We found adult human stem cells that can generate, from a single cell, cells with the characteristics of the three germ layers. The cells are stress-tolerant and can be isolated from cultured skin fibroblasts or bone marrow stromal cells, or directly from bone marrow aspirates. These cells can self-renew; form characteristic cell clusters in suspension culture that express a set of genes associated with pluripotency; and can differentiate into endodermal, ectodermal, and mesodermal cells both in vitro and in vivo. When transplanted into immunodeficient mice by local or i.v. injection, the cells integrated into damaged skin, muscle, or liver and differentiated into cytokeratin 14-, dystrophin-, or albumin-positive cells in the respective tissues. Furthermore, they can be efficiently isolated as SSEA-3(+) cells. Unlike authentic ES cells, their proliferation activity is not very high and they do not form teratomas in immunodeficient mouse testes. Thus, nontumorigenic stem cells with the ability to generate the multiple cell types of the three germ layers can be obtained through easily accessible adult human mesenchymal cells without introducing exogenous genes. These unique cells will be beneficial for cell-based therapy and biomedical research.

Abstract Spinal muscular atrophy (SMA) is a congenital neuromuscular disease caused by the mutation or deletion of survival motor neuron 1 ( SMN1 ) gene. Although the primary cause of progressive muscle atrophy in SMA has classically been considered the degeneration of motor neurons, recent studies have indicated a skeletal muscle-specific pathological phenotype such as impaired mitochondrial function and enhanced cell death. Here we found that the downregulation of SMN causes mitochondrial dysfunction and subsequent cell death in in vitro models of skeletal myogenesis with both a murine C2C12 cell line and human induced pluripotent stem cells. During myogenesis, SMN binds to the genome upstream of the transcriptional start sites of MYOD1 and microRNA (miR)-1 and -206. Accordingly, the loss of SMN downregulates these miRs, whereas supplementation of the miRs recovers the mitochondrial function, cell survival and myotube formation of SMN-deficient C2C12, indicating the SMN-miR axis is essential for myogenic metabolic maturation. Additionally, introduction of the miRs into ex vivo muscle stem cells derived from Δ7-SMA mice caused myotube formation and muscle contraction. In conclusion, our data revealed novel transcriptional roles of SMN during myogenesis, providing an alternative muscle-oriented therapeutic strategy for SMA patients. Highlights Reduced SMN causes mitochondrial dysregulation in myogenic cells. Reduced SMN downregulates miR-1 and miR-206 expression in myogenic cells. SMN protein binds to the genome upstream of MYOD1, miR-1 and miR-206. miR-1 and miR-206 are sufficient to improve skeletal muscle function in an SMA model.

We established a multilayer microfluidic Aorta-Gonad-Mesonephros (AGM)-on-a-chip to emulate developmental hematopoiesis from human pluripotent stem cells. We show that the AGM-chip efficiently derives endothelial-to-hematopoietic transition (EHT) in the presence of mesenchymal stroma and endothelial cells. The AGM-chip could dissect the cellular and molecular mechanisms of human developmental hematopoiesis.

Abstract Nakajo-Nishimura syndrome (NNS) is an autoinflammatory disorder caused by a homozygous mutations in PSMB8 gene. The administration of systemic corticosteroids is partially effective, but continuous treatment causes severe side effects. We previously established a pluripotent stem cell (PSC)-derived NNS disease model that reproduces several inflammatory phenotypes including the overproduction of monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) and interferon gamma-induced protein-10 (IP-10). Here we performed high-throughput compound screening (HTS) using this PSC-derived NNS model to find potential therapeutic candidates and identified CUDC-907 as an effective inhibitor of the release of MCP-1 and IP-10. CUDC-907 did not induce cell death within therapeutic concentrations and was also effective on primary patient cells. Further analysis indicated that the inhibitory effect was post-transcriptional. These findings suggest that HTS with PSC-derived disease models is useful for finding drug candidates for autoinflammatory diseases. Significance statement In this study, we identified a histone deacetylase inhibitor CUDC-907 as a potential effective compound for ameliorating overproduction of inflammatory chemokines in an autoinflammatory disease named Nakajo-Nishimura syndrome. We performed high-throughput screening using pluripotent stem cell-derived monocytic cell lines. Our data prove the validity of screening system as a versatile platform for seeking candidate compounds for the treatment of congenital immunological disorders associated with monocytic lineage cells.

Abstract Human hematopoietic stem cell (HSC)-transferred humanized mice are valuable models for exploring human hematology and immunology. However, sufficient recapitulation of human hematopoiesis in mice requires large quantities of enriched human CD34 + HSCs and total-body irradiation for adequate engraftment. Recently, we generated a NOG mouse strain with a point mutation in the c-kit tyrosine kinase domain (W41 mutant; NOGW mice). In this study, we examined the ability of NOGW mice to reconstitute human hematopoietic cells. Irradiated NOGW mice exhibited high engraftment levels of human CD45 + cells in the peripheral blood, even when only 5,000–10,000 CD34 + HSCs were transferred. Efficient engraftment of human CD45 + cells was also observed in non-irradiated NOGW mice transferred with 20,000–40,000 HSCs. The bone marrow (BM) of NOGW mice exhibited significantly more engrafted human HSCs or progenitor cells (CD34 + CD38 − or CD34 + CD38 + cells) than the BM of NOG mice. Furthermore, we generated a human cytokine (interleukin-3 and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor) transgenic NOG-W41 (NOGW-EXL) mouse to achieve multilineage reconstitution with sufficient engraftment of human hematopoietic cells. Non-irradiated NOGW-EXL mice showed significantly higher engraftment levels of human CD45 + and myeloid lineage cells, particularly granulocytes and platelets/megakaryocytes, than non-irradiated NOGW or irradiated NOG-EXL mice after human CD34 + cell transplantation. Serial BM transplantation experiments revealed that NOGW mice exhibited the highest potential for long-term HSC compared with other strains. Consequently, c-kit mutant NOGW-EXL humanized mice represent an advanced model for HSC-transferred humanized mice and hold promise for widespread applications owing to their high versatility.

Erythropoiesis is regulated by microenvironmental factors from the vasculature. Enhanced erythropoiesis, which occurs under stress or during development, amplifies erythroid cells to meet the demand of red blood cells. This process uncouples cell division and differentiation, thus the accumulated erythroid cells remain undifferentiated in the vasculature. However, little is known about how vascular endothelial cells (ECs) regulate erythropoiesis. Here we identified that human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) keep erythroid cells undifferentiated and amplify their number. We determined that HUVECs amplify erythroid cells via secreted angiocrine factors. The expression profile of these factors suggested that they resemble macrophage-crines for enhanced erythropoiesis. Molecularly, HUVECs mediate the activation of ERK signaling. These data indicate that angiocrine factors from HUVECs enhance erythropoiesis via the amplification of undifferentiated erythroid cells. Our study contributes to the ultimate goal of harnessing erythropoiesis to replace blood transfusions.

Even after chimeric antigen receptor (CAR)-based immunotherapy has dramatically changed therapeutic approaches for malignancies, balancing therapeutic efficacy with labor and financial cost remains a major problem for immunotherapy. Current study developed a cost-effective and enhanced approach to chimeric antigen receptor (CAR)-macrophage therapy for cancer and demonstrated its therapeutic effects by repeated administration of anti-HER2 CAR macrophages generated from human pluripotent stem cell (PSC)-derived immortalized myeloid cell lines (ML). These ML-derived CAR macrophages (CAR-ML-MPs) exhibit potent antigen-specific killing activity against HER2-expressing tumor cells by phagocytosis in vitro and effectively inhibit tumor progression in vivo, which is enhanced by repeated administration. CAR-ML-MPs provide a promising off-the-shelf cellular resource for tumor adoptive cell immunotherapy, solving the cost and time problems associated with conventional CAR-based immunotherapy.