Jeon, Sang Kyu;Kim, Ok Hyeon;Park, Su Mi;Lee, Ju-Hee;Park, Sun-Dong
Herbal Formula Science
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v.28
no.1
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pp.29-39
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2020
Objectives : Glucoraphanin is one of the well-known natural glucosinolates found in cruciferous plants. In the present study, we investigated the effects and molecular mechanism of glucoraphanin in dexamethasone-induced skeletal muscle atrophy in vitro model. Methods : The cytotoxic effects of glucoraphanin on C2C12 myoblasts or myotubes were evaluated by MTT assay. The glucoraphanin was evaluated effects in dexamethasone-induced skeletal muscle atrophy in C2C12 myotubes using a real-time PCR, western blots analysis, and immunofluorescence staining of myosin heavy chain. Result : Glucoraphanin had no cytotoxicity on both C2C12 myoblasts or myotubes. Dexamethasone markedly induced muscle atrophy by up-regulating muscle-specific ubiquitin E3 ligase markers, atrogin-1 and MuRF1, and down-regulating MyoD, a myogenic regulatory factor whereas co-treatment of glucoraphanin and dexamethasone dose-dependently inhibited it. Furthermore, decreased expressions of p-Akt, p-FOXO1, and p-FOXO3a induced by dexamethasone were reversed by co-treatment with glucoraphanin and dexamethasone. In addition, dexamethasone obviously reduced myotube diameters, while co-treatment of glucoraphanin and dexamethasone increased those to a similar level as control. Conclusions : These results show that glucoraphanin suppresses dexamethasone-induced muscle atrophy in C2C12 myotubes through activation of Akt/FOXO signaling pathway.
Muscle atrophy due to aging, starvation, and various chronic diseases leads to a decrease in muscle fiber area and density due to reduced muscle protein synthesis and increased protein breakdown. This study investigated the effect of dexamethasone and hydrogen peroxide on the induction of muscle atrophy and expression of atrophy-related genes in differentiated C2C12 myotubes. C2C12 myoblasts were differentiated into myotubes in differentiation medium. During myoblast differentiation, muscle-specific transcription factors, such as myogenin, and MyoD expression increased. Differentiated C2C12 myotubes exposed to noncytotoxic levels of dexamethasone and hydrogen peroxide showed a decrease in myotube diameter, which was associated with up-regulation of muscle-specific ubiquitin ligases, such as muscle atrophy F-box (MAFbx)/atrogin-1 and muscle RING finger-1 (MuRF1), and down-regulation of myogenin and MyoD. These results demonstrated that dexamethasone and hydrogen peroxide induced atrophy through regulation of muscle-specific ubiquitin ligases and muscle-specific transcription factors in C2C12 myotubes. In this study, we confirmed the process of differentiation of C2C12 myoblasts into myotubes in in vitro experiments in the presence of atrophy. This muscle atrophy model of C2C12 cells induced by dexamethasone or hydrogen peroxide seems suited to studies of the mechanism of muscle atrophy suppression and to exploit the experiment for excavating new muscle atrophy.
Despite the importance of cell fate decisions regulated by epigenetic programming, no experimental model has been available to study transdifferentiation from myoblasts to smooth muscle cells. In the present study, we show that myoblast cells can be induced to transdifferentiate into smooth muscle cells by modulating their epigenetic programming. The DNA methylation inhibitor, zubularine, induced the morphological transformation of C2C12 myoblasts into smooth muscle cells accompanied by de novo synthesis of smooth muscle markers such as smooth muscle ${\alpha}$-actin and transgelin. Furthermore, an increase of p21 and decrease of cyclinD1 mRNA were observed following zebularine treatment, pointing to inhibition of cell cycle progression. This system may provide a useful model for studying the early stages of smooth muscle cell differentiation.
Hyun Hwangbo;Cheol Park;EunJin Bang;Hyuk Soon Kim;Sung-Jin Bae;Eunjeong Kim;Youngmi Jung;Sun-Hee Leem;Young Rok Seo;Su Hyun Hong;Gi-Young Kim;Jin Won Hyun;Yung Hyun Choi
Biomolecules & Therapeutics
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v.32
no.3
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pp.349-360
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2024
Oxidative stress contributes to the onset of chronic diseases in various organs, including muscles. Morroniside, a type of iridoid glycoside contained in Cornus officinalis, is reported to have advantages as a natural compound that prevents various diseases. However, the question of whether this phytochemical exerts any inhibitory effect against oxidative stress in muscle cells has not been well reported. Therefore, the current study aimed to evaluate whether morroniside can protect against oxidative damage induced by hydrogen peroxide (H2O2) in murine C2C12 myoblasts. Our results demonstrate that morroniside pretreatment was able to inhibit cytotoxicity while suppressing H2O2-induced DNA damage and apoptosis. Morroniside also significantly improved the antioxidant capacity in H2O2-challenged C2C12 cells by blocking the production of cellular reactive oxygen species and mitochondrial superoxide and increasing glutathione production. In addition, H2O2-induced mitochondrial damage and endoplasmic reticulum (ER) stress were effectively attenuated by morroniside pretreatment, inhibiting cytoplasmic leakage of cytochrome c and expression of ER stress-related proteins. Furthermore, morroniside neutralized H2O2-mediated calcium (Ca2+) overload in mitochondria and mitigated the expression of calpains, cytosolic Ca2+-dependent proteases. Collectively, these findings demonstrate that morroniside protected against mitochondrial impairment and Ca2+-mediated ER stress by minimizing oxidative stress, thereby inhibiting H2O2-induced cytotoxicity in C2C12 myoblasts.
Determination and differentiation of cells in the skeletal muscle lineage is positively regulated by cell-cell contact. Differentiation proteins proposed to mediate this effect include both classical MyoD and MEF members; potential interactions between the promyogenic activities of these classes of protein, however, are unknown. We show here that MyoD and MEF, two promyogenic family members that relate to each other in a cis fashion, form interactions with MyoD and MEF. These proteins contain myosin-heavy chainsand are enriched at sites of cell-cell contact between myoblasts. Therefore, in differentiation of MyoD and MEF from Chungsimyeonjaeum interact dependently, suggesting that the interactions occur in a cis fashion; consistent with this conclusion, MyoD-mediated differentiation is required for myoblasts to occur by Chungsimyeonjaeum. Inhibition in myoblasts of a MyoD by Staurosporine in its ability to associate with MEF interferes with differentiation as assessed by morphological and transcription levels, suggesting that this interaction is functionally important in myogenesis. Also, some of the differentiation-mediated proteins that are required for myogenesis seem to be based on interdependent activities of the promyogenic classical smad-subfamily.
Fisetin is a bioactive flavonol molecule and has been shown to have antioxidant potential, but its efficacy has not been fully validated. The aim of the present study was to investigate the protective efficacy of fisetin on C2C12 murine myoblastjdusts under hydrogen peroxide (H2O2)-induced oxidative damage. The results revealed that fisetin significantly weakened H2O2-induced cell viability inhibition and DNA damage while blocking reactive oxygen species (ROS) generation. Fisetin also significantly alleviated cell cycle arrest by H2O2 treatment through by reversing the upregulation of p21WAF1/CIP1 expression and the downregulation of cyclin A and B levels. In addition, fisetin significantly blocked apoptosis induced by H2O2 through increasing the Bcl-2/Bax ratio and attenuating mitochondrial damage, which was accompanied by inactivation of caspase-3 and suppression of poly(ADP-ribose) polymerase cleavage. Furthermore, fisetin-induced nuclear translocation and phosphorylation of Nrf2 were related to the increased expression and activation of heme oxygenase-1 (HO-1) in H2O2-stimulated C2C12 myoblasts. However, the protective efficacy of fisetin on H2O2-mediated cytotoxicity, including cell cycle arrest, apoptosis and mitochondrial dysfunction, were greatly offset when HO-1 activity was artificially inhibited. Therefore, our results indicate that fisetin as an Nrf2 activator effectively abrogated oxidative stress-mediated damage in C2C12 myoblasts.
Background: Sarcopenia is a new and emerging risk factor aggravating the quality of life of elderly population. Because Korean Red Ginseng (RG) is known to have a great effect on relieving fatigue and enhancing physical performance, it is invaluable to examine its potential as an anti-sarcopenic drug. Methods: Anti-sarcopenic effect of non-saponin fraction of Korean Red Ginseng (RGNS) was evaluated in C2C12 myoblasts treated with C2-ceramide to induce senescence phenotypes, and 22-month-old mice fed with chow diet containing 2% RGNS (w/w) for 4 further months. Results: The RGNS treatment significantly alleviated cellular senescence indicated by intracellular lipid accumulation, increased amount of lysosomal β-galactosidase, and reduced proliferative capacity in C2C12 myoblasts. This effect was not observed with saponin fraction. In an aged mouse, the 4-month-RGNS diet significantly improved aging-associated loss of muscle mass and strength, assessed by the weights of hindlimb skeletal muscles such as tibialis anterior (TA), extensor digitorum longus (EDL), gastrocnemius (GN) and soleus (SOL), and the cross-sectional area (CSA) of SOL muscle, and the behaviors in grip strength and hanging wire tests, respectively. During the same period, an aging-associated shift of fast-to slow-twitch muscle in SOL muscle was also retarded by the RGNS treatment. Conclusions: These findings suggested that the long-term diet of RGNS significantly prevented aging-associated muscle atrophy and reduced physical performance, and thus RGNS has a strong potential to be developed as a drug that prevents or improves sarcopenia.
It is already well known that castration improves marbling quality but exact timing of castration is still highly debated in beef cattle production industry. After castration, blood hormonal changes occur in steer and objective of this study was to investigate the effects of growth hormone (GH) levels on adipocyte differentiation in stromal vascular cells (SVCs) and transdifferentiation into adipocytes in C2C12 myoblasts. Total GH concentrations were measured via enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in 24 male calves and 4 female calves. Cell proliferation, cellular triglyceride (TG) accumulation, and the cell's lipolytic capability were measured in C2C12 myoblasts and SVCs. Myogenic, adipogenic, and brown adipocyte-specific gene expression was measured via real-time polymerase chain reaction (PCR) using SYBR green. Serum GH levels were the highest in late-castrated calves. Treatment with 5 ng/mL GH resulted in greater TG accumulation as well as increased CCAAT-enhancer-binding protein (C/EBP)α and peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)γ expression compared to that after treatment with 15 ng/mL GH. Treatment with 5 ng/mL GH also resulted in lower myogenin (myo)G and myoD expression compared to that after treatment with 15 ng/mL GH. The expression of bone morphogenetic protein (BMP) 7 after treatment with 5 ng/mL GH was higher than that after treatment with 15 ng/mL GH. But carcass characteristics data showed no significant difference between early and late castrated steers. Therefore, our results indicate that castration timing does not seem to be inevitable determinate of carcass qualities, particularly carcass weight and marbling score in Hanwoo beef cattle.
Dal-Ah KIM;Kyoung Hye KONG;Hyun-Jeong CHO;Mi-Ran LEE
Korean Journal of Clinical Laboratory Science
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v.55
no.3
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pp.184-194
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2023
In this study, we investigated whether p-anisaldehyde (PAA), the main component of essential oils derived from anise seeds, influences the differentiation of mouse C2C12 myoblasts. Cells were induced to differentiate over 5 days using a differentiation medium with or without PAA (50 or 200 mg/mL). Myotube length and diameter were measured, and the expressions of myogenic markers (myoblast determination protein 1, myogenin, myocyte enhancer factor 2, muscle creatine kinase, and myosin heavy chain) and atrophy-related genes (atrogin-1 and muscle ring finger-1 [MuRF-1]) were assessed by quantitative real-time polymerase chain reaction. Additionally, protein kinase B (Akt) phosphorylation was monitored by western blotting. PAA significantly induced the formation of smaller and thinner myotubes and reduced myogenic marker expression. Furthermore, PAA increased the expressions of atrogin-1 and MuRF-1 and simultaneously reduced Akt phosphorylation. Our findings indicate that PAA inhibits the myogenic differentiation of C2C12 cells by reducing the phosphorylation and activation of Akt.
Despite several advances in identification of cardiac transcription factors, there are still needs to find new bioactive molecules that promote cardiomyogenesis from stem cells to highly efficient myocardial differentiation. We analyzed Illumina expression microarray data of mouse embryonic stem cells (mESCs)-derived cardiomyocytes. 276 genes were upregulated (≥ 4fold) in mESCs-derived cardiomyocytes compared undifferentiated ESCs. Secreted phosphoprotein 2 (Spp2) is one of candidates and is known to inhibit bone morphogenetic protein 2 (BMP2) signal transduction as a pseudoreceptor for BMP2. However, its function in cardiomyogenesis is unknown. We confirmed that Spp2 expression increased during the differentiation into functional cardiomyocytes using mESCs, TC-1/Kh2 and E14. Interestingly, Spp2 secretion transiently increased 3 days after formation of embryoid bodies (EBs), indicating that the extracellular secretion of Spp2 is involved in the differentiation of ESCs into cardiomyocytes. To characterize Spp2, we performed experiments using the C2C12 mouse myoblast cell line, which has the property of shifting the differentiation pathway from myoblastic to osteoblastic by treatment with BMP2. Similar to the differentiation of ESCs, transcription of Spp2 increased as C2C12 myoblasts differentiated into myotubes. In particular, Spp2 secretion increased dramatically in the early stage of differentiation. Furthermore, treatment with Spp2-Flag recombinant protein promoted the differentiation of C2C12 myoblasts into myotubes. Taken together, we suggest a novel bioactive protein Spp2 that differentiates ESCs into cardiomyocytes. This may be useful for understanding the molecular pathways of cardiomyogenesis and for experimental or clinical promotion of stem cell therapy for ischemic heart diseases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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