The differentiation of skeletal muscle precursor cells in culture is marked by the transcriptional activation of muscle-specific genes and the morphological differentiation of myoblast into multinucleate myotube. In this study, we examined the effect of TSA (Trichostatin A) on WF-kB DNA binding activity and muscle cell fusion in the process of myogenesis. Under TSA treatment, C2C12 myoblast could not fuse to myotube and its NF-kB DNA binding activity was also blocked. To investigate whether these phenomenons were affected by TSA in direct or not, differentiation media (DM) used to differentiate cells without TSA was concentrated and added to C2C12 myoblast with TSA simultaneously. C2C12 myoblast was fused to myotube and NF-kB DNA binding activity was recovered. These results suggest that TSA affects on the differentiation of myoblast, perhaps through several factors, by inhibiting myoblst fusion and blocking NF-kB DNA binding activity.
The purpose of this study was to determine the modulating effects of histone deacetylase inhibitor, trichostatin A, on the differentiation of mouse C2C12 myoblasts. We demonstrated that trichostatin A induced morphological changes of C2C12 myoblasts into smooth muscles and significantly increased the gene expression of smooth muscle markers including smooth muscle ${\alpha}-actin$ and transgelin. These results were due to the change in the expression level of cell cycle regulators in trichostatin A-treated C2C12 cells. Real-time PCR data revealed that cyclin dependent kinase inhibitor, p21, mRNA expression was significantly increased in trichostatin A-treated C2C12 cells. However, trichostaDn A rapidly decreased cyclin Dl mRNA expression necessary for cell cycle progression in 24hr after treatment. In conclusion, the strong inhibitory effects of trichostatin A on histone deacetylation induced transdifferentiation of C2C12 myoblasts into smooth muscle cells and these results are partly due to the changes in the expression of cell cycle regulators such as p21 and cyclin D1.
$Ca^{2+}$ influx appears to be important for triggering myoblast fusion. It remains, however, unclear how $Ca^{2+}$ influx rises prior to myoblast fusion. Recently, several studies suggested that NMDA receptors may be involved in $Ca^{2+}$ mobilization of muscle, and that $Ca^{2+}$ influx is mediated by NMDA receptors in C2C12 myoblasts. Here, we report that other types of ionotropic glutamate receptors, non-NMDA receptors (AMPA and KA receptors), are also involved in $Ca^{2+}$ influx in myoblasts. To explore which subtypes of non-NMDA receptors are expressed in C2C12 myogenic cells, RT-PCR was performed, and the results revealed that KA receptor subunits were expressed in both myoblasts and myotubes. However, AMPA receptor was not detected in myoblasts but expressed in myotubes. Using a $Ca^{2+}$ imaging system, $Ca^{2+}$ influx mediated by these receptors was directly measured in a single myoblast cell. Intracellular $Ca^{2+}$ level was increased by KA, but not by AMPA. These results were consistent with RT-PCR data. In addition, KA-induced intracellular $Ca^{2+}$ increase was completely suppressed by treatment of nifedifine, a L-type $Ca^{2+}$ channel blocker. Furthermore, KA stimulated myoblast fusion in a dose-dependent manner. CNQX inhibited not only KA-induced myoblast fusion but also spontaneous myoblast fusion. Therefore, these results suggest that KA receptors are involved in intracellular $Ca^{2+}$ increase in myoblasts and then may play an important role in myoblast fusion.
HnRNPK is a multifunctional protein that participates in chromatin remodeling, transcription, RNA splicing, mRNA stability and translation. Here, we uncovered the function of hnRNPK in regulating the proliferation and differentiation of myoblasts. hnRNPK was mutated in the C2C12 myoblast cell line using the CRISPR/Cas9 system. A decreased proliferation rate was observed in hnRNPK-mutated cells, suggesting an impaired proliferation phenotype. Furthermore, increased G2/M phase, decreased S phase and increased sub-G1 phase cells were detected in the hnRNPK-mutated cell lines. The expression analysis of key cell cycle regulators indicated mRNA of Cyclin A2 was significantly increased in the mutant myoblasts compared to the control cells, while Cyclin B1, Cdc25b and Cdc25c were decreased sharply. In addition to the myoblast proliferation defect, the mutant cells exhibited defect in myotube formation. The myotube formation marker, myosin heavy chain (MHC), was decreased sharply in hnRNPK-mutated cells compared to control myoblasts during differentiation. The deficiency in hnRNPK also resulted in the repression of Myog expression, a key myogenic regulator during differentiation. Together, our data demonstrate that hnRNPK is required for myoblast proliferation and differentiation and may be an essential regulator of myoblast function.
Jeong, Hye-Jin;Kim, Shintae;Park, Jeongjin;Kim, Ki Hong;Kim, Kyungmi;Jun, Woojin
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.46
no.11
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pp.1408-1413
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2017
The aim of this study was to investigate the antioxidant activities and protective effects of hot water extract from Curcuma longa L. (CLW) on oxidative stress-induced C2C12 myoblasts. Antioxidant activities of CLW were evaluated based on 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) radical scavenging activities. Protective effects of CLW on oxidative stress-induced C2C12 myoblasts were determined based on cytotoxicity, $H_2O_2$ protective activity, and intracellular reactive oxygen species (ROS) level. DPPH and ABTS radical scavenging activities represented by $SC_{50}$ were $188.5{\pm}3.0{\mu}g/mL$ and $92.0{\pm}0.9{\mu}g/mL$, respectively. Using C2C12 myoblasts, CLW treatment increased cell viability against oxidative stress-induced cell death. Further, CLW treatment reduced the intracellular ROS level in cells treated with $H_2O_2$. These results suggest that CLW might have the capability to protect oxidative stress-induced C2C12 myoblasts.
Background: Black ginseng (BG) has greatly enhanced pharmacological activities relative to white or red ginseng. However, the effect and molecular mechanism of BG on muscle growth has not yet been examined. In this study, we investigated whether BG could regulate myoblast differentiation and myotube hypertrophy. Methods: BG-treated C2C12 myoblasts were differentiated, followed by immunoblotting for myogenic regulators, immunostaining for a muscle marker, myosin heavy chain or immunoprecipitation analysis for myogenic transcription factors. Results: BG treatment of C2C12 cells resulted in the activation of Akt, thereby enhancing hetero-dimerization of MyoD and E proteins, which in turn promoted muscle-specific gene expression and myoblast differentiation. BG-treated myoblasts formed larger multinucleated myotubes with increased diameter and thickness, accompanied by enhanced Akt/mTOR/p70S6K activation. Furthermore, the BG treatment of human rhabdomyosarcoma cells restored myogenic differentiation. Conclusion: BG enhances myoblast differentiation and myotube hypertrophy by activating Akt/mTOR/p70S6k axis. Thus, our study demonstrates that BG has promising potential to treat or prevent muscle loss related to aging or other pathological conditions, such as diabetes.
Choi, Sang Yoon;Kim, Mina;Lee, Hyun Hee L.;Hur, Jinyoung
Journal of Life Science
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v.31
no.2
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pp.137-143
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2021
Muscle atrophy refers to a decrease in muscle cells due to damage to muscle fibers. It is reported that muscle atrophy is caused by heart disease, diabetes, and other chronic diseases related to aging. The purpose of this study is to reveal the inhibitory effects of seaweed extracts, which are widely consumed in Korea, and alginic acid on muscle cell damage in muscle atrophy and regeneration models. We found that seaweed extracts (U) and alginic acid (A) attenuated TNF-α-induced muscle atrophy in differentiated C2C12 myoblast cells and inhibited muscle atrophy markers such as MuRF1 and MAFbx. In addition, U and A also regulated ubiquitination marker FoxO1 protein. To confirm the muscle regeneration effect in animal tissue, cardiotoxin (CTX) was used for the regeneration model. Six hours after CTX injection, gastrocnemius muscle volume was increased compared to control. Otherwise, the muscle volume of the U and A treatment groups was not changed. U and A also upregulated regeneration markers MyHC and PGC-1α in a CTX mouse model. These results indicate that seaweed extracts and alginic acid, a seaweed component, are applicable to senile sarcopenia by inhibiting muscle loss and promoting muscle regeneration.
Branched and linear polyethylenimines (PEIs) have been studied as efficient and versatile agents for gene delivery in vitro and in vivo. PEIs exist in a linear or branched topology and are available in a wide range of molecular weight (Mw). Most studies have been done using PEIs with Mw higher than 10Kd. This study was aimed to test the transfection efficiency and the cell viability following gene delivery using PEI of Mw 2Kd, a relatively lower Mw cationic polymer. We used murine interleukin-2(mIL-2) plasmid DNA complexed with branched PEI 2Kd or 25Kd, and transfected them into a myoblast muscle cell line, C2C12. The cellular uptake of mIL-2 plasmid DNA was determined using quantitative polymerase chain reaction. RNA transcript levels were studied in the myoblast cells. Our results show that PEI 2Kd was as effective as PEI 25Kd in celluar gene delivery and transfection efficiency in C2C12 cells. Moreover, MTT assay indicated that PEI 2Kd/DNA complexes did not significantly reduce the cell viability regardless of N/P ratios. These results suggest that PEI of Mw 2Kd might play a role as effective and low toxic nonviral vector systems for muscular cell lines.
Rhodiola spp. and red ginseng have been used for food and medicinal applications in disease chemoprevention in many Asian countries. Increased oxidative stress by reactive oxygen species (ROS) has been proposed to be a major cause of muscle fatigue. The present study was designed to investigate the protective effects of a fermented hot-water extract mixture from Rhodiola sachalinensis and red ginseng (MFR) on cell damage and the antioxidant enzyme system in $H_2O_2$-induced oxidative stress in skeletal muscle cells. C2C12 myoblasts were treated with various concentrations of NFR (non-fermented Rhodiola sachalinensis extract), FR (fermented hot-water extract from Rhodiola sachalinensis) and MFR for up to 5 days after the standard induction of differentiation, followed by semi-quantitative RT-PCR. MFR treatment dose-dependently protected oxidative damage of C2C12 cells. The treatment with MFR also enhanced mRNA expressions of MyoD, Cu/Zn SOD, Mn-SOD and GPX up to 16%. These results indicate that MFR exerts an anti-oxidative effect through a mechanism (s) that may involve the up-regulation of antioxidant enzymes, which may be important for the cellular redox environment in muscle cells.
Melania snail (Semisulcospira libertina) was traditionally used as the healthy food in Korea. It was generally known to improve liver function and heal a diabetes. The aim of this study was to elucidate the anti-diabetic mechanism of melanian snail hydrolysates treated with protamex (MPH) by investigating the inhibitory action on protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B), the improving effect on the insulin resistance in C2C12 myoblast and the protective effect for pancreatic beta-cell (INS-1) under the glucose toxicity. The melania snail hydrolysates treated with protamex (MPH), which showed the highest degree of hydrolysis (43%), and inhibited effectively PTP1B activity ($IC_{50}=15.42{\pm}1.1{\mu}g/mL$), of which inhibitory effect was higher than usolic acid, positive control ($IC_{50}=16.65{\mu}g/mL$). MPH increased the glucose uptake in C2C12 myoblast treated with palmitic acid. In addition, MPH increased insulin mRNA expression level by over 160% with enhanced cell viability in INS-1 cell under the high glucose concentration (30 mM). These results suggest that MHP may improve the diabetic symptom by the inhibiting the PTP1B activity, increasing the glucose uptake in muscle cell and protecting the pancreatic beta-cell from glucose toxicity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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