Epigenetic processes in the development of skeletal muscle have been appreciated for over a decade. DNA methylation is a major epigenetic modification important for regulating gene expression and suppressing spurious transcription. Up to now, the importance of epigenetic marks in the regulation of Pax7 and myogenic regulatory factors (MRFs) expression is far less explored. In the present study, semi-quantitative the real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) analyses showed MyoD and Myf5 were expressed in activated and quiescent C2C12 cells. MyoG was expressed in a later stage of myogenesis. Pax7 was weakly expressed in differentiated C2C12 cells. To further understand the regulation of expression of these genes, the DNA methylation status of Pax7, MyoD, and Myf5 was determined by bisulfite sequencing PCR. During the C2C12 myoblasts fusion process, the changes of promoter and exon 1 methylation of Pax7, MyoD, and Myf5 genes were observed. In addition, an inverse relationship of low methylation and high expression was found. These results suggest that DNA methylation may be an important mechanism regulating Pax7 and MRFs transcription in cell myogenic differentiation.
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.
Simple formulas (單方) of muscle section in Donguibogam (東醫寶鑑) have long been prescribed for strengthening muscle and/or prevention of age-related muscle loss. However, biological activity and mechanisms by which they influence myoblast differentiation have not been studied. Therefore, in this study, we evaluated the effects of 14 simple formulas on myoblast differentiation in C2C12 myoblast cells under non-cytotoxic ($0.5mg/m{\ell}$) conditions. C2C12 cells were treated with water extracts of simple formulas for 72 h, and RT-PCR was performed to determine the gene expression levels of myogenic regulatory factors (MRFs), including myoD, myogenin, MRF4, myf5, and insulin like growth factor-1 (IGF-1). Treatment with Colocasiae Rhizoma (CR), Pini Semen (PS), and Sesami Semen (SS) resulted in a significant increase in expression of myogenin in C2C12 cells. Treatment with Allii Macrostemi Bulbus (AM), Colocasiae Rhizoma (CR), and Pini Semen (PS) also resulted in increased expression of MRF4 in C2C12 cells. In addition, enhanced expression of IGF-1 was observed in treatment with Eucommiae cortex (EC), Dioscoreae Rhizoma (DR), Colocasiae Rhizoma (CR), Pini Semen (PS), and Sesami Semen (SS) in C2C12 cells. These results indicate that simple formulas of muscle section in Donguibogam could potentially enhance myoblast differentiation at least in part via increasing expression of myogenin, and/or MRF4 and/or IGF-1.
Lee, E.J.;Bajracharya, P.;Jang, E.J.;Chang, J.S.;Lee, H.J.;Hong, S.K.;Choi, I.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제23권5호
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pp.649-658
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2010
Myogenic satellite cells (MSCs) are adult stem cells that activate and differentiate into myotubes. These stem cells are multipotent as they transdifferentiate into adipocyte-like cells, nerve cells and osteocytes. The effects of steroid hormones ($E_2$ and testosterone) were studied as a further step toward understanding the mechanism of MSCs proliferation and differentiation. In this study, MSCs were grown continuously for 87 days, implying that there may be a group of MSCs that continue to proliferate rather than undergoing differentiation. Isolated MSCs were cultured in Dulbecco's Modified Eagle's Medium supplemented with adult male, female or castrated bovine serum to observe the effect of steroid hormones on MSC proliferation. Cell proliferation was the highest in cultures supplemented with male serum followed by female and castrated serum. The positive effect of male hormone on MSC proliferation was confirmed by the observation of testosterone-mediated increased proliferation of cells cultured in medium supplemented with castrated serum. Furthermore, steroid hormone treatment of MSCs increased lipid accumulation in myotubes. Oil-Red-O staining showed that 17${\beta}$-estradiol ($E_2$) treatment avidly increased lipid accumulation, followed by $E_2$+testosterone and testosterone alone. To our knowledge, this is the first report of lipid accumulation in myotubes due to steroids in the absence of an adipogenic environment, and the effect of steroid hormones on cell proliferation using different types of adult bovine serum, a natural hormonal system. In conclusion, we found that sex steroids affect MSCs proliferation and differentiation, and lipid accumulation in myotubes.
Myogenic satellite cells have been isolated and identified by several recently elucidated molecular markers. Furthermore, knowledge about the precise function of these markers has provided insight into the early and terminal events of satellite cells during proliferation, differentiation, transdifferentiation, specification and activation. Recently, quiescent myogenic satellite cells have been associated with possession of Pax 3 and 7 that represent pluripotent stem cells capable of differentiating into other lineages. However, the mechanism by which myogenic satellite cells attain pluripotent potential remain elusive. Later, transdifferentiating ability of these cells to another lineage in the absence or presence of certain growth factor/ or agents has revolutionized the scope of these pluripotent myogenic satellite cells for manipulation of animal production (in terms of quality and quantity of muscle protein) and health (in terms of repair of skeletal muscle, cartilage or bone).
Jeong, Jin Young;Kim, Jang Mi;Rajesh, Ramanna Valmiki;Suresh, Sekar;Jang, Gul Won;Lee, Kyung-Tai;Kim, Tae Hun;Park, Mina;Jeong, Hak Jae;Kim, Kyung Woon;Cho, Yong Min;Lee, Hyun-Jeong
Reproductive and Developmental Biology
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제37권4호
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pp.219-224
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2013
Muscular satellite cell (SC), which is stem cell of postnatal pig, is an important for study of differentiation into adipogenesis, myogenesis, and osteoblastogenesis. In this study, we isolated and examined from pig muscle tissue to determine capacity in proliferate, differentiate, and expression of various genes. Porcine satellite cells (PSC) were isolated from semimembranosus (SM) muscles of 90~100 days old pigs according to standard conditions. The cell proliferation increased in multi-potent cell by Masson's, oil red O, and Alizarin red staining respectively. We performed the expression levels of differentiation related genes using real-time PCR. We found that the differentiation into adipocyte increased expression levels of both fatty acid binding protein 4 (FABP4) and peroxisome proliferator-activated receptor gamma ($PPAR{\gamma}$) genes (p<0.01). Myocyte increased the expression levels of the myosin heavy chain (MHC), myogenic factor 5 (Myf5), myogenic regulatory factor (MyoD), and Myogenic factor 4 (myogenin) (p<0.01). Osteoblast increased the expression levels of alkaline phosphatase (ALP) (p<0.01). Finally, porcine satellite cells were induced to differentiate towards adipogenic, myogenic, and osteoblastogenic lineages. Our results suggest that muscle satellite cell in porcine may influence cell fate. Understanding the progression of PSC may lead to improved strategies for augmenting meat quality.
The aim of this study was to analyze the proteome expression of bovine satellite cells from longissimus dorsi (LD), deep pectoral (DP) and semitendinosus (ST) muscle depots during in vitro myogenic differentiation. Proteomic profiling by twodimensional gel electrophoresis and mass spectrometry of differentiating satellite cells revealed a total of 38 proteins that were differentially regulated among the three depots. Among differentially regulated proteins, metabolic proteins like lactate dehydrogenase (LDH), malate dehydrogenase (MDH) were found to be up regulated in ST, while alpha-enolase (NNE) in LD and DP depot satellite cells were down regulated. Also, our analysis found that there was a prominent up regulation of cytoskeletal proteins like actin, actincapping protein and transgelin along with chaperone proteins like heat shock protein beta 1 (HSPB 1) and T-complex protein 1 (TCP-1). Among other up regulated proteins, LIM domain containing protein, annexin 2 and Rho GDP-dissociation inhibitor 1 (Rho GDI) are observed, which were already proven to be involved in the myogeneis. More interestingly, satellite cells from ST depot were found to have a higher myotube formation rate than the cells from the other two depots. Taken together, our results demonstrated that, proteins involved in glucose metabolism, cytoskeletal modeling and protein folding plays a key role in the myogenic differentiation of bovine satellite cells.
Objective: The effects of maternal undernutrition during midgestation on muscle fiber histology, myosin heavy chain (MyHC) expression, methylation modification of myogenic factors, and the mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling pathway in the skeletal muscles of prenatal and postnatal goats were examined. Methods: Twenty-four pregnant goats were assigned to a control (100% of the nutrients requirement, n = 12) or a restricted group (60% of the nutrients requirement, n = 12) between 45 and 100 days of gestation. Descendants were harvested at day 100 of gestation and at day 90 after birth to collect the femoris muscle tissue. Results: Maternal undernutrition increased (p<0.05) the fiber area of the vastus muscle in the fetuses and enhanced (p<0.01) the proportions of MyHCI and MyHCIIA fibers in offspring, while the proportion of MyHCIIX fibers was decreased (p<0.01). DNA methylation at the +530 cytosine-guanine dinucleotide (CpG) site of the myogenic factor 5 (MYF5) promoter in restricted fetuses was increased (p<0.05), but the methylation of the MYF5 gene at the +274,280 CpG site and of the myogenic differentiation (MYOD) gene at the +252 CpG site in restricted kids was reduced (p<0.05). mTOR protein signals were down-regulated (p<0.05) in the restricted offspring. Conclusion: Maternal undernutrition altered the muscle fiber type in offspring, but its relationship with methylation in the promoter regions of myogenic genes needs to be elucidated.
본 연구는 소의 부위별 근육에 특이하게 발현하는 유전자 마커를 발굴하여 소고기의 부위를 과학적으로 판명할 수 있는 기술을 개발하고자 실시하였다. 이러한 연구 목표 아래 먼저 사태(Beef shank), 등심(Longissimus dorsi), 양지(Deep pectoral), 홍두깨(Semitendinosus) 부위의 근육조직에서 MSC (myogenic satellite cell, 근육줄기세포)를 순수 분리하고 이를 MFC (myotube-formed cell; 근관이 형성된 세포)로 분화시키거나 ALC (adipocyte-like cell; 지방세포와 유사한 세포)로 이형분화 시킨 후 3가지의 세포로 부터 각각의 RNA를 추출하였다. 이렇게 추출한 RNA는 24,000개의 bovine oligo-nucelotide (70 mer)가 집적된 microarray를 이용해 4개의 조직 중 1개의 조직에서만 MSC의 분화(MFC) 또는 이형분화 과정에서 mRNA의 발현이 증감을 보이는 유전자 135개를 먼저 발굴하였다. 135개의 유전자에 대해 microarray 분석에 사용한 동일한 RNA를 이용하여 real-time PCR 기술로 검증한 결과 총 29개의 유전자가 microarray 분석 결과와 유사함을 보였다. 29개의 유전자를 다시 4개 부위의 생체 조직에서 추출한 RNA를 이용해 real-time PCR 방법으로 분석한 결과 TS (thymi- dlyate synthase), TE (tropoelastin), RAD52(similar RAD52 motifcontaining protein 1), unknown gene), MLC2 (myosin light 2, regulatory cardiac, slow), TXNIP (thioredoxin-interating protein) 6개의 유전자만이 다른 부위에 비해 사태 부위에서 현저한 발현의 차이를 나타냈다. 결론적으로 본 연구를 통해 소 부위별 근육을 구분할 수 있는 과학적 기술의 토대를 확립하였다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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