Jung, Jong Gab;Yi, Sang-A;Choi, Sung-E;Kang, Yup;Kim, Tae Ho;Jeon, Ja Young;Bae, Myung Ae;Ahn, Jin Hee;Jeong, Hana;Hwang, Eun Sook;Lee, Kwan-Woo
Molecules and Cells
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v.38
no.12
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pp.1037-1043
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2015
The TAZ activator 2-butyl-5-methyl-6-(pyridine-3-yl)-3-[2'-(1H-tetrazole-5-yl)-biphenyl-4-ylmethyl]-3H-imidazo[4,5-b]pyridine] (TM-25659) inhibits adipocyte differentiation by interacting with peroxisome proliferator-activated receptor gamma. 1 TM-25659 was previously shown to decrease weight gain in a high fat (HF) diet-induced obesity (DIO) mouse model. However, the fundamental mechanisms underlying the effects of TM-25659 remain unknown. Therefore, we investigated the effects of TM-25659 on skeletal muscle functions in C2 myotubes and C57BL/6J mice. We studied the molecular mechanisms underlying the contribution of TM-25659 to palmitate (PA)-induced insulin resistance in C2 myotubes. TM-25659 improved PA-induced insulin resistance and inflammation in C2 myotubes. In addition, TM-25659 increased FGF21 mRNA expression, protein levels, and FGF21 secretion in C2 myotubes via activation of GCN2 pathways (GCN2-$phosphoelF2{\alpha}$-ATF4 and FGF21). This beneficial effect of TM-25659 was diminished by FGF21 siRNA. C57BL/6J mice were fed a HF diet for 30 weeks. The HF-diet group was randomly divided into two groups for the next 14 days: the HF-diet and HF-diet + TM-25659 groups. The HF diet + TM-25659-treated mice showed improvements in their fasting blood glucose levels, insulin sensitivity, insulin-stimulated Akt phosphorylation, and inflammation, but neither body weight nor food intake was affected. The HF diet + TM-25659-treated mice also exhibited increased expression of both FGF21 mRNA and protein. These data indicate that TM-25659 may be beneficial for treating insulin resistance by inducing FGF21 in models of PA-induced insulin resistance and HF diet-induced insulin resistance.
FABPpm (plasma membrane-bound fatty acid binding protein ) is highly expressed in skeletal muscle. The principal role of this protein is modulating fatty acid uptake and metabolism. The influence of insulin-like growth factor-I (IGF-I), which is a major regulator of skeletal muscle cells, on FABPpm in skeletal muscle cells has not been investigated. To determine the effect of IGF-I on the expression of FABPpm, differentiated C2C12 murine skeletal muscle cells were treated with 20 ng/ml of IGF-I for different times. IGF-I increased the expression of FABPpm in a time-dependent manner. The mRNA level of FABPpm was measured by real-time quantitative PCR to determine whether the IGF-1-induced induction of FABPpm was regulated pretranslationally. The IGF-I treatment resulted in very rapid induction of the FABPpm mRNA transcript in the C2C12 myotubes. After 24 and 48 hr of the IGF-I treatment, FABPpm mRNA increased 130 and 179%, respectively. The increase in the protein expression returned to control levels after 72 hr of the IGF-I treatment, suggesting that IGF-1 regulated the FABPpm gene pretranslationally in skeletal muscle cells. This is the first evidence that IGF-I has a modulatory effect on the expression of FABPpm. In conclusion, IGF-I induced rapid transcriptional modification of the FABPpm gene in C2C12 skeletal muscle cells and exerted modulatory effects on FABPpm.
Kim, Hye Jin;Hwang, Ji Sun;Kwak, Yi-Sub;Lee, Won Jun
Journal of Life Science
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v.22
no.12
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pp.1651-1657
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2012
Plectin and microtubule actin cross-linking factor 1 (MACF1) are architectural proteins that contribute to the function of skeletal muscle as generators of mechanical force. However, the influence of insulin- like growth factor-I (IGF-I), a master regulator of skeletal muscle cells, on plectin and MACF1 in skeletal muscle cells has not been demonstrated. The effect of IGF-I on plectin and MACF1 gene expression was investigated by treating differentiated C2C12 murine skeletal muscle cells with 20 ng/ml of IGF-I at different time points. The IGF-I treatment increased plectin protein expression in a dose-dependent manner. The mRNA level of plectin was measured by real-time quantitative PCR to determine if plectin induction was regulated pretranslationally. IGF-I treatment resulted in a very rapid induction of plectin mRNA transcript in C2C12 myotubes. Plectin mRNA increased by 140 and 180% after 24 and 48 hours of IGF-I treatment, respectively, and returned to the control level after 72 hours of IGF-I treatment. MACF1 mRNA increased 86 and 90% after 24 and 48 hours of IGF-I treat-ment, respectively, and returned to the control level after 72 hours of IGF-I treatment. These results suggested that the plectin gene is regulated pretranslationally by IGF-I in skeletal muscle cells. In conclusion, IGF-I induces a rapid transcriptional modification of the plectin and MACF1 genes in C2C12 skeletal muscle cells and has modulating effects on a cytolinker protein as well as on contractile proteins.
Se-Eun Park;Dabin Choi;Kyo-nyeo Oh;Hanjoong Kim;Hyungbum Park;Ki-Man Kim
Food Science and Preservation
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v.31
no.2
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pp.298-306
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2024
This study evaluated the differentiation and protective effects of mixed plant-extract powder in C2C12 muscle cells. Cells were differentiated into myotubes in 2% horse serum (HS)-containing medium with mixed plant-extract powder (MPEP) for 6 days. Treatment with MPEP increased the expression of myogenin and myosin heavy chain (MHC) protein in cells compared with non-treated cells. Differentiated cells were pretreated with MPEP, and hydrogen peroxide (H2O2). Our results revealed that treatment with MPEP before H2O2 treatment increased cell viability and decreased H2O2-induced lactate dehydrogenase (LDH) and creatine kinase (CK). In addition, MPEP attenuated H2O2-induced upregulation of Bax, downregulation of Bcl-2, and activation of caspase-9 and -3. These results suggest the MPEP can stimulate C2C12 muscle cell differentiation into myotubes and observe the protective effect of mixed plant-extract powder against muscle oxidative stress. In conclusion, MPEP may be useful as a prevention and treatment material for skeletal muscle disease caused by age-related diseases.
Muscle atrophy, known as a sarcopenia, is defined as a loss of muscle mass resulting from a reduction in the muscle fiber area or density due to a decrease in muscle protein synthesis and an increase in protein breakdown. Schisandrae fructus (SF) extract of the fruits of Schisandra chinensis (Turcz) Baillon has been used as a tonic in traditional medicine for thousands of years. Although a great deal of work has been carried out on the therapeutic potential of SF, its pharmacological mechanisms of action in muscle diseases actions remain unclear. In the present study, we investigated the inhibitory effects of SF ethanol extracts on the production of muscle atrophy factors in C2C12 myotubes stimulated with 5-aminoimidazole-4-carboxamide-ribonucleotide (AICAR), an AMP-activated kinase (AMPK) activator, and sought to determine the underlying mechanisms of action. AICAR upregulated atrophy-related ubiquitin ligase muscle RING finger-1 (MuRF-1) and stimulated the levels of the forkhead box O3a (FoxO3a) transcription factor in the C2C12 myotubes. SF supplementation effectively and concentration- dependently counteracted AICAR-induced muscle cell atrophy and reversed the increased expression of MuRF-1 and FoxO3a. Our study demonstrates that SF can reverse the muscle cell atrophy caused by AICAR through regulation of the AMPK and FoxO3a signaling pathways, followed by inhibition of MuRF-1.
Objective: The prevalence of metabolic syndrome and type 2 diabetes is increasing worldwide. Mitochondrial dysfunction is known to be involved in insulin resistance and obesity, researches have been increasing highly. Astragali Radix extract (ARE) or its main components have been shown to perform comparably to insulin by significantly reducing blood glucose levels in animal models however, the influence on mitochondrial dysfunction are not well understood. Methods: ARE (0.2, 0.5 and 1.0 mg/ml) or metformin (2.5 mM) were treated in C2C12 after 6 day-differentiation. The expressions of adenosine monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK) and phosphorylation AMPK, peroxisome proliferators-activated receptror ${\gamma}$ coactivator $1{\alpha}$ ($PGC1{\alpha}$), nuclear respiratory factors 1 (NRF1), mitochondrial transcription factor (Tfam) and myosin heavy chain were detected with western blotting or polymerase chain reaction analysis. The morphological changes were also investigated. Results: ARE dose dependently increased phosphorylation of AMPK and respectively activated mRNA expressions of $PGC1{\alpha}$, NRF1 and Tfam which are mitochondrial biogenesis regulators. Furthermore, there were some morphologic differences of differentiated cells between ARE treatment and control. Conclusions: This study suggests that ARE has the potential to increase muscle mitochondrial function by activating AMPK and $PGC1{\alpha}$.
Purpose: Skeletal muscles display significant heterogeneity in metabolic responses, owing to the composition of metabolically distinct fiber types. Recently, numerous studies have reported that in skeletal muscles, suppression of genes related to fatty acid channeling alters the triacylglycerol (TAG) synthesis and switches the energy substrates. However, such responses may differ, depending on the type of muscle fiber. Hence, we conducted in vitro and animal studies to compare the metabolic responses of different types of skeletal muscle fibers to the deficiency of fatty acyl-CoA synthetase (Acsl)6, one of the main fatty acid-activating enzymes. Methods: Differentiated skeletal myotubes were transfected with selected Acsl6 short interfering RNA (siRNA), and C57BL/6J mice were subjected to siRNA to induce Acsl6 deficiency. TAG accumulation and expression levels of insulin signaling proteins in response to acute glucose supplementation were measured in immortalized cell-based skeletal myotubes, oxidative muscles (OM), and glycolytic muscles (GM) derived from the animals. Results: Under conditions of high glucose supplementation, suppression of the Acsl6 gene resulted in decreased TAG and glycogen synthesis in the C2C12 skeletal myotubes. The expression of Glut4, a glucose transporter, was similarly downregulated. In the animal study, the level of TAG accumulation in OM was higher than levels determined in GM. However, a similar decrease in TAG accumulation was obtained in the two muscle types in response to Acsl6 suppression. Moreover, Acsl6 suppression enhanced the phosphorylation of insulin signaling proteins (Foxo-1, mTORc-1) only in GM, while no such changes were observed in OM. In addition, the induction ratio of phosphorylated proteins in response to glucose or Acsl6 suppression was significantly higher in GM than in OM. Conclusion: The results of this study demonstrate that Acsl6 differentially regulates the energy metabolism of skeletal muscles in response to glucose supplementation, thereby indicating that the fiber type or fiber composition of mixed muscles may skew the results of metabolic studies.
Kim, Yoon Hee;Jung, Jae In;Jeon, Young Eun;Kim, So Mi;Oh, Tae Kyu;Lee, Jaesun;Moon, Joo Myung;Kim, Tae Young;Kim, Eun Ji
Nutrition Research and Practice
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v.16
no.1
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pp.14-32
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2022
BACKGROUND/OBJECTIVES: Peroxisome proliferator-activated receptor-gamma co-activator-1α (PGC-1α) has a central role in regulating muscle differentiation and mitochondrial metabolism. PGC-1α stimulates muscle growth and muscle fiber remodeling, concomitantly regulating lactate and lipid metabolism and promoting oxidative metabolism. Gynostemma pentaphyllum (Thumb.) has been widely employed as a traditional herbal medicine and possesses antioxidant, anti-obesity, anti-inflammatory, hypolipemic, hypoglycemic, and anticancer properties. We investigated whether G. pentaphyllum extract (GPE) and its active compound, gypenoside L (GL), affect muscle differentiation and mitochondrial metabolism via activation of the PGC-1α pathway in murine C2C12 myoblast cells. MATERIALS/METHODS: C2C12 cells were treated with GPE and GL, and quantitative reverse transcription polymerase chain reaction and western blot were used to analyze the mRNA and protein expression levels. Myh1 was determined using immunocytochemistry. Mitochondrial reactive oxygen species generation was measured using the 2'7'-dichlorofluorescein diacetate assay. RESULTS: GPE and GL promoted the differentiation of myoblasts into myotubes and elevated mRNA and protein expression levels of Myh1 (type IIx). GPE and GL also significantly increased the mRNA expression levels of the PGC-1α gene (Ppargc1a), lactate metabolism-regulatory genes (Esrra and Mct1), adipocyte-browning gene fibronectin type III domain-containing 5 gene (Fndc5), glycogen synthase gene (Gys), and lipid metabolism gene carnitine palmitoyltransferase 1b gene (Cpt1b). Moreover, GPE and GL induced the phosphorylation of AMP-activated protein kinase, p38, sirtuin1, and deacetylated PGC-1α. We also observed that treatment with GPE and GL significantly stimulated the expression of genes associated with the anti-oxidative stress response, such as Ucp2, Ucp3, Nrf2, and Sod2. CONCLUSIONS: The results indicated that GPE and GL enhance exercise performance by promoting myotube differentiation and mitochondrial metabolism through the upregulation of PGC-1α in C2C12 skeletal muscle.
Skeletal muscle, essential for metabolism, thermoregulation, and immunity, undergoes myogenic differentiation that results in myotube formation. Trans-anethole (TA), the major constituent in essential oil produced by anise, star anise, and fennel, whose function in skeletal muscle has not yet been elucidated. Therefore, we investigated whether TA influenced muscle differentiation in mouse C2C12 myoblasts. Cells were induced to differentiate using a differentiation medium with or without TA (50 or 200 mg/mL) daily for 5 days. We measured myotube length and diameter after differentiation days 1, 3, and 5 and analyzed the expression of myogenic markers (myoblast determination protein 1, myogenin, myocyte enhancer factor 2, muscle creatine kinase, and myosin heavy chain) and atrophy-related genes (atrogin-1 and muscle ring finger-1 [MuRF-1]) using quantitative real-time PCR. Additionally, we observed the expression of total protein kinase B (Akt) and phosphorylated Akt (p-Akt) using western blotting. Our data showed that TA significantly induced the formation of smaller and thinner myotubes and reduced the myogenic factor expression. Furthermore, the atrogin-1 and MuRF-1 expression markedly increased by TA. Consistent with these findings, TA significantly decreased the expression of total Akt and p-Akt. Taken together, these results indicate that TA inhibits myogenic differentiation of C2C12 cells via reduction of both total Akt and p-Akt. Our findings may provide valuable insights into the impact of PAA on individuals at risk of muscle atrophy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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