Background: The ginsenoside Rg1 has been shown to exert various pharmacological activities with health benefits. Previously, we have reported that Rg1 promoted myogenic differentiation and myotube growth in C2C12 myoblasts. In this study, the in vivo effect of Rg1 on fiber-type composition and oxidative metabolism in skeletal muscle was examined. Methods: To examine the effect of Rg1 on skeletal muscle, 3-month-old mice were treated with Rg1 for 5 weeks. To assess muscle strength, grip strength tests were performed, and the lower hind limb muscles were harvested, followed by various detailed analysis, such as histological staining, immunoblotting, immunostaining, and real-time quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. In addition, to verify the in vivo data, primary myoblasts isolated from mice were treated with Rg1, and the Rg1 effect on myotube growth was examined by immunoblotting and immunostaining analysis. Results: Rg1 treatment increased the expression of myosin heavy chain isoforms characteristic for both oxidative and glycolytic muscle fibers; increased myofiber sizes were accompanied by enhanced muscle strength. Rg1 treatment also enhanced oxidative muscle metabolism with elevated oxidative phosphorylation proteins. Furthermore, Rg1-treated muscles exhibited increased levels of anabolic S6 kinase signaling. Conclusion: Rg1 improves muscle functionality via enhancing muscle gene expression and oxidative muscle metabolism in mice.
We compared the antibacterial activities of spermidine and astaxanthin against two gram-positive bacteria such as Streptococcus parauberis and S. iniae to find new antibacterial candidates. We also evaluated the preventive effects of spermidine against oxidative stress-induced cytotoxicity in C2C12 myoblasts. Our results indicated that spermidine has more significant antibacterial activities than astaxanthin against both two fish pathogenic bacteria as well as gram-negative bacteria Escherichia coli used as a control group. Minimum inhibitory concentration and minimum bactericidal concentration of spermidine were 0.25 mM and 1 mM against S. parauberis, 1 mM and 3 mM against S. iniae, and 0.5 mM and 1.5 mM against E. coli, respectively. In addition, the postantibiotic effect lasted from 7 h, 5 h and 6 h for S. parauberis, S. iniae and E. coli, respectively. The results also showed that the decreased C2C12 cell viability by H2O2 could be attributed to the induction of DNA damage and apoptosis accompanied by the increased production of reactive oxygen species, which was remarkably protected by spermidine. Additionally, the antioxidant effect of spermidine was associated with the activation of Nrf2 signaling pathway. According to the data, spermidine may be a potential lead compound which can be further optimized to discover novel antibacterial and antioxidant agents.
Kim, Yoon Hee;Jung, Jae In;Jeon, Young Eun;Kim, So Mi;Oh, Tae Kyu;Lee, Jaesun;Moon, Joo Myung;Kim, Tae Young;Kim, Eun Ji
Nutrition Research and Practice
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제16권1호
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pp.14-32
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2022
BACKGROUND/OBJECTIVES: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma co-activator-1α (PGC-1α) has a central role in regulating muscle differentiation and mitochondrial metabolism. PGC-1α stimulates muscle growth and muscle fiber remodeling, concomitantly regulating lactate and lipid metabolism and promoting oxidative metabolism. Gynostemma pentaphyllum (Thumb.) has been widely employed as a traditional herbal medicine and possesses antioxidant, anti-obesity, anti-inflammatory, hypolipemic, hypoglycemic, and anticancer properties. We investigated whether G. pentaphyllum extract (GPE) and its active compound, gypenoside L (GL), affect muscle differentiation and mitochondrial metabolism via activation of the PGC-1α pathway in murine C2C12 myoblast cells. MATERIALS/METHODS: C2C12 cells were treated with GPE and GL, and quantitative reverse transcription polymerase chain reaction and western blot were used to analyze the mRNA and protein expression levels. Myh1 was determined using immunocytochemistry. Mitochondrial reactive oxygen species generation was measured using the 2'7'-dichlorofluorescein diacetate assay. RESULTS: GPE and GL promoted the differentiation of myoblasts into myotubes and elevated mRNA and protein expression levels of Myh1 (type IIx). GPE and GL also significantly increased the mRNA expression levels of the PGC-1α gene (Ppargc1a), lactate metabolism-regulatory genes (Esrra and Mct1), adipocyte-browning gene fibronectin type III domain-containing 5 gene (Fndc5), glycogen synthase gene (Gys), and lipid metabolism gene carnitine palmitoyltransferase 1b gene (Cpt1b). Moreover, GPE and GL induced the phosphorylation of AMP-activated protein kinase, p38, sirtuin1, and deacetylated PGC-1α. We also observed that treatment with GPE and GL significantly stimulated the expression of genes associated with the anti-oxidative stress response, such as Ucp2, Ucp3, Nrf2, and Sod2. CONCLUSIONS: The results indicated that GPE and GL enhance exercise performance by promoting myotube differentiation and mitochondrial metabolism through the upregulation of PGC-1α in C2C12 skeletal muscle.
Background: Skeletal muscles play a key role in physical activity and energy metabolism. The loss of skeletal muscle mass can cause problems related to metabolism and physical activity. Studies are being conducted to prevent such diseases by increasing the mass and regeneration capacity of muscles. Ginsenoside Rg5 has been reported to exhibit a broad range of pharmacological activities. However, studies on the effects of Rg5 on muscle differentiation and growth are scarce. Methods: To investigate the effects of Rg5 on myogenesis, C2C12 myoblasts were induced to differentiate with Rg5, followed by immunoblotting, immunostaining, and qRT-PCR for myogenic markers and promyogenic signaling (p38MAPK). Immunoprecipitation confirmed that Rg5 increased the interaction between MyoD and E2A via p38MAPK. To investigate the effects of Rg5 on prevention of muscle mass loss, C2C12 myotubes were treated with dexamethasone to induce muscle atrophy. Immunoblotting, immunostaining, and qRT-PCR were performed for myogenic markers, Akt/mTOR signaling for protein synthesis, and atrophy-related genes (Atrogin-1 and MuRF1). Results: Rg5 promoted C2C12 myoblast differentiation through phosphorylation of p38MAPK and MyoD/E2A heterodimerization. Furthermore, Rg5 stimulated C2C12 myotube hypertrophy via phosphorylation of Akt/mTOR. Phosphorylation of Akt induces FoxO3a phosphorylation, which reduces the expression of Atrogin-1 and MuRF1. Conclusion: This study provides an understanding of how Rg5 promotes myogenesis and hypertrophy and prevents dexamethasone-induced muscle atrophy. The study is the first, to the best of our knowledge, to show that Rg5 promotes muscle regeneration and to suggest that Rg5 can be used for therapeutic intervention of muscle weakness and atrophy, including cancer cachexia.
Background: Black phosphorus (BP) has emerged as a novel class of nanomaterials owing to its unique optical and electronic properties. BP, a two-dimensional (2D) nanomaterial, is a structure where phosphorenes are stacked together in layers by van der Waals interactions. However, although BP nanodots have many advantages, their biosafety and biological effect have not yet been elucidated as compared to the other nanomaterials. Therefore, it is particularly important to assess the cytotoxicity of BP nanodots for exploring their potentials as novel biomaterials. Methods: BP nanodots were prepared by exfoliation with a modified ultrasonication-assisted solution method. The physicochemical properties of BP nanodots were characterized by transmission electron microscopy, dynamic light scattering, Raman spectroscopy, and X-ray diffractometry. In addition, the cytotoxicity of BP nanodots against C2C12 myoblasts was evaluated. Moreover, their cell imaging potential was investigated. Results: Herein, we concentrated on evaluating the cytotoxicity of BP nanodots and investigating their cell imaging potential. It was revealed that the BP nanodots were cytocompatible at a low concentration, although the cell viability was decreased with increasing BP nanodot concentration. Furthermore, our results demonstrated that the cells took up the BP nanodots, and the BP nanodots exhibited green fluorescence. Conclusions: In conclusion, our findings suggest that the BP nanodots have suitable biocompatibility, and are promising candidates as fluorescence probes for biomedical imaging applications.
By a series of positional cloning, we successfully narrowed down the AM candidate region to approximately 1.2 Mbp on GGA2q including 7 functional genes. Subsequently, we identified WWP1 gene as the most likely AM candidate by sequence comparison. The amino acid sequence around the candidate mutation was highly conserved among tetrapods, suggesting that WWP1 is the causative gene of chicken muscular dystrophy. Transfection of mutated WWP1 gene into $C_2C_{12}$ myoblasts disrupted muscle differentiation process. The abnormal muscle differentiation is a characteristic of chicken muscular dystrophy, so we could demonstrate a part of phenotype of the disease. Furthermore, western blotting revealed that accumulation of caveolin-3 protein is limited in damaged muscle of muscular dystrophic chicken, suggesting caveolin-3 may be associated with the pathological change of the disease. We could conclude that WWP1 gene is the responsible one for chicken muscular dystrophy from these results, but the mechanism leading the onset should be clarified in the future. The information will contribute to the study of chicken muscular dystrophy and the corresponding human dystrophies.
본 실험은 탁월한 골유도능으로 관심의 대상이 되고 있는 BMP의 세포내 신호 전달자로 알려진 Smad 1과 Smad 5가 조골세포 초기 분화표지인자인 ALP 유전자의 발현에 미치는 영향 및 그 조절기전을 알아보고자 하였다. BMP 처리 없이도 Smad에 의해 ALP가 발현되는가를 알아보기 위해 Smad 1과 Smad 5가 각각 stably transfection된 C2C12 세포를 3일간 배양후 histochemical assay를 하였고, Smad 1과 Smad 5의 expression vector와 ALP promoter vector를 transient co-transfection한 후 ALP promoter activity를 측정하였다. Smad에 의한 BMP의 효과를 알아보기 위해서 100ng/ml의 BMP-2를 처리한 군과 처리하지 않은 군으로 나누어 세포를 배양한후 ALP 유전자의 발현을 northern blot analysis로 확인 하였다. Smad가 ALP 유전자의 발현을 직접적으로 조절하는가를 알아보기 위해서는 단백질 합성억제제인 cycloheximide를 전처리하여 ALP 유전자의 발현을 northern blot analysis하였다. 이상의 실험결과 다음과 같은 결론을 얻었다. $\cdot$ Smad 1과 Smad 5가 과발현된 세포에서는 BMP 처리없이도 ALP가 발현된다. $\cdot$ Smad 1과 Smad 5가 과발현된 세포에서 BMP 처리후 ALP 발현 증가율이 대조군 보다 현저히 높게 나타나 Smad가 BMP 효과를 증가시킨다는 것을 알 수 있다. $\cdot$ Smad는 새로운 단백질의 합성을 통해 ALP 유전자를 발현시킨다.
Background: As a process of aging, skeletal muscle mass and function gradually decrease. It is reported that ginsenoside Rb1 and Rb2 play a role as AMP-activated protein kinase activator, resulting in regulating glucose homeostasis, and Rb1 reduces oxidative stress in aged skeletal muscles through activating the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/Nrf2 pathway. We examined the effects of Rb1 and Rb2 on differentiation of the muscle stem cells and myotube formation. Methods: C2C12 myoblasts treated with Rb1 and/or Rb2 were differentiated and induced to myotube formation, followed by immunoblotting for myogenic marker proteins, such as myosin heavy chain, MyoD, and myogenin, or immunostaining for myosin heavy chain or immunoprecipitation analysis for heterodimerization of MyoD/E-proteins. Results: Rb1 and Rb2 enhanced myoblast differentiation through accelerating MyoD/E-protein heterodimerization and increased myotube hypertrophy, accompanied by activation of Akt/mammalian target of rapamycin signaling. In addition, Rb1 and Rb2 induced the MyoD-mediated transdifferentiation of the rhabdomyosarcoma cells into myoblasts. Furthermore, co-treatment with Rb1 and Rb2 had synergistically enhanced myoblast differentiation through Akt activation. Conclusion: Rb1 and Rb2 upregulate myotube growth and myogenic differentiation through activating Akt/mammalian target of rapamycin signaling and inducing myogenic conversion of fibroblasts. Thus, our first finding indicates that Rb1 and Rb2 have strong potential as a helpful remedy to prevent and treat muscle atrophy, such as age-related muscular dystrophy.
본 연구에서는 한약재로 널리 사용되는 건칠, 유근피 및 신석 추출물의 항암 활성을 조사하였다. 생쥐 유래 정상세포(RAW 264.7 대식세포 및 C2C12 근아세포)에서는 건칠, 유근피 및 신석 단독 및 복합 처리에 의하여 유의적인 세포생존율의 억제 현상은 관찰 할 수 없었다. 그리고 건칠, 유근피 및 신석의 복합 처리는 단독 처리군에 비하여 AGS 위암세포의 생존력을 유의적으로 억제하였으나, 폐암(A549), 대장암(HCT116), 간암(Hep3B) 및 방광암(T24) 세포에서는 그 효과가 미비하였다. 아울러 이러한 AGS 위암세포 선택적 생존 억제력은 apoptosis 유도와 밀접한 연관성이 있음을 염색질의 응축 현상, DNA 단편화 및 annexin-V 염색에 의한 flow cytometry 분석을 통하여 확인하였다. 건칠, 유근피 및 신석의 복합 처리는 Fas 및 Fas legand의 발현을 증가시켰으며, XIAP, cIAP-1 및 survivin과 같은 IAP family 단백질과 anti-apoptotic Bcl-xL의 발현은 저하시켰다. 복합 처리는 또한 mitochondrial membrane potential의 손실과 caspases (-3, -8 및 -9)의 활성에 PARP 단백질의 분절화를 유도하였다. 그러나 이러한 복합 처리에 의한 AGS 세포에서 관찰된 세포독성 및 apoptosis 유도 효과는 pan-caspases inhibitor인 z-VAD-fmk의 선처리에 의하여 차단되었다. 이상의 결과는 건칠, 유근피 및 신석의 복합 처리에 의한 AGS 위암세포 선택적 apoptosis 유도가 caspase 의존적으로 일어나고 있음을 보여주는 결과이며, in vivo 모델을 이용한 후속 연구가 진행되어야 할 것이다.
Titin-cap (TCAP), one of the abundant transcripts in skeletal muscles, was nvestigated in this study in cattle because of its role in regulating the proliferation and differentiation of myoblasts by interacting with the myostatin gene. From the 5, and 3, RACE experiments, full-length TCAP coding sequence was identified, comprising 166 amino acids. The amino acid comparison showed high sequence similarities with previously identified human (95.8%) and mouse (95.2%) TCAP genes. The TCAP expression, addressed by northern blot, is limited in muscle tissues as indicated by Valle et al. (1997). The radiation hybrid analysis localized the gene on BTA19, where the comparative human and porcine counterparts are on HSA17 and SSC12. A few muscle-related genetic disorders were mapped on HSA17 and some growth-related QTLs were identified on SSC12. The bovine TCAP gene found in this study opens up new possibilities for the investigation of muscle-related genetic diseases as well as meat yield traits in cattle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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