Global loss of imprinting leads to widespread tumorigenesis in adult mice

SummaryLoss of imprinting (LOI), commonly observed in human tumors, refers to loss of monoallelic gene regulation normally conferred by parent-of-origin-specific DNA methylation. To test the function of LOI in tumorigenesis, we developed a model by using transient demethylation to generate imprint-free mouse embryonic stem cells (IF-ES cells). Embryonic fibroblasts derived from IF-ES cells (IF-MEFs) display TGFβ resistance and reduced p19 and p53 expression and form tumors in SCID mice. IF-MEFs exhibit spontaneous immortalization and cooperate with H-Ras in cellular transformation. Chimeric animals derived from IF-ES cells develop multiple tumors arising from the injected IF-ES cells within 12 months. These data demonstrate that LOI alone can predispose cells to tumorigenesis and identify a pathway through which immortality conferred by LOI lowers the threshold for transformation

Development and evaluation of a methodology for cDNA-array gene expression profiling in individual mammalian preimplantation embryos

Untersuchungen der Transkriptionsebene individueller präimplantatorischer Embryonalstadien können wertvolle Informationen über den physiologischen Status der betrachteten Embryonen, die z.B. zur Verbesserung der Systeme zur In vitro-Produktion von Embryonen genutzt werden können, liefern. Bisher fehlte es jedoch an einer geeigneten Technologie, um eine große Anzahl von Transkripten in einzelnen Embryonen zu erfassen. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war es, ein Verfahren zur globalen Amplifikation embryonaler mRNA-Präparationen zu entwickeln, das die Analyse der Transkriptionsebene einzelner präimplantatorischer Embryonalstadien über die cDNA-Array-Technologie ermöglicht. Dazu wurde die Strategie gewählt, zwei bereits etablierte Amplifikationsverfahren, Polymerasekettenreaktion und In vitro-Transkription, zu kombinieren, um so synergistische Effekte beider Verfahren zu nutzen. Die Evaluierung des entwickelten Verfahrens zeigte eine hohe Reproduzierbarkeit der erhaltenen Genexpressionsdaten und belegte, dass die relativen Mengenverhältnisse einzelner mRNA-Spezies zueinander während der globalen mRNA-Amplifikation nur unwesentlich verändert wurden. Die entwickelte Methodik ist somit geeignet, komplexe Genexpressionsprofile einzelner Blastozysten zu erstellen und Unterschiede in der Expressionsstärke einzelner Transkripte zu detektieren. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass es möglich ist, über heterologe Hybridisierung Genexpressionsprofile boviner Blastozysten mit cDNA-Arrays, die murine Probensequenzen enthalten, reproduzierbar darzustellen. Neben der Detektion individueller Unterschiede in den Genexpressionsprofilen diverser muriner Embryonalstadien und boviner Blastozysten lag ein Schwerpunkt dieser Arbeit in der Untersuchung der Auswirkungen verschiedener in vitro-Produktionssysteme auf die embryonale Genexpression. Die erhaltenen cDNA-Array Expressionsdaten muriner Oozyten, Zweizeller und Blastozysten befanden sich dabei in Übereinstimmung mit Daten früherer Publikationen anderer Arbeitsgruppen. Genexpressionsprofile in vitro fertilisierter boviner Blastozysten ließen eine Beurteilung der Auswirkungen unterschiedlicher Proteinsupplemente des Kulturmediums auf die embryonale Genexpression zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum ersten Mal Genexpressionsprofile einzelner präimplantatorischer Säugerembryonen über cDNA-Array-Analyse erstellt. Die entwickelte Technologie ermöglicht es -bei Verwendung entsprechender cDNA-Array-Systeme-, eine theoretisch unbegrenzte Zahl von Transkripten in individuellen Säugerembryonen semiquantitativ zu erfassen. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einem besseren Verständnis komplexer Regulationsabläufe während der frühen Embryonalentwicklung und einer besseren Beurteilung der Lebensfähigkeit und Entwicklungskompetenz in vitro produzierter Embryonen, was für die Verbesserung von In vitro-Produktionssystemen für Embryonen sowohl bei Tieren als auch beim Menschen unerlässlich ist.Transcript expression profiling in single mammalian embryos can provide valuable information about their physiological status and developmental competence that can be exploited to improve systems for embryo in vitro production. Conventional methodologies such as RT-PCR limit the number of transcripts that can be quantitatively screened in a single embryo to only a few. The purpose of this study was to develop and evaluate a methodology for the global amplification of mRNA that permits cDNA-array analysis of individual preimplantation embryos. For this purpose, two conventional amplification procedures – polymerase chain reaction and in vitro transcription – were combined to a global amplification procedure. Evaluation of methodology developed revealed that data produced were high reproducible and that the relative transcript levels found in the original (non-amplified) sample were maintained throughout the amplification process. Thus, this method is suitable to generate complex gene expression profiles and to detect differentially expressed transcripts in individual mammalian embryos. Furthermore, this study demonstrates that expression profiles can reproducibly be produced from bovine embryos using arrays consisting of murine cDNA-probes by heterologous hybridization. The focus of this study was to establish a methodology to detect differentially expressed genes in different murine developmental stages and in bovine embryos derived from different in vitro production systems. The data obtained from murine oocyte, 2-cell stage and blastocyst expression profiles were in agreement with data previously published by other groups. Expression profiles from bovine in vitro fertilized embryos cultured in different media revealed effects of different media protein supplementation on embryonic gene expression. In this study, for the first time, gene expression profiles were generated from single mammalian preimplantation embryos via model cDNA-arrays. Using state-of-the-art cDNA-arrays this technology features the quantitative screening of a virtually unlimited number of transcripts in individual blastocysts and cleavage stages. Complex expression profiles of preimplantation embryos will contribute to the understanding of the molecular mechanisms essential for embryogenesis. This is crucial for the improvement of systems for in vitro production of mammalian embryos

Generating iPS Cells from MEFS through Forced Expression of Sox-2, Oct-4, c-Myc, and Klf4

This video, from G. Grant Welstead, Tobias Brambrink, and Rudolf Jaenisch of MIT's Whitehead Institute for Biomedical Research, Massachusetts Institute of Technology explores how to generate iPS cells from Mouse Embryo Fibroblasts. The video is also accompanied by protocols for thawing and freezing hES cells, discussion, materials, references, a forum for comments, and a PDF of the full text

Sequential expression of pluripotency markers during direct reprogramming of mouse somatic cells

Pluripotency can be induced in differentiated murine and human cells by retroviral transduction of Oct4, Sox2, Klf4, and c-Myc. We have devised a reprogramming strategy in which these four transcription factors are expressed from doxycycline (dox)-inducible lentiviral vectors. Using these inducible constructs, we derived induced pluripotent stem (iPS) cells from mouse embryonic fibroblasts (MEFs) and found that transgene silencing is a prerequisite for normal cell differentiation. We have analyzed the timing of known pluripotency marker activation during mouse iPS cell derivation and observed that alkaline phosphatase (AP) was activated first, followed by stage-specific embryonic antigen 1 (SSEA1). Expression of Nanog and the endogenous Oct4 gene, marking fully reprogrammed cells, was only observed late in the process. Importantly, the virally transduced cDNAs needed to be expressed for at least 12 days in order to generate iPS cells. Our results are a step toward understanding some of the molecular events governing epigenetic reprogramming