Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) play an indispensable role in activation of the myogenic program, which is responsive to mechanical stimulation. Although there is accumulating evidence of mechanical force-mediated cellular responses, the role of MAPK in regulating the myogenic process in myoblasts exposed to cyclic stretch is unclear. Cyclic stretch induced the proliferation of C2C12 myoblasts and inhibited their differentiation into myotubes. In particular, it induced persistent phosphorylation of p38 kinase, and decreased the level of phosphorylation of extracellular-signal regulated kinase (ERK). Partial inhibition of p38 phosphorylation increased cellular levels of MyoD and p-ERK in stretched C2C12 cells, along with increased myotube formation. Treatment with $10{\mu}M$ PD98059 prevented myogenin expression in response to a low dose of SB203580 ($3{\mu}M$) in the stretched cells, suggesting that adequate ERK activation is also needed to allow the cells to differentiate into myotubes. These results suggest that cyclic stretch inhibits the myogenic differentiation of C2C12 cells by activating p38-mediated signaling and inhibiting ERK phosphorylation. We conclude that p38 kinase, not ERK, is the upstream signal transducer regulating cellular responses to mechanical stretch in skeletal muscle cells.
Objectives : This study was conducted to evaluate the anti-atrophic effect of polycan in dexamethasone-induced skeletal muscle atrophy in vitro model. Methods : C2C12 myoblast were differentiated into myotube by 2% horese serum medium for 6 days, and then treated polycan extract at different concentrations for 24h. The effect of dexamethasone on the induction of muscle atrophy and expression of atrophy-related genes in differentiated C2C12 myotubes using a GSH, ROS, real-time PCR, western blots analysis. Results : The results showed that Treatment with polycan (100 and 200 ㎍/㎖) noncytotoxic levels on both myoblast and myotube. Polycan decreased the ROS level overproduced with dexamethasone and improved the depletion of GSH level. Dexamethasone showed a decrease in myotube diameter, which was associated with up-regulation muscle-specific ubiquitin ligases markers, such as atrogin-1, FoxO3, myostatin and muscle RING finger-1 (MuRF1), and down-regulation of myogenin, MEF2, Myogenic regulatory factor 5, 6 and MyoD. The results showed that polycan treatment significantly dose-dependently inhibited it. Furthermore, decreased expressions of PI3K/Akt signal pathway by dexamethasone were reversed by treatment with polycan. Conclusions : Thus, polycan suppresses dexamethasone induced muscle atrophy in C2C12 myotube in vitro model through activation of PI3K/Akt pathway and protective effect of improve skeletal muscle function.
Five secoiridoids (1-3, 5, 10), a iridoid (4) three flavonol glycosides (7-9) and a coumarin (6), were isolated from the flowers of Hydrangea paniculata. Their chemical structures were elucidated as kingiside (1), morroniside (2), sweroside (3), loganin (4), vogeloside (5), umbelliferone (6), quercetin-3-O-sambubioside (7), quercetin-3-O-neohesperidoside (8), kaempferol 3-O-sambubioside (9) and secologanin dimethyl acetal (10), respectively, by spectroscopic analysis. All isolated compounds 1-10 were assessed for their ability to induce C2C12 myotube hypertrophy. Among them, loganin (4) and kaempferol 3-O-sambubioside (9) increase the diameter of C2C12 myotubes. All isolated compounds 1-10 were firstly reported from the flowers of Hydrangea paniculata, and the skeletal muscle hypertrophic activity of 4 and 9 was also reported for the first time.
Thiazolidinediones (TZDs) act as potent activators of the adipose differentiation program in established preadipose cell lines. TZD's have also been investigated in diabetic patients and reported to act as PPAR-${\gamma}$ ligands. In this report, the effects of TZDs on the differentiation pathway of myoblasts have been investigated. C2C12 mouse myoblasts were grown in Dulbecco's Modified Eagles medium for 4-5 days until they reached almost 100% confluency. Post-confluent cells (day 0) were further exposed to adipogenic induction medium along with TZDs for 48 hours. Thereafter, cells were exposed only to TZDs every 48 h until day 10. The control was provided with differentiation medium without any treatment. Alterations in the cells during the differentiation programme were analyzed on the basis of fusion index, oil-red-o staining, adipocyte index, adipocyte stain uptake measurement, immuno-histochemistry and western blotting. Exposure of C2C12 mouse myoblasts to TZDs prevented the expression of myosin heavy chain with parallel increase in the expression of C/EBP-${\alpha}$ and PPAR-${\gamma}$ and acquisition of adipocyte morphology, thus abolishing the formation of multinucleated myotubes. TZDs exert their adipogenic effects only in non-terminally differentiated myoblasts; myotubes were insensitive to the compound. Continuous exposure (at least 4-5 doses) to inducers after the growth arrest was essential to provide a sustained environment to the cells converting to fully matured adipoctyes. The results indicate that TZDs specifically converted the differentiation pathway of myoblasts into that of adipoblasts.
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.
$Ca^{2+}$ influx appears to be important for triggering myoblast fusion. It remains, however, unclear how $Ca^{2+}$ influx rises prior to myoblast fusion. Recently, several studies suggested that NMDA receptors may be involved in $Ca^{2+}$ mobilization of muscle, and that $Ca^{2+}$ influx is mediated by NMDA receptors in C2C12 myoblasts. Here, we report that other types of ionotropic glutamate receptors, non-NMDA receptors (AMPA and KA receptors), are also involved in $Ca^{2+}$ influx in myoblasts. To explore which subtypes of non-NMDA receptors are expressed in C2C12 myogenic cells, RT-PCR was performed, and the results revealed that KA receptor subunits were expressed in both myoblasts and myotubes. However, AMPA receptor was not detected in myoblasts but expressed in myotubes. Using a $Ca^{2+}$ imaging system, $Ca^{2+}$ influx mediated by these receptors was directly measured in a single myoblast cell. Intracellular $Ca^{2+}$ level was increased by KA, but not by AMPA. These results were consistent with RT-PCR data. In addition, KA-induced intracellular $Ca^{2+}$ increase was completely suppressed by treatment of nifedifine, a L-type $Ca^{2+}$ channel blocker. Furthermore, KA stimulated myoblast fusion in a dose-dependent manner. CNQX inhibited not only KA-induced myoblast fusion but also spontaneous myoblast fusion. Therefore, these results suggest that KA receptors are involved in intracellular $Ca^{2+}$ increase in myoblasts and then may play an important role in myoblast fusion.
Park, Chang-Seok;Kim, Jae-Hwan;Oh, Young-Kyoon;Kim, Kyoung-Hoon;Choi, Chang-Weon;Cho, Eun-Seok;Jeong, Yong-Dae;Park, Sung-Kwon
Journal of Animal Science and Technology
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v.54
no.5
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pp.369-373
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2012
AMP-activated protein kinase (AMPK) maintains energy homeostasis in skeletal muscle. Nonetheless, its functional role on protein synthesis with different nutrient availability has not been elucidated. Therefore, the purpose of this study is to examine the effect of AMPK activity on protein content in C2C12 myotubes incubated with low (5 mM; LG) or high (25 mM; HG) glucose media. LG stimulated (p<0.05) AMPK and acetyl CoA carboxylase (ACC) activity compare to those in HG group. Total protein content was higher in myotubes cultured with HG than in those cultured with LG and further increased by AICAR (5-amino-1-${\beta}$-D-ribofuranosyl-imidazole-4-carboxamide). Myotubes cultured with HG showed 7.5% lower UbFL (Ubiquitin Firefly Luciferase)-to-SV40 (Simian virus40) ratio compared to those in LG. Glucose level did not change the phosphorylation level of mammalian target of rapamycin (mTOR). Interestingly, administration of AICAR significantly increased phosphorylation level of mTOR in myotubes cultured with LG but not in those with HG. Overall, this data indicate that AMPK activity and protein turnover are finely regulated in response to different glucose concentration.
Fatty acid transporter protein 1 (FATP1) is highly expressed in skeletal muscle and modulates fatty acid uptake and metabolism. However, the influence of insulin-like growth factor-I (IGF-I), a master regulator of skeletal muscle cells, on FATP1 in skeletal muscle cells has not been demonstrated. To investigate the effect of IGF-I on FATP1 and the expression of the IGFBP5 protein, differentiated C2C12 murine skeletal muscle cells were treated with 20 ng/ml of IGF-I at different time points. The results showed that IGF-I increased FATP1 and IGFBP5 protein expression in a time-dependent manner. To determine whether this induction of FATP1 by the IGF-I treatment was regulated pretranslationally, the mRNA level of FATP1 was measured by real-time quantitative PCR. The IGF-I treatment resulted in very rapid induction of the FATP1 mRNA transcript in C2C12 myotubes. FATP1 mRNA increased 169% and 132% after 24 and 48 h of the IGF-I treatment, respectively, and it returned to control levels after 72 h of the treatment, suggesting that the FATP1 gene is regulated pretranslationally by IGF-I in skeletal muscle cells. This is the first evidence that IGF-I can regulate the expression of FATP1. In conclusion, IGF-I induced rapid transcriptional modification of the FATP1 gene in C2C12 skeletal muscle cells and had modulating effects on fatty acid uptake proteins and oxidative proteins.
Despite several advances in identification of cardiac transcription factors, there are still needs to find new bioactive molecules that promote cardiomyogenesis from stem cells to highly efficient myocardial differentiation. We analyzed Illumina expression microarray data of mouse embryonic stem cells (mESCs)-derived cardiomyocytes. 276 genes were upregulated (≥ 4fold) in mESCs-derived cardiomyocytes compared undifferentiated ESCs. Secreted phosphoprotein 2 (Spp2) is one of candidates and is known to inhibit bone morphogenetic protein 2 (BMP2) signal transduction as a pseudoreceptor for BMP2. However, its function in cardiomyogenesis is unknown. We confirmed that Spp2 expression increased during the differentiation into functional cardiomyocytes using mESCs, TC-1/Kh2 and E14. Interestingly, Spp2 secretion transiently increased 3 days after formation of embryoid bodies (EBs), indicating that the extracellular secretion of Spp2 is involved in the differentiation of ESCs into cardiomyocytes. To characterize Spp2, we performed experiments using the C2C12 mouse myoblast cell line, which has the property of shifting the differentiation pathway from myoblastic to osteoblastic by treatment with BMP2. Similar to the differentiation of ESCs, transcription of Spp2 increased as C2C12 myoblasts differentiated into myotubes. In particular, Spp2 secretion increased dramatically in the early stage of differentiation. Furthermore, treatment with Spp2-Flag recombinant protein promoted the differentiation of C2C12 myoblasts into myotubes. Taken together, we suggest a novel bioactive protein Spp2 that differentiates ESCs into cardiomyocytes. This may be useful for understanding the molecular pathways of cardiomyogenesis and for experimental or clinical promotion of stem cell therapy for ischemic heart diseases.
Objectives : This study is to effect of improving muscle atrophy through water extract on the solid-phase fermentation extraction with Phellinus linteus of discarded Schisandra chinensis in an atorvastatin-induced atrophy C2C12 cell. Methods : C2C12 myoblast were differentiated into myotube by 2% horse serum medium for 6 days, and then treated solid-phase fermentation(S-P) extract at different concentrations for 24h. To investigate the effect of S-P extract on the induction of muscle atrophy and expression of atrophy-related genes and apoptosis in differentiated C2C12 myotubes using a GSH, ROS, real-time PCR, western blots analysis. Results : As a result of treatment with atorvastatin at concentrations of 5, 10, and 20 uM on the 6th day of differentiation in C2C12 myotube cells, it was confirmed that the cell morphology was damaged in a concentration-dependent manner, and the length and thickness of the myotube also decreased in a concentration-dependent manner. Treatment with S-P extract (50, 100 and 200 ㎍/㎖) increased of GSH and inhibited ROS in the atorvastatin-induced muscle atrophy cell model at a concentration that did not induce toxicity. In addition, it was confirmed that it has an effect on muscle reduction by inhibiting apoptosis of muscle cells as well as being involved in protein production and degradation of muscle cells. Conclusions : Atorvastatin-induced atrophy C2C12 cell, S-P extract activates related to differentiation/generation and proteolysis, and inhibits cell death of atrophy in C2C12 cell. Based on this, it is necessary to prove its effectiveness through animal models and human application test, but it is considered to be discarded Schisandra chinensis can present the potential for development as a recycling industrial material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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