Human embryonic stem (hES) cells are pluripotent cell lines established from the explanted inner cell mass of human blastocysts. Despite their importance for human embryology and regenerative medicine, studies on hES cells, unlike those on mouse ES (mES) cells, have been hampered by difficulties in culture and by scant knowledge concerning the regulatory mechanism. Recent evidence from plants and animals indicates small RNAs of approximately 22 nucleotides (nt), collectively named microRNAs, play important roles in developmental regulation. Here we describe 36 miRNAs (from 32 stem-loops) identified by cDNA cloning in hES cells. Importantly, most of the newly cloned miRNAs are specifically expressed in hES cells and downregulated during development into embryoid bodies (EBs), while miRNAs previously reported from other human cell types are poorly expressed in hES cells. We further show that some of the ES-specific miRNA genes are highly related to each other, organized as clusters, and transcribed as polycistronic primary transcripts. These miRNA gene families have murine homologues that have similar genomic organizations and expression patterns, suggesting that they may operate key regulatory networks conserved in mammalian pluripotent stem cells. The newly identified hES-specific miRNAs may also serve as molecular markers for the early embryonic stage and for undifferentiated hES cells.

Inherited and somatic mutations in the adenomatous polyposis coli occur in most colon cancers, leading to activation of β-catenin-responsive genes. To identify small molecule antagonists of this pathway, we challenged transformed colorectal cells with a secondary structure-templated chemical library, looking for compounds that inhibit a β-catenin-responsive reporter. We identified ICG-001, a small molecule that down-regulates β-catenin/T cell factor signaling by specifically binding to cyclic AMP response element-binding protein. ICG-001 selectively induces apoptosis in transformed cells but not in normal colon cells, reduces in vitro growth of colon carcinoma cells, and is efficacious in the Min mouse and nude mouse xenograft models of colon cancer.

p53 is a frequent target for mutation in human tumors, and mutant p53 proteins can actively contribute to tumorigenesis. We employed a three-dimensional culture model in which nonmalignant breast epithelial cells form spheroids reminiscent of acinar structures found in vivo, whereas breast cancer cells display highly disorganized morphology. We found that mutant p53 depletion is sufficient to phenotypically revert breast cancer cells to a more acinar-like morphology. Genome-wide expression analysis identified the mevalonate pathway as significantly upregulated by mutant p53. Statins and sterol biosynthesis intermediates reveal that this pathway is both necessary and sufficient for the phenotypic effects of mutant p53 on breast tissue architecture. Mutant p53 associates with sterol gene promoters at least partly via SREBP transcription factors. Finally, p53 mutation correlates with highly expressed sterol biosynthesis genes in human breast tumors. These findings implicate the mevalonate pathway as a therapeutic target for tumors bearing mutations in p53.

Missense mutations in the p53 tumor suppressor inactivate its antiproliferative properties but can also promote metastasis through a gain-of-function activity. We show that sustained expression of mutant p53 is required to maintain the prometastatic phenotype of a murine model of pancreatic cancer, a highly metastatic disease that frequently displays p53 mutations. Transcriptional profiling and functional screening identified the platelet-derived growth factor receptor b (PDGFRb) as both necessary and sufficient to mediate these effects. Mutant p53 induced PDGFRb through a cell-autonomous mechanism involving inhibition of a p73/NF-Y complex that represses PDGFRb expression in p53-deficient, noninvasive cells. Blocking PDGFRb signaling by RNA interference or by small molecule inhibitors prevented pancreatic cancer cell invasion in vitro and metastasis formation in vivo. Finally, high PDGFRb expression correlates with poor disease-free survival in pancreatic, colon, and ovarian cancer patients, implicating PDGFRb as a prognostic marker and possible target for attenuating metastasis in p53 mutant tumors.

Current hyaluronic acid (HA) hydrogel systems often cause cytotoxicity to encapsulated cells and lack the adhesive property required for effective localization of transplanted cells in vivo. In addition, the injection of hydrogel into certain organs (e.g., liver, heart) induces tissue damage and hemorrhage. In this study, we describe a bioinspired, tissue‐adhesive hydrogel that overcomes the limitations of current HA hydrogels through its improved biocompatibility and potential for minimally invasive cell transplantation. HA functionalized with an adhesive catecholamine motif of mussel foot protein forms HA‐catechol (HA‐CA) hydrogel via oxidative crosslinking. HA‐CA hydrogel increases viability, reduces apoptosis, and enhances the function of two types of cells (human adipose‐derived stem cells and hepatocytes) compared with a typical HA hydrogel crosslinked by photopolymerization. Due to the strong tissue adhesiveness of the HA‐CA hydrogel, cells are easily and efficiently transplanted onto various tissues (e.g., liver and heart) without the need for injection. Stem cell therapy using the HA‐CA hydrogel increases angiogenesis in vivo, leading to improved treatment of ischemic diseases. HA‐CA hydrogel also improved hepatic functions of transplanted hepatocytes in vivo. Thus, this bioinspired, tissue‐adhesive HA hydrogel can enhance the efficacy of minimally invasive cell therapy.

There are still gaps in our understanding of the complex processes by which p53 suppresses tumorigenesis. Here we describe a novel role for p53 in suppressing the mevalonate pathway, which is responsible for biosynthesis of cholesterol and nonsterol isoprenoids. p53 blocks activation of SREBP-2, the master transcriptional regulator of this pathway, by transcriptionally inducing the ABCA1 cholesterol transporter gene. A mouse model of liver cancer reveals that downregulation of mevalonate pathway gene expression by p53 occurs in premalignant hepatocytes, when p53 is needed to actively suppress tumorigenesis. Furthermore, pharmacological or RNAi inhibition of the mevalonate pathway restricts the development of murine hepatocellular carcinomas driven by p53 loss. Like p53 loss, ablation of ABCA1 promotes murine liver tumorigenesis and is associated with increased SREBP-2 maturation. Our findings demonstrate that repression of the mevalonate pathway is a crucial component of p53-mediated liver tumor suppression and outline the mechanism by which this occurs.

The future of safe cell-based therapy rests on overcoming teratoma/tumor formation, in particular when using human pluripotent stem cells (hPSCs), such as human embryonic stem cells (hESCs) and human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). Because the presence of a few remaining undifferentiated hPSCs can cause undesirable teratomas after transplantation, complete removal of these cells with no/minimal damage to differentiated cells is a prerequisite for clinical application of hPSC-based therapy. Having identified a unique hESC signature of pro- and antiapoptotic gene expression profile, we hypothesized that targeting hPSC-specific antiapoptotic factor(s) (i.e., survivin or Bcl10) represents an efficient strategy to selectively eliminate pluripotent cells with teratoma potential. Here we report the successful identification of small molecules that can effectively inhibit these antiapoptotic factors, leading to selective and efficient removal of pluripotent stem cells through apoptotic cell death. In particular, a single treatment of hESC-derived mixed population with chemical inhibitors of survivin (e.g., quercetin or YM155) induced selective and complete cell death of undifferentiated hPSCs. In contrast, differentiated cell types (e.g., dopamine neurons and smooth-muscle cells) derived from hPSCs survived well and maintained their functionality. We found that quercetin-induced selective cell death is caused by mitochondrial accumulation of p53 and is sufficient to prevent teratoma formation after transplantation of hESC- or hiPSC-derived cells. Taken together, these results provide the "proof of concept" that small-molecule targeting of hPSC-specific antiapoptotic pathway(s) is a viable strategy to prevent tumor formation by selectively eliminating remaining undifferentiated pluripotent cells for safe hPSC-based therapy.

MDM2 and MDMX, negative regulators of the tumor suppressor p53, can work separately and as a heteromeric complex to restrain p53's functions. MDM2 also has pro-oncogenic roles in cells, tissues, and animals that are independent of p53. There is less information available about p53-independent roles of MDMX or the MDM2–MDMX complex. We found that MDM2 and MDMX facilitate ferroptosis in cells with or without p53. Using small molecules, RNA interference reagents, and mutant forms of MDMX, we found that MDM2 and MDMX, likely working in part as a complex, normally facilitate ferroptotic death. We observed that MDM2 and MDMX alter the lipid profile of cells to favor ferroptosis. Inhibition of MDM2 or MDMX leads to increased levels of FSP1 protein and a consequent increase in the levels of coenzyme Q 10 , an endogenous lipophilic antioxidant. This suggests that MDM2 and MDMX normally prevent cells from mounting an adequate defense against lipid peroxidation and thereby promote ferroptosis. Moreover, we found that PPARα activity is essential for MDM2 and MDMX to promote ferroptosis, suggesting that the MDM2–MDMX complex regulates lipids through altering PPARα activity. These findings reveal the complexity of cellular responses to MDM2 and MDMX and suggest that MDM2–MDMX inhibition might be useful for preventing degenerative diseases involving ferroptosis. Furthermore, they suggest that MDM2/MDMX amplification may predict sensitivity of some cancers to ferroptosis inducers.

Abstract Since both myocardium and vasculature in the heart are excessively damaged following myocardial infarction (MI), therapeutic strategies for treating MI hearts should concurrently target both so as to achieve true cardiac repair. Here we demonstrate a concomitant method that exploits the advantages of cardiomyocytes derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSC-CMs) and human mesenchymal stem cell-loaded patch (hMSC-PA) to amplify cardiac repair in a rat MI model. Epicardially implanted hMSC-PA provide a complimentary microenvironment which enhances vascular regeneration through prolonged secretion of paracrine factors, but more importantly it significantly improves the retention and engraftment of intramyocardially injected hiPSC-CMs which ultimately restore the cardiac function. Notably, the majority of injected hiPSC-CMs display adult CMs like morphology suggesting that the secretomic milieu of hMSC-PA constitutes pleiotropic effects in vivo. We provide compelling evidence that this dual approach can be a promising means to enhance cardiac repair on MI hearts.

Benzyl butyl phthalate (BBP) is a widely used plasticizer that poses various potential health hazards. Although BBP has been extensively studied, the direct mechanism underlying its toxicity in male germ cells remains unclear. Therefore, we investigated BBP-mediated male germ cell toxicity in GC-1 spermatogonia (spg), a differentiated mouse male germ cell line. This study investigated the impact of BBP on reactive oxygen species (ROS) generation, apoptosis, and autophagy regulation, as well as potential protective measures against BBP-induced toxicity. A marked dose-dependent decrease in GC-1 spg cell proliferation was observed following treatment with BBP at 12.5 μM. Exposure to 50 μM BBP, approximating the IC