Nutritional regulation of gene expression associated with growth and feeding behavior in avian species can become an important technique to improve poultry production according to the supply of nutrients in the diet. Insulin-like growth factor-I (IGF-I) found in chickens has been characterized to be a 70 amino acid polypeptide and plays an important role in growth and metabolism. Although it is been well known that IGF-I is highly associated with embryonic development and post-hatching growth, changes in the distribution of IGF-I gene expression throughout early- to late-embryogenesis have not been studied so far. We revealed that the developmental pattern of IGF-I gene expression during embryogenesis differed among various tissues. No bands of IGF-I mRNA were detected in embryonic liver at 7 days of incubation, and thereafter the amount of hepatic IGF-I mRNA was increased from 14 to 20 days of incubation. In eyes, a peak in IGF-I mRNA levels occurred at mid-embryogenesis, but by contrast, IGF-I mRNA was barely detectable in the heart throughout all incubation periods. In the muscle, no significant difference in IGF-I gene expression was observed during different stages of embryogenesis. After hatching, hepatic IGF-I gene expression as well as plasma IGF-I concentration increases rapidly with age, reaches a peak before sexual maturity, and then declines. The IGF-I gene expression is very sensitive to changes in nutritional conditions. Food-restriction and fasting decreased hepatic IGF-I gene expression and refeeding restored IGF-I gene expression to the level of fed chickens. Dietary protein is also a very strong factor in changing hepatic IGF-I gene expression. Refeeding with dietary protein alone successfully restored hepatic IGF-I gene expression of fasted chickens to the level of fed controls. In most circumstances, IGF-I makes a complex with specific high-affinity IGF-binding proteins (IGFBPs). So far, four different IGFBPs have been identified in avian species and the major IGFBP in chicken plasma has been reported to be IGFBP-2. We studied the relationship between nutritional status and IGFBP-2 gene expression in various tissues of young chickens. In the liver of fed chickens, almost no IGFBP-2 mRNA was detected. However, fasting markedly increased hepatic IGFBP-2 gene expression, and the level was reduced after refeeding. In the gizzard of well-fed young chickens, IGFBP-2 gene expression was detected and fasting significantly elevated gizzard IGFBP-2 mRNA levels to about double that of fed controls. After refeeding, gizzard IGFBP-2 gene expression decreased similar to hepatic IGFBP-2 gene expression. In the brain, IGFBP-2 mRNA was observed in fed chickens and had significantly decreased by fasting. In the kidney, IGFBP-2 gene expression was observed but not influenced by fasting and refeeding. Recently, we have demonstrated in vivo that gizzard and hepatic IGFBP-2 gene expression in fasted chickens was rapidly reduced by intravenous administration of insulin, as indicated that in young chickens the reduction in gizzard and hepatic IGFBP-2 gene expression in vivo stimulated by malnutrition may be, in part, regulated by means of the increase in plasma insulin concentration via an insulin-response element. The influence of dietary protein source (isolated soybean protein vs. casein) and the supplementation of essential amino acids on gizzard IGFBP-2 gene expression was examined. In both soybean protein and casein diet groups, the deficiency of essential amino acids stimulated chickens to increase gizzard IGFBP-2 gene expression. Although amino acid supplementation of a soybean protein diet significantly decreased gizzard IGFBP-2 mRNA levels, a similar reduction was not observed in chickens fed a casein diet supplemented with amino acids. This overview of nutritional regulation of IGF-I and IGFBP-2 gene expression in young chickens would serve for the establishment of the supply of nutrients to diets to improve poultry production.
Insulin-like growth factor-I (IGF-I) mRNA levels in the eyes, heart, liver and breast muscle removed from dwarf egg-type, normal egg-type and normal meat-type chicken embryos at 7, 14 and 20 days of incubation were measured. There was no influence of chicken strain on IGF-I gene expression in the eyes and liver. The IGF-I gene expression in eyes increased significantly along with the incubation period. In the liver, IGF-I gene expression at 20 days of incubation was significantly higher than that at 14 days of incubation. In the muscle, the lowest value for IGF-I gene expression was observed in meat-type chicken embryos. Regression analysis revealed that IGF-I gene expression was significantly correlated to the weights of the eyes and liver, but not the muscle. We conclude that there is little influence of strain on tissue IGF-I gene expression in chicken embryos during incubation but that tissue development in chicken embryos is nevertheless at least partly regulated by the change in IGF-I gene expression.
The influence of refeeding either protein, carbohydrate or fat on hepatic insulin-like growth factor-I (IGF-I) mRNA level in chicks which had been fasted for 2 days was examined. The hepatic IGF-I mRNA was measured by ribonuclease protection assay. Fasting reduced hepatic IGF-I mRNA levels to less than half of those in the fed control. When chicks were refed either a control, protein or carbohydrate diet, IGF-I mRNA levels significantly increased to those in the fed control until 2 hours of refeeding. Refeeding of fat did not alter hepatic IGF-I mRNA levels. The significant correlation between liver weight and hepatic IGF-I gene expression suggests that when chicks are refed after 2-d fasting, the acute increase in hepatic IGF-I gene expression brought about after refeeding may be partly regulated by the increase in liver protein metabolism.
In mammalian ovary, steroidogenic acute regulatory (StAR) protein mediates the true rate-limiting step of transport of cholesterol from outer to inner mitochondrial membrane. Appropriate expression of StAR gene represents an indispensable component of steroidogenesis and its regulation has been found to be species specific. However, limited information is available regarding StAR gene expression during estrous cycle in buffalo ovary. In the present study, expression, localization and hormonal regulation of StAR mRNA were analyzed by semi-quantitative RT-PCR in buffalo ovary and partial cDNA was cloned. Total RNA was isolated from whole follicles of different sizes, granulosa cells from different size follicles and postovulatory structures like corpus luteum and Corpus albicans. Semi-quantitative RT-PCR analyses showed StAR mRNA expression in the postovulatory structure, corpus luteum. No StAR mRNA was detected in total RNA isolated from whole follicles of different size including the preovulatory follicle (>9 mm in diameter). However, granulosa cells isolated from preovulatory follicles showed the moderate expression of StAR mRNA. To assess the hormonal regulation of StAR mRNA, primary culture of buffalo granulosa cells were treated with FSH (100 ng/ml) alone or along with IGF-I (100 ng/ml) for 12 to 18 h. The abundance of StAR mRNA increased in cells treated with FSH alone or FSH with IGF-I. However, effect of FSH with IGF-I on mRNA expression was found highly significant (p<0.01). In conclusion, differential expression of StAR messages was observed during estrous cycle in buffalo ovary. Also, there was a synergistic action of IGF-I on FSH stimulation of StAR gene.
The purpose of this study is to evaluate the effect of IGF-I for DNA synthetic activity and the mRNA expression of bone matrix protein, type I collagen and osteopontin in prolifetation and differentiation of MC3T3-E1 cells. To evaluate DNA synthetic activity, cells were seeded at $2{\times}10^4cells/ml$ in 24 well plates and to evaluate mRNA of type I collagen and osteopontin cells were seeded at $5{\times}10^5cells/ml$ in 100mm culture dishes. These cells were cultured in alpha-minimum essential medium(${\alpha}-MEM$) containing 10% fetal bovine serum at $37^{\circ}C$, 5% $CO_2$ incubator. For DNA synthetic activity test 1, 10, 100ng/ml IGF-I were added to the cells which had been cultured for 3 days before 24 hours. For type I collagen mRNA expression 1, 10ng/ml IGF-I were added to the cells which had been cultured for 5, 10 days and for osteopontin mRNA expression 0.1, 1, 10ng/ml IGF-I were added to the cells which had been cultured for 5, 15, 20 days. Cell proliferaton was measured by the incorporation of [$^3H$]-thymidine into DNA and expression for type I collagen and osteopontin were measured by northern blot analysis. The results were as follows : DNA synthetic activity were generally higher in experimental group than control group. Expressions of type I collagen mRNA were higher at 5 day group and much lower at 10 day group in the control groups. In the experimental groups, mRNA expressions were slightly increased when 1 ng/ml IGF-I were added to 5 day group and decreased in all experimental 10 day groups. Expressions of osteopontin mRNA were higher at 20 day groups and lower at 15 day groups than the control groups. In the experimental groups, mRNA expressions were incereased when 0.1, 1 ng/ml IGF-I were added to 5 day group and in all the 15 day groups, but decreased when 0.1, 1, 10 ng/ml IGF-I were added to 20 day groups. IGF-I stimulated DNA synthetic activity of MC3T3-E1 cells during proliferation stage significantly, did not greatly changed effects on type I collagen mRNA expression and stimulated osteopontin mRNA expression at 15 day especially. In conclusion, we suggests that IGF-I have a tendency of stimulation effect of DNA synthetic activity but do not stimulate type I collagen mRNA in proliferation stage of MC3T3-E1 cell cultures, and stimulate osteopontin mRNA in differentiation stage of MC3T3-E1 cell cultures.
Insulin-like growth factor-I(IGF-I)은 성장호르몬의 여러 가지 성정촉진 작용을 매개하는 분열 유발성 폴리펩티드이며, 조직의 수선과 재생, 창상치유 및 골대사와 같은 과정들에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있고, 비교적 여러 조직에서 발현되고 있는 IGF-I 유전자의 전사조절에 대한 정확한 분자적 기전과 호르몬 및 대사 상태가 그것을 어떻게 조절하는지 아직 밝혀져 있지 않다. 쥐를 절삭시키므로써 대사 상태를 변조시켰을 때, 간 조직내 IGF-I mRNA의 발현에 미치는 절식의 영향을 살펴보기 위하여 solution hybridizatioon/RNase protection 방법으로 분석 하였다. IGF-I의 exon 1 및 exon 2에 의하여 encode된 tran-scripts 모두가 감소된 결과를 얻었고, 이러한 감소는 전사 수준에서 일어난 것으로 nuclear run-on 분석에 의하여 확인하였다. 또한 절식시킨 쥐에서 IGF-I mRNA의 양을 조절하는 cia-acting elements를 IGF-I 유전자의 5'-flanking 지역과 exon 1과 econ 2에서 밝히고자 절식시킨 쥐의 신선한 간조직에서 핵 추출물을 얻어 IGF-I의 여러 가지 DNA fragments와 반응시켜 DNase I protection 분석을 한 결과, IGF-I 유전자의 주요한 전사 개 시점으로부터 downstream에 있는 sequences가 절식으로 변조시킨 대사상태에서 IGF-I의 발현 조절에 중요하며 이곳에는 전사인자인 C/EBP family의 isoform들을 포함한 간조직에 풍부하게 존재하는 여러 전사인자들이 결합할 것으로 제안하였다.
본 연구에서는 C2C12 근육 세포의 분화 과정에 있어 IGF-I이 지방산의 수송을 담당하는 FABPpm mRNA 및 단백질 발현에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 알아보았다. 그 결과 근육세포의 분화에 있어 FABPpm의 단백질과 mRNA 발현이 IGF-I에 의해 유의하게 조절되었음을 알 수 있었다. 이는 기존의 여러 연구의 결과인 IGF-I이 골격근에서 근육 관련 유전자들의 발현을 조절하여 근부피 유지 및 증대에 중심적인 역할 것뿐만 아니라, 지방산의 수송을 담당하는 FABPpm의 발현에도 영향을 미친다는 사실을 밝혔다는 것에 의의가 있다고 생각된다. 향후 골격근에서 IGF-I에 의한 FABPpm 발현 조절에 있어, 세포 내부에서의 신호전달 경로 및 상호작용 인자들에 관한 연구를 통해 지방 대사를 조절하는 기전에 관한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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.
본 연구에서는 C2C12 근육 세포에서 IGF-I이 지방산 저장과 사용에 영향을 미치는 FATP1의 mRNA 및 단백질 발현에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 그 결과 IGF-I이 FATP1의 단백질과 mRNA 발현을 유의성 있게 조절하였음을 알 수 있었다. 이는 골격근에서 IGF-I이 근육 관련 유전자들의 발현을 조절하여 근부피 유지 및 증대에 중심적인 역할을 한다는 기존의 연구 패턴들에서 벗어나, IGF-I이 골격근 세포의 분화에 있어 지방산의 수송을 담당하는 FATP1의 발현에도 영향을 미친다는 사실을 증명하였다는데 의의가 있다고 사료된다. 향후 IGF-I에 의한 FATP1의 지방산 저장의 수준과 산화 과정에 있어 상호작용하는 기타 매개체들과의 관계에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 C2C12 근육 세포에서 IGF-I이 세포골격 연결 단백질인 plectin과 MACF1 유전자 발현에 미치는 영향에 대해 알아보았다. 그 결과 IGF-I이 plectin 유전자의 단백질과 mRNA 발현을 증가시켰으며, MACF1 mRNA 발현을 증가시켰음을 알 수 있었다. 이는 운동에 의해 근육에서 분비가 증가하는 IGF-I이 근육 관련 유전자들의 발현을 조절하여 근부피 유지에 영향을 미친다는 기존의 연구 결과들에서 더 나아가 골격근 구조 안정화 및 근수축 기전에 기여하는 plectin과 MACF1 유전자 발현에도 영향을 미친다는 사실을 증명하였다는데 의의가 있다고 사료된다. 향후 근수축 기전에 있어, 운동 형태, 근섬유의 종류에 따른 세포 골격 단백질의 역할 규명 및 조절자에 관한 연구가 더 수행된다면 운동이 골격근의 생리적 변화에 미치는 영향에 대한 추가적 정보를 제공할 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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