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.
Byun, Sang Kyung;An, Tae Hyeon;Son, Min Jeong;Lee, Da Som;Kang, Hyun Sup;Lee, Eun-Woo;Han, Baek Soo;Kim, Won Kon;Bae, Kwang-Hee;Oh, Kyoung-Jin;Lee, Sang Chul
Molecules and Cells
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v.40
no.9
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pp.667-676
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2017
Abnormal differentiation of muscle is closely associated with aging (sarcopenia) and diseases such as cancer and type II diabetes. Thus, understanding the mechanisms that regulate muscle differentiation will be useful in the treatment and prevention of these conditions. Protein lysine acetylation and methylation are major post-translational modification mechanisms that regulate key cellular processes. In this study, to elucidate the relationship between myogenic differentiation and protein lysine acetylation/methylation, we performed a PCR array of enzymes related to protein lysine acetylation/methylation during C2C12 myoblast differentiation. Our results indicated that the expression pattern of HDAC11 was substantially increased during myoblast differentiation. Furthermore, ectopic expression of HDAC11 completely inhibited myoblast differentiation, concomitant with reduced expression of key myogenic transcription factors. However, the catalytically inactive mutant of HDAC11 (H142/143A) did not impede myoblast differentiation. In addition, wild-type HDAC11, but not the inactive HDAC11 mutant, suppressed MyoD-induced promoter activities of MEF2C and MYOG (Myogenin), and reduced histone acetylation near the E-boxes, the MyoD binding site, of the MEF2C and MYOG promoters. Collectively, our results indicate that HDAC11 would suppress myoblast differentiation via regulation of MyoD-dependent transcription. These findings suggest that HDAC11 is a novel critical target for controlling myoblast differentiation.
In order to investigate the effect of Transforming growth factor ${\beta}1$(below TGF-${\beta}1$) and osteogenic protein-1(below Op-1) onto the myogenic differentiation, C2C12 satellite myoblastic cell line was cultured and treated with both growth factors. At first morphological changes with microscopical examination were examined, and isolated total RNA to analyse mRNA expression of bone marker proteins, muscle regulatory proteins, TGF-${\beta}$ receptor and their ligands by Northern blot analysis. And cellular proliferative inducibility of both growth factors was also tested to C2C12 cells. Incubating the cell with $5ng/m{\ell}$ of TGF-${\beta}1$ until 4 days almost inhibited multinucleated myotube formation expressing muscular regulatory proteins, and induced decreasing Id proteins. However, no osteoblastic phenotypes was induced by TGF-${\beta}1$ in C2C12 cells. The mRNA expression of TGF-${\beta}$ receptors with TGF-${\beta}1$ was conversed after 48 hours cultured. Type I TGF-${\beta}$ receptor was seemed to play a role in negative signalling for inhibition of myogenic differentiation. OP-1 dose dependently induced ALP activity, osteopontine production and bone sialoprotein production at concentrations above $100ng/m{\ell}$ and osteocalcin production at concentrations above $300ng/m{\ell}$. The concentration of OP-1 required to induce these osteoblastic phenotypes was the same as that required to almost completely inhibit myotube formation. Incubation with above $100ng/m{\ell}$ OP-1 suppressed the expression of mRNA for muscular egulatory proteins from 2 days after incubation. Expression of Id-1, 2, 3 mRNA were stimulated by OP-1 at concentration above $300ng/m{\ell}$. When C2C12 cells were treated with both growth factors, TGF-${\beta}1$ potentiated the inhibitory effect of OP-1 on myotube formation and expression of mRNA for myogenin at 12 days. And TGF-${\beta}1$ reduced osteocalcin and bone sialoprotein production induced by OP-1 at 12 days in C2C12 cells. Both growth factor had no mitogenic effect. These results indicate that OP-1 converts the differentiation pathway of C2C12 myoblasts into that of osteoblastic lineage cells and it's not heritable, but TGF-${\beta}1$ does not and has reversible inhibitory activity on the myogenic differentiation. TGF-${\beta}1$ and OP-1 play a role in myogenic differentiation via different mechanism between them.
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.225-232
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2013
Satellite cells were derived from muscular tissue in postnatal pig. Satellite cell is an important to growth and development in animal tissues or organs. However, the progress underlying induced differentiation is not clear. The aim of this study was to evaluate the morphologic and the transcriptome changes in porcine satellite cell (PSC) treated with insulin, rosiglitazone, or dexamethasone respectively. PSC was obtained from postnatal muscle tissue. In study 1, for study the effect of insulin and FBS on the differentiated satellite cells, cells were cultured at absence or presence of insulin treated with FBS. Total RNA was extracted for determining the expression levels of myogenic PAX3, PAX7, Myf5, MyoD, and myogenin genes by real-time PCR. Myogenic genes decreased expression levels of mRNA in treated with insulin. In study 2, in order to clarify the relationship between rosiglitazone and lipid in differentiated satellite cells, we further examined the effect of FBS on lipid accumulation in the presence or absence of the rosiglitazone and lipid. Significant differences were observed between rosiglitazone and lipid by FBS. The mRNA of FABP4 and $PPAR{\gamma}$ increased in rosiglitazone treatment. In study 3, we examined the effect of dexamethasone on osteogenic differentiation in PSC. The mRNA was increased osteoblasotgenic ALP and ON genes treated with dexamethasone in 2% FBS. Dexamethasone induces osteoblastogenesis in differentiated PSC. Taken together, in differentiated PSCs, FABP4 and $PPAR{\gamma}$ increased to rosiglitazone. Whereas, no differences to FBS and lipid. These results were not comparable with previous reports. Our results suggest that adipogenic, myogenic, and osteoblastogenic could be isolated from porcine skeletal muscle, and identify culture conditions which optimize proliferation and differentiation formation of PSC.
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.
Objective: Skeletal muscle satellite cells (SMSCs) are significant for the growth, regeneration, and maintenance of skeletal muscle after birth. However, currently, few studies have been performed on the isolation, culture and inducing differentiation of goose muscle satellite cells. Previous studies have shown that C1q and tumor necrosis factor-related protein 3 (CTRP3) participated in the process of muscle growth and development, but its role in the goose skeletal muscle development is not yet clear. This study aimed to isolate, culture, and identify the goose SMSCs in vitro. Additionally, to explore the function of CTRP3 in goose SMSCs. Methods: Goose SMSCs were isolated using 0.25% trypsin from leg muscle (LM) of 15 to 20 day fertilized goose eggs. Cell differentiation was induced by transferring the cells to differentiation medium with 2% horse serum and 1% penicillin streptomycin. Immunofluorescence staining of Desmin and Pax7 was used to identify goose SMSCs. Quantitative realtime polymerase chain reaction and western blot were applied to explore developmental expression profile of CTRP3 in LM and the regulation of CTRP3 on myosin heavy chains (MyHC), myogenin (MyoG) expression and Notch signaling pathway related genes expression. Results: The goose SMSCs were successfully isolated and cultured. The expression of Pax7 and Desmin were observed in the isolated cells. The expression of CTRP3 decreased significantly during leg muscle development. Overexpression of CTRP3 could enhance the expression of two myogenic differentiation marker genes, MyHC and MyoG. But knockdown of CTRP3 suppressed their expression. Furthermore, CTRP3 could repress the mRNA level of Notch signaling pathway-related genes, notch receptor 1, notch receptor 2 and hairy/enhancer-of-split related with YRPW motif 1, which previously showed a negative regulation in myoblast differentiation. Conclusion: These findings provide a useful cell model for the future research on goose muscle development and suggest that CTRP3 may play an essential role in skeletal muscle growth of goose.
Hyun Hwangbo;Min Yeong Kim;Seon Yeong Ji;Da Hye Kim;Beom Su Park;Seong Un Jeong;Jae Hyun Yoon;Tae Hee Kim;Gi-Young Kim;Yung Hyun Choi
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.12
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pp.1635-1647
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2023
Muscle atrophy, which is defined as a decrease in muscle mass and strength, is caused by an imbalance between the anabolism and catabolism of muscle proteins. Thus, modulating the homeostasis between muscle protein synthesis and degradation represents an efficient treatment approach for this condition. In the present study, the protective effects against muscle atrophy of ethanol extracts of Morus alba L. (MA) and Angelica keiskei Koidz. (AK) leaves and their mixtures (MIX) were evaluated in vitro and in vivo. Our results showed that MIX increased 5-aminoimidazole-4-carboxamide ribonucleotide-induced C2C12 myotube thinning, and enhanced soleus and gastrocnemius muscle thickness compared to each extract alone in dexamethasone-induced muscle atrophy Sprague Dawley rats. In addition, although MA and AK substantially improved grip strength and histological changes for dexamethasone-induced muscle atrophy in vivo, the efficacy was superior in the MIX-treated group. Moreover, MIX further increased the expression levels of myogenic factors (MyoD and myogenin) and decreased the expression levels of E3 ubiquitin ligases (atrogin-1 and muscle-specific RING finger protein-1) in vitro and in vivo compared to the MA- and AK-alone treatment groups. Furthermore, MIX increased the levels of phosphorylated phosphoinositide 3-kinase (PI3K), protein kinase B (Akt), and mammalian target of rapamycin (mTOR) that were reduced by dexamethasone, and downregulated the expression of forkhead box O3 (FoxO3a) induced by dexamethasone. These results suggest that MIX has a protective effect against muscle atrophy by enhancing muscle protein anabolism through the activation of the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway and attenuating catabolism through the inhibition of FoxO3a.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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