We investigated the insulin-like growth factor 1 (IGF-1)/AKT signaling pathway involved in muscle formation, growth, and movement in the adductor muscle of triploid Pacific oyster, Crassostrea gigas. Large and small triploid oysters (LTs and STs) cultured under identical conditions were screened, and the signaling pathways of individuals with superior growth were compared and analyzed. mRNA and protein expression levels of actin, troponin, tropomyosin, and myosin, proteins important in muscle formation, were higher in LTs compared with STs. Expression levels of IGF-1, IGF binding protein (IGFBP), and IGFBP complex acid-labile subunit were also higher in LTs compared with STs. Phosphorylation of the IGF receptor as well as that of AKT was high in LTs. In addition, the expression of phosphomammalian target of rapamycin and phospho-glycogen synthase kinase $3{\beta}$ was increased and the expression of Forkhead box O3 was decreased in LTs. Therefore, we suggested that the IGF-1/AKT signaling pathway affects the formation, growth, and movement of the adductor muscle in triploid oysters.
Although exercise-induced growth factors such as Insulin-like growth factor-I (IGF-I) are known to affect various aspects of physiology in skeletal muscle cells, the molecular mechanism by which IGF-I modulates anti-inflammatory effects in these cells is presently unknown. Here, we showed that IGF-I stimulation suppresses the expression of toll-like receptor 4 (TLR4), a key innate immune receptor. A pharmacological inhibitor study further showed that PI3K/Akt signaling pathway is required for IGF-I-mediated negative regulation of TLR4 expression. Furthermore, IGF-I treatment reduced the expression of various NF-${\kappa}B$-target genes such as TNF-${\alpha}$ and IL-6. Taken together, these findings indicate that the anti-inflammatory effect of exercise may be due, at least in part, to IGF-I-induced suppression of TLR4 and subsequent downregulation of the TLR4-dependent inflammatory signaling pathway.
Objective: To observe the effect of insulin-like growth factor-1 (IGF-1) on bone morphogenetic protein (BMP)-2 expression in hepatocellular carcinoma SMMC7721 cells. Methods: Cells were divided into blank control, IGF-1, IGF-1 + SB203580, and SB203580 groups. SB203580 was used to block the p38 MAPK signaling pathway. Changes in the expression of BMP-2, p38 MAPK, and phosphorylated p38, MERK, ERK and JNK were determined using reverse transcription polymerase chain reactions (RT-PCR) and Western blot analysis. Results: Protein expression of phosphorylated BMP-2, MERK, ERK, and JNK was significantly up-regulated by IGF-1 compared with the control group ($1.138{\pm}0.065$ vs. $0.606{\pm}0.013$, $0.292{\pm}0.005$ vs. $0.150{\pm}0.081$, $0.378{\pm}0.006$ vs. $0.606{\pm}0.013$, and $0.299{\pm}0.015$ vs. $0.196{\pm}0.017$, respectively; P<0.05). Levels of BMP-2 and phosphorylated MERK and JNK were significantly reduced after blocking of the p38MAPK signaling pathway ($0.494{\pm}0.052$ vs. $0.165{\pm}0.017$, $0.073{\pm}0.07$ vs. $0.150{\pm}0.081$, and $0.018{\pm}0.008$ vs. $0.196{\pm}0.017$, respectively; P<0.05), but such a significant difference was not observed for phosphorylated ERK protein expression ($0.173{\pm}0.07$ vs. $0.150{\pm}0.081$, P>0.05). Conclusion: IGF-1 can up-regulate BMP-2 expression, and p38 MAPK signaling pathway blockage can noticeably reduce the up-regulated expression. We can conclude that the up-regulatory effect of IGF-1 on BMP-2 expression is realized through the p38 MAPK signaling pathway.
Dong Young Kang;Nipin Sp;Eun Seong Jo;Hyoung Do Kim;Il Ho Kim;Se Won Bae;Kyoung‑Jin Jang;Young Mok Yang
International Journal of Molecular Medicine
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제45권3호
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pp.931-938
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2020
Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) regulates cell growth, glucose uptake and protein metabolism, and is required for growth hormone (GH) signaling-mediated insulin production and secretion. IGF1 expression is associated with STAT5, which binds to a region (TTCNNNGAA) of the gene. Although sulfur is used in various fields, the toxicity of this element is a significant disadvantage as it causes indigestion, vomiting, diarrhea, pain and migraine. Therefore, it is difficult to conduct in vitro experiments to directly determine the effects of dietary sulfur. Additionally, it is difficult to dissolve non-toxic sulfur (NTS). The present study aimed to identify the role of NTS in GH signaling as a Jak2/STAT5b/IGF-1 pathway regulator. MTT assay was used to identify an optimum NTS concentration for C2C12 mouse muscle cells. Western blotting, RT-PCR, chromatin immunoprecipitation, overexpression and small interfering RNA analyses were performed. NTS was dissolved in 1 mg/ml DMSO and could be used in vitro. Therefore, the present study determined whether NTS induced mouse muscle cell growth via GH signaling. NTS notably increased STAT5b binding to the Igf1 promoter. NTS also promoted GH signaling by upregulating GH receptor expression, similar to GH treatment. NTS enhanced GH signaling by regulating Jak2/STAT5b/IGF-1 signaling pathway factor expression in C2C12 mouse muscle cells. Thus, NTS may be used as a GH-enhancing growth stimulator.
선행연구에서 라이코펜이 HT-29세포의 증식을 억제하는 것을 관찰하였기 때문에 본 연구는 그 기전을 연구하기 위하여 수행되 었다. 라이코펜이 HT-29 세포의 사멸을 유도하는지 조사하기 위해서 여러 농도의 라이코펜이 포함된 배지에서 세포를 4일 동안 배양하였다. 라이코펜 농도의 증가에 따라 사멸되는 세포에서 나타나는 특징의 하나인 DNA fragmentation이 증가하는 것을 관찰하였다. Western blot을 수행하여 얻은 결과에 의하면 라이코펜이 IGF-IR, IRS-1, PI3K, Akt와 같은 IGF-IR pathway에 속하는 단백질의 수준을 감소시켰다. IGF-IR의 인산화를 유도하기 위해서 라이코펜이 포함된 배지에서 세포를 배양하고 IGF-I을 첨가하여 0, 5, 10, 60분간 배양한 다음 IGF-IR antibody를 이용하여 immunoprecipitation을 수행하였다. 라이코펜은 IGF-I에 의한 IGF-IR, IRS-1의 인산화와 IGF-IR와 PI3K의 결합을 감소하고 인산화된 Akt를 감소시켰다. 이와 같은 IGF-IR signaling의 억제는 이 대장암세포에 존재하는 IGF-II의 autocrine loop을 억제하는 원인이 될 수 있어, 라이코펜의 암세포증식을 억제하는 기전 중의 하나가 될 수 있다. 라이코펜은 토마토와 그 가공품에 많이 존재하는 물질로 자연적인 식사를 통해 많이 섭취할 수 있는 물질이다. 라이코펜의 항암 기전을 밝혀냄으로써 미래 암예방과 치료를 위한 중요한 기능성 영양소를 생산할 수 있는 기초를 마련해줄 수 있을 것으로 기대된다.
In this study, the roles of the p38 MAPK, ERK1/2 and JNK signaling pathway in IGF-I-induced AR induction and activation were examined. C2C12 cells were treated with IGF-I in the absence or presence of various inhibitors of p38 MAPK (SB203580), ERK1/2 (PD98059), and JNK (SP600125). Inhibition of the MAPK pathway with SB203580, PD98059, or SP600125 significantly decreased IGF-I-induced AR phosphorylation and total AR protein expression. IGF-I-induced nuclear fraction of total AR and phosphorylated AR were significantly inhibited by SB203580, PD98059, or SP600125. Furthermore, IGF-I-induced AR mRNA and skeletal ${\alpha}-actin$ mRNA were blocked by those inhibitors in dose-dependent manner. Confocal images showed that IGF-I-induced AR nuclear translocation from cytosol was significantly blocked by SB203580, PD98059, or SP600125, suggesting that the MAPK pathway regulates IGF-I-induced AR nuclear localization in skeletal muscle cells. The present results suggest that the MAPK pathways are required for the ligand-independent activation of AR by IGF-I in C2C12 skeletal muscle cells.
Although insulin-like growth factor-I (IGF-I) and androgen receptor (AR) are well known effectors of skeletal muscle, the molecular mechanism by which signaling pathways integrating AR and IGF-I in skeletal muscle cells has not been previously examined. In this study, the role of PI3K/Akt on IGF-I-induced gene expression and activation of AR in skeletal muscle cells was investigated. C2C12 cells were treated with IGF-I in the absence or presence of inhibitors of PI3K/Akt pathway (LY294002 and Wortmannin). Inhibition of the PI3K/Akt pathway with LY294002 or Wortmannin led to a significant decrease in IGF-I-induced AR phosphorylation and total AR protein expression. Furthermore, IGF-I-induced AR mRNA and skeletal ${\alpha}-actin$ mRNA were blocked by LY294002 or Wortmannin. Confocal images showed that IGF-I-induced AR translocation from cytosol to nucleus was inhibited significantly in response to treatment with LY294002 or Wortmannin. The present results suggest that modulating effect of IGF-I on AR gene expression and activation in C2C12 mouse skeletal muscle cells is mediated at least in part by the PI3K/Akt pathway.
Insulin/insulin-like growth factor (IGF)-1 signaling (IIS) pathway regulates aging in many organisms, ranging from simple invertebrates to mammals, including humans. Many seminal discoveries regarding the roles of IIS in aging and longevity have been made by using the roundworm Caenorhabditis elegans and the fruit fly Drosophila melanogaster. In this review, we describe the mechanisms by which various IIS components regulate aging in C. elegans and D. melanogaster. We also cover systemic and tissue-specific effects of the IIS components on the regulation of lifespan. We further discuss IIS-mediated physiological processes other than aging and their effects on human disease models focusing on C. elegans studies. As both C. elegans and D. melanogaster have been essential for key findings regarding the effects of IIS on organismal aging in general, these invertebrate models will continue to serve as workhorses to help our understanding of mammalian aging.
장수 또는 노화에 관한 연구는 여러 가지 유전적 요인과 생리학적 및 환경 요인들의 복잡한 조합에 의해 결정되므로, 이와 관련된 연구는 매우 흥미로운 분야이나 또한 어려운 주제이다. 지난 수십 년 동안 장수 또는 노화에 관여하는 분자 메커니즘을 찾기 위하여 동물 모델을 사용한 유전학적 접근법으로, 특이적 유전자를 결손 시키는 연구는 귀중한 도구임이 입증되었다. 장수에 관한 첫 번째 연구는 꼬마선충의 돌연변이체에서 발견되었으며, 이 선충의 인슐린/인슐린유사 성장인자-1 회로가 장수에 관여함이 밝혀졌다. 인슐린유사 성장인자-1은 인슐린과 유사한 아미노산 서열을 가진 폴리펩타이드로, 세포의 정상적인 성장과 발달에 관여한다. 이 발견 이후 인슐린/인슐린유사 성장인자-1 회로에 관여하는 많은 인자들이 선충과 초파리 연구에서 장수에 관여함이 밝혀졌다. 또한 특이적 유전자를 결손 시킨 생쥐 모델을 이용한 연구에서도 인슐린/인슐린유사 성장인자-1 회로뿐 아니라 성장호르몬/인슐린유사 성장인자 회로도 장수에 관여함이 지난 수십 년 동안의 연구결과로 밝혀졌다. 간 조직 특이적으로 인슐린유사 성장인자-1 유전자를 결손 시킨 생쥐모델을 이용한 최근의 연구 결과에 의하면 인슐린유사 성장인자-1 자체도 장수에 관여함이 최초로 밝혀졌으며, 이는 인슐린유사 성장인자-1 회로가 무척추동물뿐 아니라 척추동물에서도 장수에 관여함을 명백하게 보여주는 결과이다. 장수를 조절하는 분자 메커니즘은 아직 완전하게 설명되지 않지만, 감소되어진 인슐린유사 성장인자-1의 신호가 장수와 노화의 조절에 중요한 역할을 하며, 인슐린유사 성장인자-1 회로에 관여하는 여러 가지 유전자들의 장수에서의 역할을 유전자 조작된 생쥐모델을 이용하여 집중적으로 검토하려 한다.
Major characteristics of embryonic stem cells (ESCs) are sustaining of sternness and pluripotency by self-renewal. In this report, transcriptional profiles of the molecules in the developmentally important signaling pathways including Wnt, BMP4, $TGF-\beta$, RTK, Hh, Notch, and JAK/STAT signaling pathways were investigated to understand the self-renewal of mouse ESCs (mESCs), J1 line, and compared with the NIH3T3 cell line and mouse embryonic fibroblast (MEF) cells as controls. In the Wnt signaling pathway, the expression of Wnt3 was seen widely in mESCs, suggesting that the ligand may be an important regulator for self-renewal in mESCs. In the Hh signaling pathway, the expression of Gli and N-myc were observed extensively in mESCs, whereas the expression levels of in a Shh was low, suggesting that intracellular molecules may be essential for the self-renewal of mESCs. IGF-I, IGF-II, IGF-IR and IGF-IIR of RTK signaling showed a lower expression in mESCs, these molecules related to embryo development may be restrained in mESCs. The expression levels of the Delta and HESS in Notch signaling were enriched in mESCs. The expression of the molecules related to BMP and JAK-STAT signaling pathways were similar or at a slightly lower level in mESCs compared to those in MEF and NIH3T3 cells. It is suggested that the observed differences in gene expression profiles among the signaling pathways may contribute to the self-renewal and differentiation of mESCs in a signaling-specific manner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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