC-ECs) hat das Potenzial, eine unbegrenzte Quelle von Zellen f&uuml;r neuartige Transplantation Therapien von isch&auml;mischen Erkrankungen durch die Unterst&uuml;tzung von Angiogenese und Vaskulogenese zu leisten. Die Effizienz der endothelialen Differenzierung der konventionellen Embryoid K&ouml;rper (EB) Methode ist jedoch gering, w&auml;hrend die 2-dimensionale Methode des co-culturing mit Maus embryonale Fibroblasten (MEFs) ben&ouml;tigen Tierisches Produkt, beide k&ouml;nnen die k&uuml;nftige klinische Anwendung von hESC-ECs beschr&auml;nken. Dar&uuml;ber hinaus m&uuml;ssen um die wohltuende Wirkung der Stammzellen-Therapie vollst&auml;ndig zu verstehen, Ermittler der funktionalen Biologie und Physiologie der transplantierten Zellen im lebenden Themen im Laufe der Zeit verfolgen k&ouml;nnen.

Funktionale und transkriptionelle Charakterisierung von menschlichen embryonalen Stammzellen Cell-derived Endothelzellen zur Behandlung eines Herzinfarktes.

Differentiation of human embryonic stem cells into endothelial cells (hESC-ECs) has the potential to provide an unlimited source of cells for novel transplantation therapies of ischemic diseases by supporting angiogenesis and vasculogenesis. However, the endothelial differentiation efficiency of the conventional embryoid body (EB) method is low while the 2-dimensional method of co-culturing with mouse embryonic fibroblasts (MEFs) require animal product, both of which can limit the future clinical application of hESC-ECs. Moreover, to fully understand the beneficial effects of stem cell therapy, investigators must be able to track the functional biology and physiology of transplanted cells in living subjects over time.

Functional and transcriptional characterization of human embryonic stem cell-derived endothelial cells for treatment of myocardial infarction.

Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) generated by de-differentiation of adult somatic cells offer potential solutions for the ethical issues surrounding human embryonic stem cells (hESCs), as well as their immunologic rejection after cellular transplantation. However, although hiPSCs have been described as "embryonic stem cell-like", these cells have a distinct gene expression pattern compared to hESCs, making incomplete reprogramming a potential pitfall. It is unclear to what degree the difference in tissue of origin may contribute to these gene expression differences. To answer these important questions, a careful transcriptional profiling analysis is necessary to investigate the exact reprogramming state of hiPSCs, as well as analysis of the impression, if any, of the tissue of origin on the resulting hiPSCs. In this study, we compare the gene profiles of hiPSCs derived from fetal fibroblasts, neonatal fibroblasts, adipose stem cells, and keratinocytes to their corresponding donor cells and hESCs. Our analysis elucidates the overall degree of reprogramming within each hiPSC line, as well as the "distance" between each hiPSC line and its donor cell. We further identify genes that have a similar mode of regulation in hiPSCs and their corresponding donor cells compared to hESCs, allowing us to specify core sets of donor genes that continue to be expressed in each hiPSC line. We report that residual gene expression of the donor cell type contributes significantly to the differences among hiPSCs and hESCs, and adds to the incompleteness in reprogramming. Specifically, our analysis reveals that fetal fibroblast-derived hiPSCs are closer to hESCs, followed by adipose, neonatal fibroblast, and keratinocyte-derived hiPSCs.

Persistent donor cell gene expression among human induced pluripotent stem cells contributes to differences with human embryonic stem cells.

Menschliche induzierten pluripotenten Stammzellen (HiPSCs) von Ausbund von adulten somatischen Zellen generiert bieten L&ouml;sungsm&ouml;glichkeiten f&uuml;r die ethischen Probleme menschlichen embryonalen Stammzellen (Zellkulturen), sowie ihre immunologische Transplantatabsto&szlig;ung nach Zelltransplantation. Jedoch obwohl HiPSCs als beschrieben wurden &quot;embryonale Stammzellen-wie&quot;, diese Zellen haben eine unterschiedliche Gen-Ausdruck-Muster verglichen mit Zellkulturen, dass unvollst&auml;ndige Reprogrammierung eine potenziellen Fallstrick. Es ist unklar, inwiefern die Differenz im Gewebe des Ursprungs zu dieser Gen-Ausdruck-Unterschiede beitragen kann. Um diese wichtigen Fragen zu beantworten, ist eine sorgf&auml;ltige transkriptionelle Profilanalyse notwendig, den genauen Zustand der Neuprogrammierung des HiPSCs sowie Analyse des Eindrucks, wenn &uuml;berhaupt, der das Gewebe von Ursprung auf die resultierende HiPSCs zu untersuchen. In dieser Studie vergleichen wir die gen-Profile der HiPSCs von Keratinozyten fetalen Fibroblasten, neonatale Fibroblasten und adip&ouml;se Stammzellen abgeleitet wird ihre entsprechenden Spenderzellen und Zellkulturen. Unsere Analyse erl&auml;utert den allgemeinen Grad der Neuprogrammierung innerhalb jeder Zeile HiPSC, sowie den &quot;Abstand&quot; zwischen jeder Zeile HiPSC und seine Spender-Zelle. Wir identifizieren weitere Gene, die haben eine &auml;hnliche Art der Verordnung in HiPSCs und ihre entsprechenden Spenderzellen verglichen mit Zellkulturen, erm&ouml;glicht es uns, Kern Spender Gene anzugeben, die weiterhin in jeder Zeile HiPSC ausgedr&uuml;ckt werden. Wir berichten, dass verbleibende Genexpression des Zelltyps Geber wesentlich zu den Unterschieden zwischen den HiPSCs und Zellkulturen tr&auml;gt und hinzu Unvollst&auml;ndigkeit in der Neuprogrammierung f&uuml;gt. Insbesondere zeigt unsere Analyse, fetale Fibroblast-abgeleitete HiPSCs n&auml;her an Zellkulturen, adip&ouml;s, neonatale Fibroblasten und Keratinozyten abgeleitete HiPSCs folgten.

Persistente Spender Zelle Genexpression unter menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen tr&auml;gt zu Differenzen mit humanen embryonalen Stammzellen.

Aufgrund der Gefahr muss Mutagenese wurde zunehmend virale Transduktion von nonviral Methoden zum Generieren von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) ersetzt. Wir berichten &uuml;ber die Verwendung von &#39;Minicircle&#39; DNA, ein Vektor-Typ, der frei von bakterieller DNA und hohen Ausdrucks in den Zellen, f&uuml;r diesen Zweck kann. Hier verwenden wir einen einzelnes Minicircle Vektor, um Transgene-freie iPSCs aus Erwachsene adip&ouml;s, menschliche Stammzellen zu generieren.

Nonviral Minicircle Vektor f&uuml;r die Ableitung von menschlichen iPS-Zellen.

Owing to the risk of insertional mutagenesis, viral transduction has been increasingly replaced by nonviral methods to generate induced pluripotent stem cells (iPSCs). We report the use of 'minicircle' DNA, a vector type that is free of bacterial DNA and capable of high expression in cells, for this purpose. Here we use a single minicircle vector to generate transgene-free iPSCs from adult human adipose stem cells.

A nonviral minicircle vector for deriving human iPS cells.

Human embryonic stem cells (hESC) present a novel platform for in vitro investigation of the early embryonic cellular response to ionizing radiation. Thus far, no study has analyzed the genome-wide transcriptional response to ionizing radiation in hESCs, nor has any study assessed their ability to form teratomas, the definitive test of pluripotency. In this study, we use microarrays to analyze the global gene expression changes in hESCs after low-dose (0.4 Gy), medium-dose (2 Gy), and high-dose (4 Gy) irradiation. We identify genes and pathways at each radiation dose that are involved in cell death, p53 signaling, cell cycling, cancer, embryonic and organ development, and others. Using Gene Set Enrichment Analysis, we also show that the expression of a comprehensive set of core embryonic transcription factors is not altered by radiation at any dose. Transplantation of irradiated hESCs to immune-deficient mice results in teratoma formation from hESCs irradiated at all doses, definitive proof of pluripotency. Further, using a bioluminescence imaging technique, we have found that irradiation causes hESCs to initially die after transplantation, but the surviving cells quickly recover by 2 weeks to levels similar to control. To conclude, we show that similar to somatic cells, irradiated hESCs suffer significant death and apoptosis after irradiation. However, they continue to remain pluripotent and are able to form all three embryonic germ layers. Studies such as this will help define the limits for radiation exposure for pregnant women and also radiotracer reporter probes for tracking cellular regenerative therapies.

Effects of ionizing radiation on self-renewal and pluripotency of human embryonic stem cells.

Menschlicher embryonaler Stammzellen (hESC) pr&auml;sentieren eine neuartige Plattform f&uuml;r in-vitro-Untersuchung der fr&uuml;hen embryonalen zellul&auml;re Reaktion auf ionisierende Strahlung. Bisher hat keine Studie analysiert, die genomweiten transkriptionelle Reaktion auf ionisierende Strahlung in Zellkulturen, noch hat jeder Studie beurteilt ihre F&auml;higkeit, Form Teratome, die endg&uuml;ltige Pr&uuml;fung der Pluripotenz. In dieser Studie, die wir verwenden Microarrays zur Analyse von globalen Gen Ausdruck &Auml;nderungen in Zellkulturen nach niedrig dosiertes (0,4 Gy), Medium-Dose (2 Gy) und hoch dosierten (4 Gy) Bestrahlung. Wir identifizieren Gene und Optionen auf jede Dosis der Strahlung, die in Zellentod, p53 Signalisierung, Radfahren, Krebs, embryonale Zelle und Orgel Entwicklung u.a. beteiligt sind. Anhand Genanalyse Set Anreicherung zeigen wir auch, dass der Ausdruck eines umfassenden Satzes von Kern embryonale Transkriptionsfaktoren durch Strahlung in jeder Dosis nicht ge&auml;ndert werden kann. Transplantation von bestrahlten Zellkulturen mit immun-defizienten M&auml;usen f&uuml;hrt Teratom Bildung von Zellkulturen bei allen Dosen bestrahlt endg&uuml;ltigen Beweis Pluripotenz. Weiter, mit einer Biolumineszenz imaging Technik, fanden wir, dass die Bestrahlung verursacht Zellkulturen, zun&auml;chst nach der Transplantation zu sterben, aber die &Uuml;berlebenden Zellen schnell wiederhergestellt werden, um 2 Wochen auf ein Niveau &auml;hnlich dem Steuerelement. Abschlie&szlig;end m&ouml;chte ich sagen, wir zeigen, dass &auml;hnlich dem somatischen Zellen, bestrahlte Zellkulturen erleiden erhebliche Tod und Apoptosis nach Bestrahlung. Jedoch sie Pluripotent bleiben und sind in der Lage, alle drei embryonalen Keim Schichten bilden. Studien wie diese helfen die Grenzwerte f&uuml;r Strahlenbelastung f&uuml;r schwangere Frauen zu definieren und auch Radiotracer Reporter Sonden f&uuml;r die Verfolgung von zellul&auml;rer regenerativer Therapien.

Auswirkungen von ionisierender Strahlung auf Selbsterneuerung und Pluripotenz von menschlichen embryonalen Stammzellen.

Stem cell therapy is emerging as a promising clinical approach for myocardial repair. However, the interactions between the graft and host, resulting in inconsistent levels of integration, remain largely unknown. In particular, the influence of electrical activity of the surrounding host tissue on graft differentiation and integration is poorly understood. In order to study this influence under controlled conditions, an in vitro system was developed. Electrical pacing of differentiating murine embryonic stem (ES) cells was performed at physiologically relevant levels through direct contact with microelectrodes, simulating the local activation resulting from contact with surrounding electroactive tissue. Cells stimulated with a charged balanced voltage-controlled current source for up to 4 days were analyzed for cardiac and ES cell gene expression using real-time PCR, immunofluorescent imaging, and genome microarray analysis. Results varied between ES cells from three progressive differentiation stages and stimulation amplitudes (nine conditions), indicating a high sensitivity to electrical pacing. Conditions that maximally encouraged cardiomyocyte differentiation were found with Day 7 EBs stimulated at 30 microA. The resulting gene expression included a sixfold increase in troponin-T and a twofold increase in beta-MHCwithout increasing ES cell proliferation marker Nanog. Subsequent genome microarray analysis revealed broad transcriptome changes after pacing. Concurrent to upregulation of mature gene programs including cardiovascular, neurological, and musculoskeletal systems is the apparent downregulation of important self-renewal and pluripotency genes. Overall, a robust system capable of long-term stimulation of ES cells is demonstrated, and specific conditions are outlined that most encourage cardiomyocyte differentiation.

Current-Controlled Electrical Point-Source Stimulation of Embryonic Stem Cells.

Stammzell-Therapie ist als eine vielversprechende klinische Ansatz zur myokardialen Reparatur entstehen. Die Interaktionen zwischen Transplantat und Host, die eine inkonsistente Integration, bleiben jedoch weitgehend unbekannt. Insbesondere ist der Einfluss der elektrischen Aktivit&auml;t des umliegenden Gewebes Host auf Transplantat Differenzierung und Integration oft missverstanden. Um diesen Einfluss unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen, wurde ein in-vitro-System entwickelt. Elektrische Stimulation der Differenzierung von murinen embryonalen Stammzellen (ES) wurde auf physiologisch relevanten Ebenen durch direkten Kontakt mit Mikroelektroden, simulieren die lokale Aktivierung infolge Kontakt mit umliegenden Elektroaktive Gewebe durchgef&uuml;hrt. Zellen stimuliert mit einer aufgeladenen ausgewogene Spannungsgesteuerter Stromquelle f&uuml;r bis zu 4 Tage wurden f&uuml;r Herz- und ES Zelle Genexpression mit Echtzeit-PCR, Immunfluoreszenz Imaging und Genom Microarray Analyse analysiert. Ergebnisse schwankte zwischen ES-Zellen aus drei Stufen der progressiven Differenzierung und Stimulierung Amplituden (neun Bedingungen), angibt, die eine hohe Sensibilit&auml;t f&uuml;r die elektrische Stimulation. Bedingungen, die maximal Cardiomyocyte Differenzierung gef&ouml;rdert wurden mit Tag 7 EBs stimuliert bei 30 MicroA gefunden. Die resultierende Genexpression enthalten eine sechsfache Steigerung im Troponin-T und eine Verdoppelung in Beta-MHCwithout immer ES Zelle Vermehrung Markierung Nanog. Nachfolgende Genomanalyse Microarray offenbarten breiten Transkriptom nach Tempo. Gleichzeitige zur Hochregulation Reife gen Programme einschlie&szlig;lich Herz-Kreislauf-, neurologische und Muskuloskelettale Systeme ist die scheinbare Heraufregulation wichtige Selbsterneuerung und Pluripotenz Gene. Insgesamt ein robustes System, das langfristige Stimulation von ES-Zellen wird demonstriert, und bestimmte Bedingungen werden beschrieben, dass die meisten Cardiomyocyte Differenzierung f&ouml;rdern.

Strom-gesteuerte elektrische Punktquellen Stimulation von embryonalen Stammzellen.

MicroRNAs (MiRNAs) sind eine neu entdeckte endogene klein, noncoding RNAs, die durch gezielte Messenger-RNAs f&uuml;r Spaltung oder translatorische Repression eine wichtige Posttranscriptionale regulatorische Rolle spielen. Menschlicher embryonaler Stammzellen sind MiRNAs Ausdr&uuml;cken, die h&auml;ufig mit Erwachsenen Organen nachweisbar sind bekannt, und eine wachsende Zahl von beweisen hat verwickelt MiRNAs als wichtige Schiedsrichter &uuml;ber Herz-Entwicklung und Krankheit.

Dynamische MicroRNA-Ausdruck-Programme w&auml;hrend der kardialen Differenzierung von humanen embryonalen Stammzellen: Rolle der MiR-499.

MicroRNAs (miRNAs) are a newly discovered endogenous class of small, noncoding RNAs that play important posttranscriptional regulatory roles by targeting messenger RNAs for cleavage or translational repression. Human embryonic stem cells are known to express miRNAs that are often undetectable in adult organs, and a growing body of evidence has implicated miRNAs as important arbiters of heart development and disease.

Dynamic microRNA expression programs during cardiac differentiation of human embryonic stem cells: role for miR-499.

Historically, our understanding of molecular genetic aspects of human germ cell development has been limited, at least in part due to inaccessibility of early stages of human development to experimentation. However, the derivation of pluripotent stem cells may provide the necessary human genetic system to study germ cell development. In this study, we compared the potential of human induced pluripotent stem cells (iPSCs), derived from adult and fetal somatic cells to form primordial and meiotic germ cells, relative to human embryonic stem cells. We found that âˆ¼5% of human iPSCs differentiated to primordial germ cells (PGCs) following induction with bone morphogenetic proteins. Furthermore, we observed that PGCs expressed green fluorescent protein from a germ cell-specific reporter and were enriched for the expression of endogenous germ cell-specific proteins and mRNAs. In response to the overexpression of intrinsic regulators, we also observed that iPSCs formed meiotic cells with extensive synaptonemal complexes and post-meiotic haploid cells with a similar pattern of ACROSIN staining as observed in human spermatids. These results indicate that human iPSCs derived from reprogramming of adult somatic cells can form germline cells. This system may provide a useful model for molecular genetic studies of human germline formation and pathology and a novel platform for clinical studies and potential therapeutical applications.

Human germ cell differentiation from fetal- and adult-derived induced pluripotent stem cells.

In der Vergangenheit wurde unser Verst&auml;ndnis der molekularen genetische Aspekte der menschlichen Keimzellen Entwicklung begrenzt, zumindest teilweise aufgrund der Unzug&auml;nglichkeit der fr&uuml;hen Stadien der menschlichen Entwicklung zu experimentieren. Die Ableitung von pluripotenten Stammzellen bieten jedoch m&ouml;glicherweise notwendige menschliche genetische System Keimzelle Entwicklung zu studieren. In dieser Studie verglichen wir das Potenzial des menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs), abgeleitet von Erwachsenen und fetalen somatischen Zellen, primordial und meiotischen Keimzellen, relativ humanen embryonalen Stammzellen zu bilden. Wir fanden, dass &sim;5 % der menschlichen iPSCs differenziert zu primordiale Keimzellen (PGCs) nach Induktion mit Bone morphogenetic Proteins. Au&szlig;erdem beobachteten wir, dass PGCs gr&uuml;nes fluoreszierendes Protein aus einem Keim zellspezifische-Reporter ausgedr&uuml;ckt und f&uuml;r den Ausdruck der endogenen Keimzellen-spezifische Proteine und mRNAs bereichert wurden. Als Reaktion auf die &Uuml;berexpression der systeminternen Regulierungsbeh&ouml;rden festgestellt wir auch, dass die iPSCs meiotischen Zellen mit umfangreichen Synaptonemaler komplexe und post-meiotic haploide Zellen mit einem &auml;hnlichen Muster AKROSIN F&auml;rbung wie in menschlichen Spermatids gebildet. Diese Ergebnisse zeigen, dass menschliche iPSCs Reprogrammierung adulter somatischen Zellen abgeleitet Germline Zellen bilden k&ouml;nnen. Dieses System kann ein n&uuml;tzliches Modell f&uuml;r Molekulare genetische Studien der menschlichen Keimbahn Bildung und Pathologie und eine neuartige Plattform f&uuml;r klinische Studien und therapeutische Anwendungsm&ouml;glichkeiten bieten.

Menschliche Keimzellen Differenzierung von fetalen - und Erwachsenen-abgeleitet induzierten pluripotenten Stammzellen.

Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and human embryonic stem cells (hESCs) are promising candidate cell sources for regenerative medicine. However, despite the common ability of hiPSCs and hESCs to differentiate into all 3 germ layers, their functional equivalence at the single cell level remains to be demonstrated. Moreover, single cell heterogeneity amongst stem cell populations may underlie important cell fate decisions. Here, we used single cell analysis to resolve the gene expression profiles of 362 hiPSCs and hESCs for an array of 42 genes that characterize the pluripotent and differentiated states. Comparison between single hESCs and single hiPSCs revealed markedly more heterogeneity in gene expression levels in the hiPSCs, suggesting that hiPSCs occupy an alternate, less stable pluripotent state. hiPSCs also displayed slower growth kinetics and impaired directed differentiation as compared with hESCs. Our results suggest that caution should be exercised before assuming that hiPSCs occupy a pluripotent state equivalent to that of hESCs, particularly when producing differentiated cells for regenerative medicine aims.

Single cell transcriptional profiling reveals heterogeneity of human induced pluripotent stem cells.

Menschlich induzierte pluripotente Stammzellen (HiPSCs) und menschlicher embryonaler Stammzellen (Zellkulturen) sind viel versprechende Kandidaten Zelle Quellen f&uuml;r die regenerative Medizin. Trotz der gemeinsamen F&auml;higkeit der HiPSCs und Zellkulturen, in alle 3 Keim-Schichten zu unterscheiden, bleibt jedoch ihre funktionale &Auml;quivalenz auf der Ebene der einzelnen Zelle nachzuweisen. Dar&uuml;ber hinaus kann einzelne Zelle Heterogenit&auml;t unter Stammzell-Populationen wichtig Zelle Schicksal Entscheidungen zugrunde liegen. Hier verwendet wir einzelne Zelle Analyse zum Aufl&ouml;sen der Gen-Ausdruck-Portraits von 362 HiPSCs Zellkulturen f&uuml;r ein Array von 42 Gene, die Charakterisierung der pluripotenten und differenzierte Staaten. Vergleich zwischen einzelnen Zellkulturen und einzelne HiPSCs offenbart deutlich mehr Heterogenit&auml;t in Gen-Ausdruck-Ebenen in der HiPSCs, was darauf hindeutet, dass HiPSCs eine Alternative, weniger stabile pluripotenten Zustand besetzen. HiPSCs auch angezeigt langsameren Wachstum Kinetik und gezielte Differenzierung gegen&uuml;ber Zellkulturen beeintr&auml;chtigt. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Vorsicht vor ausge&uuml;bt werden sollte, vorausgesetzt, dass HiPSCs einen pluripotenten Zustand entspricht der Zellkulturen, besonders beim produzierenden Zellen f&uuml;r regenerative Medizin Ziele unterschieden besetzen.

Einzelzelle transkriptionelle Profilerstellung zeigt die Heterogenit&auml;t der menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen.

Pluripotent stem cells, both human embryonic stem cells (hESC) and human-induced pluripotent stem cells (hiPSC), can give rise to multiple cell types and hence have tremendous potential for regenerative therapies. However, the tumorigenic potential of these cells remains a great concern, as reflected in the formation of teratomas by transplanted pluripotent cells. In clinical practice, most pluripotent cells will be differentiated into useful therapeutic cell types such as neuronal, cardiac, or endothelial cells prior to human transplantation, drastically reducing their tumorigenic potential. Our work investigated the extent to which these differentiated stem cell derivatives are truly devoid of oncogenic potential. In this study, we analyzed the gene expression patterns from three sets of hiPSC- and hESC-derivatives and the corresponding primary cells, and compared their transcriptomes with those of five different types of cancer. Our analysis revealed a significant gene expression overlap of the hiPSC- and hESC-derivatives with cancer, whereas the corresponding primary cells showed minimum overlap. Real-time quantitative PCR analysis of a set of cancer-related genes (selected on the basis of rigorous functional and pathway analyses) confirmed our results. Overall, our findings suggested that pluripotent stem cell derivatives may still bear oncogenic properties even after differentiation, and additional stringent functional assays to purify these cells should be done before they can be used for regenerative therapy.

Dissecting the oncogenic and tumorigenic potential of differentiated human induced pluripotent stem cells and human embryonic stem cells.

Pluripotenten Stammzellen, beide menschlichen embryonalen k&ouml;nnen Stammzellen (hESC) und Mensch-induzierten pluripotenten Stammzellen (HiPSC), Anlass zu mehreren Zelltypen und haben daher enormes Potential f&uuml;r regenerative Therapien. Das tumorigenic Potential dieser Zellen bleibt jedoch ein gro&szlig;es Anliegen, wie Sie sich bei der Bildung der Teratome von transplantierten pluripotenten Zellen. In der klinischen Praxis werden die meisten pluripotenten Zellen in n&uuml;tzliche therapeutische Zelltypen wie neuronale, Herz- oder endothelial Zellen vor menschlichen Transplantation, ihr tumorigenic Potenzial drastisch verringert unterschieden werden. Unsere Arbeit untersucht das Ausma&szlig;, zu dem diese Stammzellen unterschieden, die Derivate wirklich frei von Onkogene Potenzial sind. In dieser Studie haben wir analysiert die Genausdruck Muster aus drei S&auml;tze von HiPSC und hESC-Derivate und die entsprechenden Prim&auml;rzellen und verglichen ihre Transcriptomes mit denen der f&uuml;nf verschiedene Arten von Krebs. Unsere Analyse ergab eine signifikante Gen Ausdruck &Uuml;berlappung des HiPSC - und hESC-Derivate mit Krebs, w&auml;hrend die entsprechenden Prim&auml;rzellen minimale &Uuml;berlappung zeigte. Real-time quantitative PCR-Analyse einer Gruppe von Krebs-in Verbindung stehenden Genen (Auswahl auf Basis streng funktionale und Pathway Analysen) best&auml;tigt unsere Ergebnisse. Insgesamt schlug unsere Erkenntnisse pluripotente Stammzelle Derivate tragen k&ouml;nnen noch Onkogene Eigenschaften auch nach Differenzierung und zus&auml;tzliche strenge funktionelle Assays, diese Zellen zu reinigen sollte getan werden, bevor sie f&uuml;r regenerative Therapie verwendet werden k&ouml;nnen.

Sezieren das Onkogene und tumorigenic Potenzial der differenzierten menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen und humaner embryonaler Stammzellen.

MicroRNAs (miRs) negatively regulate transcription and are important determinants of normal heart development and heart failure pathogenesis. Despite the significant knowledge gained in mouse studies, their functional roles in human (h) heart remain elusive.

Distinct roles of microRNA-1 and -499 in ventricular specification and functional maturation of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes.

MicroRNAs (MiRs) negativ Transkription zu regulieren und sind wichtige Determinanten der normalen Herz-Entwicklung und Herzinsuffizienz-Pathogenese. Trotz die wesentlichen Erkenntnisse in Maus-Studien bleiben ihre funktionalen Rollen in die Herzen der Menschen (h) schwer.

Unterschiedliche Rollen der MicroRNA-1 und-499 in ventrikul&auml;re Spezifikation und funktionelle Reifung der menschlichen embryonalen Stammzellen Cell-derived Cardiomyocytes.

Article	Year
Transcriptome alteration in the diabetic heart by rosiglitazone: implications for cardiovascular mortality. PloS one\| PubMed ID: 18648539	2008
Transcriptional and functional profiling of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes. PloS one\| PubMed ID: 18941512	2008
MicroRNA profiling of human-induced pluripotent stem cells. Stem cells and development\| PubMed ID: 19284351	2009
Bioluminescence reporter gene imaging of human embryonic stem cell survival, proliferation, and fate. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.)\| PubMed ID: 19685302	2009
nAChRs mediate human embryonic stem cell-derived endothelial cells: proliferation, apoptosis, and angiogenesis. PloS one\| PubMed ID: 19753305	2009
Feeder-free derivation of induced pluripotent stem cells from adult human adipose stem cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America\| PubMed ID: 19805220	2009
Functional and transcriptional characterization of human embryonic stem cell-derived endothelial cells for treatment of myocardial infarction. PloS one\| PubMed ID: 20046878	2009
Persistent donor cell gene expression among human induced pluripotent stem cells contributes to differences with human embryonic stem cells. PloS one\| PubMed ID: 20126639	2010
A nonviral minicircle vector for deriving human iPS cells. Nature methods\| PubMed ID: 20139967	2010
Effects of ionizing radiation on self-renewal and pluripotency of human embryonic stem cells. Cancer research\| PubMed ID: 20530673	2010
Current-Controlled Electrical Point-Source Stimulation of Embryonic Stem Cells. Cellular and molecular bioengineering\| PubMed ID: 20652088	2009
Dynamic microRNA expression programs during cardiac differentiation of human embryonic stem cells: role for miR-499. Circulation. Cardiovascular genetics\| PubMed ID: 20733065	2010
Human germ cell differentiation from fetal- and adult-derived induced pluripotent stem cells. Human molecular genetics\| PubMed ID: 21131292	2011
Single cell transcriptional profiling reveals heterogeneity of human induced pluripotent stem cells. The Journal of clinical investigation\| PubMed ID: 21317531	2011
Dissecting the oncogenic and tumorigenic potential of differentiated human induced pluripotent stem cells and human embryonic stem cells. Cancer research\| PubMed ID: 21646469	2011
Distinct roles of microRNA-1 and -499 in ventricular specification and functional maturation of human embryonic stem cell-derived cardiomyocytes. PloS one\| PubMed ID: 22110643	2011

Kitchener Wilson

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