Objective: To investigate the stem cell-like characteristics of human periodontal ligament (PDL) stromal cells outgrown from orthodontically extracted premolars and to evaluate the potential for myogenic differentiation. Methods: PDL stromal cells were obtained from extracted premolars by using the outgrowth method. Cell morphological features, self-replication capability, and the presence of cell-surface markers, along with osteogenic, adipogenic, and chondrogenic differentiation, were confirmed. In addition, myogenic differentiation was induced by the use of 5-aza-2'-deoxycytidine (5-Aza) for DNA demethylation. Results: PDL stromal cells showed growth patterns and morphological features similar to those of fibroblasts. In contrast, the proliferation rates of premolar PDL stromal cells were similar to those of bone marrow and adipogenic stem cells. PDL stromal cells expressed surface markers of human mesenchymal stem cells (i.e., CD90 and CD105), but not those of hematopoietic stem cells (i.e., CD31 and CD34). PDL stromal cells were differentiated into osteogenic, adipogenic, and chondrogenic lineages. Myotube structures were induced in PDL stromal cells after 5-Aza pretreatment, but not in the absence of 5-Aza pretreatment. Conclusions: PDL stromal cells isolated from extracted premolars can potentially be a good source of postnatal stem cells for oromaxillofacial regeneration in bone and muscle.
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).
Wenyong Fei;Erkai Pang;Lei Hou;Jihang Dai;Mingsheng Liu;Xuanqi Wang;Bin Xie;Jingcheng Wang
International Journal of Stem Cells
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v.16
no.1
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pp.78-92
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2023
Background and Objectives: This study aims to clarify the systems underlying regulation and regulatory roles of hydrogen combined with 5-Aza in the myogenic differentiation of adipose mesenchymal stem cells (ADSCs). Methods and Results: In this study, ADSCs acted as an in vitro myogenic differentiating mode. First, the Alamar blue Staining and mitochondrial tracer technique were used to verify whether hydrogen combined with 5-Aza could promote cell proliferation. In addition, this study assessed myogenic differentiating markers (e.g., Myogenin, Mhc and Myod protein expressions) based on the Western blotting assay, analysis on cellular morphological characteristics (e.g., Myotube number, length, diameter and maturation index), RT-PCR (Myod, Myogenin and Mhc mRNA expression) and Immunofluorescence analysis (Desmin, Myosin and 𝛽-actin protein expression). Finally, to verify the mechanism of myogenic differentiation of hydrogen-bound 5-Aza, we performed bioinformatics analysis and Western blot to detect the expression of p-P38 protein. Hydrogen combined with 5-Aza significantly enhanced the proliferation and myogenic differentiation of ADSCs in vitro by increasing the number of single-cell mitochondria and upregulating the expression of myogenic biomarkers such as Myod, Mhc and myotube formation. The expressions of p-P38 was up-regulated by hydrogen combined with 5-Aza. The differentiating ability was suppressed when the cells were cultivated in combination with SB203580 (p38 MAPK signal pathway inhibitor). Conclusions: Hydrogen alleviates the cytotoxicity of 5-Aza and synergistically promotes the myogenic differentiation capacity of adipose stem cells via the p38 MAPK pathway. Thus, the mentioned results present insights into myogenic differentiation and are likely to generate one potential alternative strategy for skeletal muscle related diseases.
Minkyung, Ryu;Minsu, Kim;Hyun Young, Jung;Cho Hyun, Kim;Cheorun, Jo
Animal Bioscience
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v.36
no.2
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pp.295-306
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2023
Objective: Inhibiting the p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway delays differentiation and increases proliferation of muscle stem cells in most species. Here, we aimed to investigate the effect of p38 inhibitor (p38i) treatment on the proliferation and differentiation of chicken muscle stem cells. Methods: Chicken muscle stem cells were collected from the muscle tissues of Hy-line Brown chicken embryos at embryonic day 18, then isolated by the preplating method. Cells were cultured for 4 days in growth medium supplemented with dimethyl sulfoxide or 1, 10, 20 μM of p38i, then subcultured for up to 4 passages. Differentiation was induced for 3 days with differentiation medium. Each treatment was replicated 3 times. Results: The proliferation and mRNA expression of paired box 7 gene and myogenic factor 5 gene, as well as the mRNA expression of myogenic differentiation marker gene myogenin were significantly higher in p38i-treated cultures than in control (p<0.05), but immunofluorescence staining and mRNA expression of myosin heavy chain (MHC) were not significantly different between the two groups. Oil red O staining of accumulated lipid droplets in differentiated cell cultures revealed a higher lipid density in p38i-treated cultures than in control; however, the expression of the adipogenic marker gene peroxisome proliferator activated receptor gamma was not significantly different between the two groups. Conclusion: p38 inhibition in chicken muscle stem cells improves cell proliferation, but the effects on myogenic differentiation and lipid accumulation require additional analysis. Further studies are needed on the chicken p38-MAPK pathway to understand the muscle and fat development mechanism.
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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v.23
no.5
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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 (MSCs) are mononuclear, multipotent progenitors of adult skeletal muscle possessing a capacity of forming adipocyte-like cells (ALC). To identify the skeletal muscle type-specific myogenic and adipogenic genes during MSCs differentiation, total RNA was extracted from bovine MSCs, myotube-formed cell (MFC), and ALC from each of Beef shank, Longissimus dorsi, Deep pectoral, and Semitendinosus. DNA microarray analysis (24,000 oligo chip) comparing MSCs with MFC and ALC, respectively, revealed 135 differentially expressed genes (> 4 fold) among four cuts. Real-time PCR confirmed expression of 29 genes. Furthermore, the whole tissue sample RNAs analysis showed 6 differentially expressed genes in Beef shank. Among which, 1 gene in MSCs, 4 in MFC, and 1 in ALCs were highly expressed. This study will provide an insight for better understanding the molecular mechanism of differentiation of skeletal muscle type-specific MSCs. The identified genes may be used as marker to distinguish skeletal muscle types.
Stem cells have self-renewal capacity, long-term viability, and multiline age potential. Adult bone marrow contains mesenchymal stem cells. Bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) are progenitors of skeletal tissue components and can differentiate into adipocytes, chondrocytes, osteoblasts, and myoblasts in vitro and undergo differentiation in vivo. However, the clinical use of BMSCs has presented problems, including pain, morbidity, and low cell number upon harvest. Recent studies have identified a putative stem cell population within the adipose tissue. Human adipose tissue contains pluripotent stem cells simillar to bone marrow-derived stem cells that can differentiate toward the osteogenic, adipogenic, myogenic, and chondrogenic lineages. Human adipose tissue-derived stem cells (ATSCs) could be proposed as an alternative source of adult bone marrow stem cells, and could be obtained in large quantities, under local anesthesia, with minimal discomfort. Human adipose tissue obtained by liposuction was processed to obtain ATSCs. In this study, we compared the osteogenic differentiation of ATSCs in a specific osteogenic induction medium with that in a non-osteogenic medium. ATSCs were incubated in an osteogenic medium for 28 days to induce osteogenesis respectively. Osteogenic differentiation was assessed by von Kossa and alkaline phosphatase staining. Expression of osteocyte specific bone sialoprotein, osteocalcin, collagen type I and alkaline phosphatase, bone morphogenic protein 2, bone morphogenic protein 6 was confirmed by RT-PCR. ATSCs incubated in the osteogenic medium were stained positively for von Kossa and alkaline phosphatase staining. Expression of osteocyte specific genes was also detected. Since this cell population can be easily identified through fluorescence microscopy, it may be an ideal source of ATSCs for further experiments on stem cell biology and tissue engineering. The present results show that ADSCs have an ability to differentiate into osteoblasts. In the present study, we extend this approach to characterize adipose tissue-derived stem cells.
Background: Ginsenoside Rg1 belongs to protopanaxatriol-type ginsenosides and has diverse pharmacological activities. In this report, we investigated whether Rg1 could upregulate muscular stem cell differentiation and muscle growth. Methods: C2C12 myoblasts, MyoD-transfected 10T1/2 embryonic fibroblasts, and HEK293T cells were treated with Rg1 and differentiated for 2 d, subjected to immunoblotting, immunocytochemistry, or immunoprecipitation. Results: Rg1 activated promyogenic kinases, p38MAPK (mitogen-activated protein kinase) and Akt signaling, that in turn promote the heterodimerization with MyoD and E proteins, resulting in enhancing myogenic differentiation. Through the activation of Akt/mammalian target of rapamycin pathway, Rg1 induced myotube growth and prevented dexamethasone-induced myotube atrophy. Furthermore, Rg1 increased MyoD-dependent myogenic conversion of fibroblast. Conclusion: Rg1 upregulates promyogenic kinases, especially Akt, resulting in improvement of myoblast differentiation and myotube growth.
Bone marrow derived mesenchymal stem cells (BMSCs) are largely studied for their potential clinical use. But it is hard to get enough number of those cells for clinical trials and give serious pain to the patients. Adipose tissue is derived from the embryonic mesenchyme and contains a stroma that is easily isolated with large amount. This cell population (adipose derived stem cells: ADSCs) can be isolated from human lipoaspirates and like MSCs, differentiate toward the osteogenic, adipogenic, myogenic and chondrogenic lineages. To confirm whether adipose tissue contains stem cells, the ADSCs extracted from omental or subcutaneous fat tissue were expanded during third to fifth passages. The phenotype of the ADSCs was identified by the conventional cell surface markers using flow cytometry: positive for CD29 and CD44, but negative for CD34, CD45, CD117 and HLA-DR that similar to those observed on BMSCs. The ADSCs were able to differentiate into the osteoblast or adipocytes with induction media. Finally, ADACs expressed multiple CD marker antigens similar to those observed on BMSCs and differentiated into osteoblast, adipocyte. With this, human adipotissue contains multipotent cells and may represent an alternative stem cell source to bone marrow-derived MSCs.
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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v.37
no.4
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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