Insulin-like growth factors (IGFs), along with IGF-binding protein and IGF receptor, are well-known regulators in the growth and survival of vertebrates. In this study, we investigated the involvement of IGFs and protein variation during embryonic development of the olive flounder (Paralichthys olivaceus). Morphological stages were divided into six main developments as blastula, gastrula, cephalization, cranial regionalization, tail lift, and hatch. During embryonic development, protein variation was investigated using sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and electrospray ionization quadrupole time-of-flight mass spectrometry/mass spectrometry. In addition, the mechanism of signaling of IGF-I receptor was examined using immuno-blot analysis. We found marked changes in protein expression at four stages of embryonic development and identified proteins as belonging to the vitellogenin 2 family. As development progresses, expression of IGF-II, phosphotyrosine, and phospho-Akt increased, while expression of growth factor receptor-bound protein 2 (GRB2) and one of guanine-nucleotide-binding proteins (Ras) decreased. These results provide basic information on the IGF system in the embryonic development of the olive flounder.
Ha, Woo Tae;Jeong, Ha Yeon;Lee, Seung Yoon;Song, Hyuk
Development and Reproduction
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v.20
no.3
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pp.179-185
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2016
The insulin-like growth factor (IGF) pathway is a key signal transduction pathway involved in cell proliferation, migration, and apoptosis. In dairy cows, IGF family proteins and binding receptors, including their intracellular binding partners, regulate mammary gland development. IGFs and IGF receptor interactions in mammary glands influence the early stages of mammogenesis, i.e., mammary ductal genesis until puberty. The IGF pathway includes three major components, IGFs (such as IGF-I, IGF-II, and insulin), their specific receptors, and their high-affinity binding partners (IGF binding proteins [IGFBPs]; i.e., IGFBP1-6), including specific proteases for each IGFBP. Additionally, IGFs and IGFBP interactions are critical for the bioactivities of various intracellular mechanisms, including cell proliferation, migration, and apoptosis. Notably, the interactions between IGFs and IGFBPs in the IGF pathway have been difficult to characterize during specific stages of bovine mammary gland development. In this review, we aim to describe the role of the interaction between IGFs and IGFBPs in overall mammary gland development in dairy cows.
It is well known that both insulin-like growth factor-I and suppressor of cytokine signaling-3 (SOCS-3) are known to modulate various aspects of physiology in skeletal muscle cells. Furthermore, although SOCS-3 expression is related to insulin resistance in non-skeletal muscle cells and is known to interact with insulin-like growth factor-I receptor, the effect of IGF-I on SOCS-3 gene expression in skeletal muscle cells is presently unknown. C2C12 myotubes were treated with different concentrations (0-200 ng/ml) of IGF-I or for various periods of time (3-72 hr). Immunofluorescent staining image revealed that IGF-I induced SOCS-3 protein expression in a dose-dependent manner. Western blot data also showed that SOCS-3 proteins were induced by IGF-I (200 ng/ml) in C2C12 myotubes in a time-dependent manner. The level of SOCS-3 mRNA was also significantly increased after 3hr of IGF-I (10-100 ng/ml) treatment. However, the levels of SOCS-3 mRNA were significantly decreased after 24 and 48 hr of IGF-I (10-100 ng/ml) treatment compared to the control. In conclusion, SOCS-3 protein is induced by IGF-I treatment in C2C12 skeletal muscle cells and this induction is regulated pretranslationally. The modulating effect of IGF-I on SOCS-3 expression may be an important regulator of gene expression in skeletal muscle cells.
This review focuses on modulation of growth hormone (GH) and its downstream actions on periparturient dairy cows undergoing physiological and metabolic adaptations. During the periparturient period, cows experience a negative energy balance implicating that the feed intake does not meet the total energy demand for the onset of lactation. To regulate this metabolic condition, key hormones of somatotropic axis such as GH, IGF-I and insulin must coordinate adaptations required for the preservation of metabolic homeostasis. The hepatic GHR1A transcript and GHR protein are reduced at parturition, but recovers on postpartum. However, plasma IGF-I concentration remains low even though hepatic abundance of the GHR and IGF-I mRNA return to pre-calving value. This might be caused by alternation in IGFBPs and ALS genes, which consequently affect the plasma IGF-I stability. Plasma insulin level declines in a parallel manner with the decrease in plasma IGF-I after parturition. Increased GH stimulates the lipolytic effects and hepatic glucose synthesis to meet the energy requirement for mammary lactose synthesis, suggesting that GH antagonizes insulin-dependent glucose uptake and attenuates insulin action to decrease gluconeogenesis.
The uterus plays a critical role in pregnancy and steroid hormones, and both estrogen (E2) and progesterone (P4) especially play important roles in the cross-talk between embryos and uterus to support the pregnancy. E2 stimulates uterine growth during early pregnancy to prepare for implantation of embryos. This cross-talk during the implantation period involves hormones (E2 and P4) and growth factors, including insulin-like growth factor-I (IGF-I). In the uterus of a pregnant pig, the action of E2 is mediated by estrogen receptor-${\beta}$ (ER-${\beta}$). The expression of ER-a was much higher in early pregnancy than in mid- and late- pregnancy, suggesting E2 secretion from embryos enhances transcription of ER-a during early pregnancy. In order to prove whether IGF-I is an E2 target gene, quantitative real-time PCR was performed on ovariectomized murine uterus with E2 and/or P4 treatment(s). Increased IGF-I mRNA expression was observed with E2 treatment, however, it was not significantly induced by P4 treatment, which clearly demonstrates that, in mice, E2 depends on the activation of uterine IGF-I gene expression. The expression of IGF-I in the uterus of pigs was much higher in early pregnancy than in mid- and late- pregnancy and these data exhibited the same expression pattern with the ER-${\beta}$ gene expression in the uterus. It suggests that a positive co-relationship between IGF-I and ER-${\beta}$ expression exists in the uterus, and that both gene expressions of IGF-I and ER-${\beta}$ are regulated by E2. It further suggests that uterine the IGF-I gene expression might be initiated by E2 secreted from embryos to increase ER-${\beta}$ gene expression, and that this increased ER-${\beta}$ further stimulates the expression of IGF-I in the uterus during early pregnancy.
It has been reported that glomerulosclerosis mediated by the dysfunction of mesangial cells and insulin-like growth factors (IGFs) are associated with the development of diabetic nephropathy. However, it is not yet known the effect of high glucose on IGF-I, -II secretion, IGF-I receptor, and IGFBPs expression in the mesangial cells. Thus, this study was conducted to examine the effect of high glucose on IGF system and its involvement of protein kinase C (PKC) and oxidative stress in mesangial cells. In this study, high glucose (25 mM) increased IGF-I and IGF-II secretion and mRNA expression (P<0.05), which was blocked by PKC inhibitor (staurosporine, 10/sup -8/ M) and antioxidant (N-acetyl cystein, 10/sup -5/ M). High glucose decreased IGFBP-1 and -2 expression but increased IGFBP-5 expression. These alteration of IGFBPs by high glucose was also prevented by staurosporine and NAC, suggesting the role of PKC and oxidative stress. Indeed, high glucose increased PKC activity. Furthermore, high glucose-induced increase of lipid peroxide (LPO) formation was blocked by PKC inhibitors. In conclusion, high glucose alters IGF system via PKC-oxidative pathways in mesangial cells.
The mechanisms of $estradiol-17{\beta}$ regulating growth of both normal and neoplastic cells are not clear until now. In studies using various estrogen-dependent breast cell lines, it is recently known that estrogen controls the cell growth by regulating the expression of growth factors and/or their receptors. In the present study, we investigated the effects of $estradiol-17{\beta}$on cell growth and IGF-I binding sites using primary cultured renal proximal tubule cells. We have obtained results as follows : $Estradiol-17{\beta}(10^{-9})$ has stimulatory effects in cell growth. Cotreatment of $estradiol-17{\beta}(10^{-9}M)$ and $IGF-I(5{\times}10^{-8}M)$ significantly increased the growth of primary rabbit renal proximal tubule cells compared to that of $estradiol-17{\beta}$ or IGF-I alone treated cells. In binding studies, we found that the binding of $^{125}IGF-I$ on cell membranes was incubation time- and temperature-dependent. Incubation at $37^{\circ}C$ results in higher binding of $^{125}IGF-I$ than that of $23^{\circ}C$ or $4^{\circ}C$. Maximum binding was observed at $37^{\circ}C$ between 30 and 60 minutes. The binding of $^{125}IGF-I$ to both control and $estradiol-17{\beta}-treated$ cells was inhibited by unlabelled $IGF-I(10^{-8}{\sim}10^{-12}M)$ in a concentration-dependent manner. However, EGF did not compete for $^{125}IGF-I$ binding at $10^{-8}{\sim}10^{-12}M$. IGF-I binding to the membranes from both control and $estradiol-17{\beta}-treated$ cells was also analyzed. We found that $estradiol-17{\beta}-treated$ cells exhibited higher binding activity for IGF-I. When $estradiol-17{\beta}$ or tamoxifen alone, or $estradiol-17{\beta}$ and tamoxifen cotreated cells were compared, the binding ratio of $^{125}I-IGF-I$ of $estradiol-17{\beta}-treated$ cell was significantly increased but was similar to control in both $estradiol-17{\beta}$ and tamoxifen cotreated cell. These results suggest that $estradiol-17{\beta}$ in part controls cell proliferation by regulating the expression of IGF-I receptors in primary rabbit renal proximal tubule cells.
Kim Hyun-Joo;Shin Young-Min;Chang Suk-Min;Park Chang-Sik;Jin Dong-Il
Reproductive and Developmental Biology
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v.30
no.2
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pp.93-97
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2006
To study the signaling effect of insulin-like growth factor-I(IGF-1), transgenic mice containing IGF-1 Receptor (IGF-1R) cDNA fused to metallothionein promoter were produced by DNA microinjection into the pronucleus of mouse zygote. Three founders were produced with transgenic mice containing IGF-1R gene. Transgenic mice lines contained approximately $4{\sim}20$ copies of transgenes per cell and transmission of this gene into the progeny with Mendelian manner were determined. The founder mice were mated with normal mice to produce $F_1$ mice and then $F_2$ mice. Transmission rates of IGF-1R transgene in the progeny mice were $25{\sim}60%$ in $F_1$ generation and $40{\sim}50%$ in $F_2$ generation. The mRNA expression of IGF-1R transgene in liver was analyzed using RT-PCR for IGF-1R gene in liver. When body weights of transgenic pups were measured during 4, 10 and 14 weeks after birth, IGF-1R transgenic mice grew faster than non transgenic littermates. This study indicated that growth regulation by IGF-1 signaling through IGF-1R can be elucidated using IGF-1R transgenic mice.
A total of 60 one-day-old Yellow-feather broiler chickens were allotted into treatment and control groups. The treatment group was fed with the diet supplemented with 3% conjugated linoleic acid (CLA) for 48 d, while control group was fed with the diet supplemented with 3% rapeseed oil. Chickens were slaughtered in each group at the age of 49 d, and the blood and the abdominal adipose tissue were sampled. Serum cLeptin and serum cAdiponectin were measured by ELISA. The total RNA was extracted from adipose tissue to measure the abundance of the chicken growth hormone receptor (cGHR), insulin-like growth factor 1 (cIGF-1), insulin-like growth factor I receptor (cIGF-IR), peroxisome proliferator-activated receptor gamma ($cPPAR{\gamma}$), cAdiponectin and cAdipoIR mRNA by RT-PCR using ${\beta}$-actin as an internal standard. Results showed that the CLA decreased the abdominal fat index by 20.93% (p<0.05). The level of serum cLeptin but not serum cAdiponectin was significantly increased by CLA treatment (p<0.05). CLA down-regulated the relative abundance of cGH-R mRNA and $cPPAR{\gamma}$ mRNA in abdominal adipose tissue by 24.74% (p<0.05) and 66.52% (p<0.01) respectively. However, no differences were found between CLA treatment group and control group (p>0.05) in the relative abundance of cIGF-1, cIGF-IR, cAdiponectin, and cAdipoIR mRNA in abdominal adipose tissue. The data suggested that CLA inhibited abdominal fat deposition in broiler chicken may be determined by decreasing the GHR available for GH, and by inhibiting the differentiation of preadipocytes via down-regulation of $PPAR{\gamma}$, but independent of IGF and (or) GH-IGF pathway or adiponectin action.
Nutrient availability may control muscle growth directly and indirectly through its influence on regulatory factors. We analyzed the effects of nutrient availability on the breast muscle insulin-like growth factor system. Real time RT-PCR was used to quantify the level of transcription in breast muscle from Langshan (LS) layer and Arbor Acres (AA) broiler chickens subjected to different feeding regimens during embryonic and postnatal development. The AA chickens were fed AA diet (AA, control group) while the LS chickens were either fed LS diet (LL) or AA diet (LA). According to our results, insulin-like growth factor (IGF)-II (embryonic day 16 (E16) - postnatal day 42 (P42)), IGF-I receptor (IGF-IR, E18-P42), and IGF binding protein (IGFBP)-2 (E18-P42), -5 (E16-P14), -7 (E12-P0), and -3 (E12-P0) were positively correlated with IGF-I, while IGFBP-3 (P0-P28) was negatively correlated with IGF-I. In comparison, IGF-IR (E18-P42), IGFBP-2 (E18-P42), IGFBP-5 (E14-P0), and IGFBP-3 (E16-P0) were positively correlated with IGF-II, while IGF-IR (E10-E16) and IGFBP-3 (P0-P28) were negatively correlated with IGF-II. Moreover, IGFBP-2 (E16-P42), -7 (E10-E16), and -3 (E10-E16) were positively correlated with IGF-IR, while IGFBP-3 (P0-P28) was negatively correlated with IGF-IR. Finally, IGFBP-7 (E12-P0) was positively correlated with IGFBP-3, while IGFBP-2 (P0-P28) and -7 (P0-P42) were negatively correlated with IGFBP-3. Overall, the AA chickens exhibited higher levels of IGF-I, IGF-IR, and IGFBP-2 mRNA expression than the LL chickens, while the opposite was true for IGFBP-7. No strain differences in IGF-I, IGF-IR, and IGFBP-7 mRNA expression were detected between LA and AA chickens; however, a strain difference was observed for IGFBP-2. LA chickens exhibited higher levels of IGFBP-2 than LL chickens, while the opposite was true for IGFBP-7. Our data show the first evidence that certain genes may be correlated during specific developmental periods and that strain differences in the expression of those genes in LS and AA chickens are due to differential responses to the same diet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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