Objective: To examine the regulatory effects of exercise on myokine expression in horse skeletal muscle cells, we compared the expression of several myokine genes (interleukin 6 [IL-6], IL-8, chemokine [C-X-C motif] ligand 2 [CXCL2], and chemokine [C-C motif] ligand 4 [CCL4]) after a single bout of exercise in horses. Furthermore, to establish in vitro systems for the validation of exercise effects, we cultured horse skeletal muscle cells and confirmed the expression of these genes after treatment with hydrogen peroxide. Methods: The mRNA expression of IL-6, IL-8, CXCL2, and CCL4 after exercise in skeletal muscle tissue was confirmed using quantitative-reverse transcriptase polymerase chain reactions (qRT-PCR). We then extracted horse muscle cells from the skeletal muscle tissue of a neonatal Thoroughbred. Myokine expression after hydrogen peroxide treatments was confirmed using qRT-PCR in horse skeletal muscle cells. Results: IL-6, IL-8, CXCL2, and CCL4 expression in Thoroughbred and Jeju horse skeletal muscles significantly increased after exercise. We stably maintained horse skeletal muscle cells in culture and confirmed the expression of the myogenic marker, myoblast determination protein (MyoD). Moreover, myokine expression was validated using hydrogen peroxide ($H_2O_2$)-treated horse skeletal muscle cells. The patterns of myokine expression in muscle cells were found to be similar to those observed in skeletal muscle tissue. Conclusion: We confirmed that several myokines involved in inflammation were induced by exercise in horse skeletal muscle tissue. In addition, we successfully cultured horse skeletal muscle cells and established an in vitro system to validate associated gene expression and function. This study will provide a valuable system for studying the function of exercise-related genes in the future.
Kim, Doh Hoon;Lee, Hyo Gun;Sp, Nipin;Kang, Dong Young;Jang, Kyoung-Jin;Lee, Hak Kyo;Cho, Byung-Wook;Yang, Young Mok
Animal Bioscience
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v.34
no.1
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pp.134-142
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2021
Objective: To understand the athletic characteristics of Thoroughbreds, high-throughput analysis has been conducted using horse muscle tissue. However, an in vitro system has been lacking for studying and validating genes from in silico data. The aim of this study is to validate genes from differentially expressed genes (DEGs) of our previous RNA-sequencing data in vitro. Also, we investigated the effects of exercise-induced stress including heat, oxidative, hypoxic and cortisol stress on horse skeletal muscle derived cells with the top six upregulated genes of DEGs. Methods: Enriched pathway analysis was conducted using the Database for Annotation, Visualization, and Integrated Discovery (DAVID) tool with upregulated genes in horse skeletal muscle tissue after exercise. Among the candidates, the top six genes were analysed through geneMANIA to investigate gene networks. Muscle cells derived from neonatal horse skeletal tissue were maintained and subjected to exercise-related stressors. Transcriptional changes in the top six genes followed by stressors were investigated using quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (qRT-PCR). Results: The inflammation response pathway was the most commonly upregulated pathway after horse exercise. Under non-cytotoxic conditions of exercise-related stressors, the transcriptional response of the top six genes was different among types of stress. Oxidative stress yielded the most similar expression pattern to DEGs. Conclusion: Our results indicate that transcriptional change after horse exercise in skeletal muscle tissue strongly relates to stress response. The qRT-PCR results showed that stressors contribute differently to the transcriptional regulation. These results would be valuable information to understand horse exercise in the stress aspect.
Akt plays an important role in a variety of cellular physiologies such as growth, proliferation, and differentiation. In skeletal muscle, Akt has been implicated in regulating regeneration, hypertrophy, and atrophy. In this study, the role of Akt has been examined during skeletal muscle differentiation. Culturing C2C12 myoblasts under low serum (1% horse serum) and high density converted cell morphology from a round shape to an elongated and multi-nucleated shape. Morphological changes were initiated from day 2 of differentiation. In addition, the expression of both myogenin G and myogenin D was elevated from day 2 of differentiation. Skeletal muscle differentiation was abolished by silencing Akt1 or Akt2, but was significantly enhanced by the over-expression of either Akt1 or Akt2. The activation of Akt was observed from day 2 of differentiation and disappeared after day 7. The expression of kruppel-like factor 4 was observed from day 6 of differentiation. Moreover, this expression was blocked in cells silencing either Akt1 or Akt2. In addition, the promoter activity of kruppel-like factor 4 was significantly reduced in cells silencing Akt1 or Akt2. These results suggest that Akt regulates skeletal muscle differentiation through the regulation of kruppel-like factor 4 expression.
The objective of this study was to determine the molecular characteristics of the horse vascular endothelial growth factor alpha gene ($VEGF{\alpha}$) by constructing a phylogenetic tree, and to investigate gene expression profiles in tissues and blood leukocytes after exercise for development of suitable biomarkers. Using published amino acid sequences of other vertebrate species (human, chimpanzee, mouse, rat, cow, pig, chicken and dog), we constructed a phylogenetic tree which showed that equine $VEGF{\alpha}$ belonged to the same clade of the pig $VEGF{\alpha}$. Analysis for synonymous (Ks) and non-synonymous substitution ratios (Ka) revealed that the horse $VEGF{\alpha}$ underwent positive selection. RNA was extracted from blood samples before and after exercise and different tissue samples of three horses. Expression analyses using reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) and quantitative-polymerase chain reaction (qPCR) showed ubiquitous expression of $VEGF{\alpha}$ mRNA in skeletal muscle, kidney, thyroid, lung, appendix, colon, spinal cord, and heart tissues. Analysis of differential expression of $VEGF{\alpha}$ gene in blood leukocytes after exercise indicated a unimodal pattern. These results will be useful in developing biomarkers that can predict the recovery capacity of racing horses.
Park, Jeong-Woong;Choi, Jae-Young;Hong, Seul A;Kim, Nam Young;Do, Kyoung-Tag;Song, Ki-Duk;Cho, Byung-Wook
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.30
no.5
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pp.728-735
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2017
Objective: This study was performed to reveal the molecular structure and expression patterns of horse glutamate-cysteine ligase catalytic subunit (GCLC) and glutamate-cysteine ligase modifier subunit (GCLM) genes whose products form glutamate cysteine ligase, which were identified as differentially expressed genes in the previous study. Methods: We performed bioinformatics analyses, and gene expression assay with quantitative polymerase chain reaction (qPCR) for horse GCLC and GCLM genes in muscle and blood leukocytes of Thoroughbred horses Results: Expression of GCLC showed the same pattern in both blood and muscle tissues after exercise. Expression of GCLC increased in the muscle and blood of Thoroughbreds, suggesting a tissue-specific regulatory mechanism for the expression of GCLC. In addition, expression of the GCLM gene increased after exercise in both the blood and muscle of Thoroughbreds. Conclusion: We established the expression patterns of GCLC and GCLM in the skeletal muscle and blood of Thoroughbred horses in response to exercise. Further study is now warranted to uncover the functional importance of these genes in exercise and recovery in racehorses.
This paper dealt with the distribution of normal mast cells in the spleen, liver and lung on cattle, horses, pigs and dogs, and also degranulation of mast cells in the dogs infected with Rompun (2% Xylazine HCl). The results observed are summarized as follows. Normal mast cells were distributed in spleen, liver and lung on cattle, horse, pig and dog. Mast cells were observed in both red pulp and surroundings of white pulp of the spleen in horse, in the white pulp of the spleen in cattle, in the trabeculae of the spleen in pigs, and in white pulp and red pulp of the spleen in dogs, respectively. Mast cells were observed in the portal triad of the liver in cattle and horses, in both portal triad and interlobular connective tissues of the liver in pigs, and not only the portal triad but also walls of the sinusoids and the central veins in dogs. A large number of mast cells were observed in the interlobular septa and peribronchioles of lung on all the species in this experiment. The mast cells are more numerous in the lungs than other organs. Author considers that numbers of normal mast cells distributed in the tissue is related to the dosage of Rompun in animal. The degranulation of mast cells were observed in the subcutaneous tissues of dog intramuscularly injected with Rompun(0.5ml/times) for 4 or 5 times and subcutaneously injected with Rompun(0.3ml/times) for 4 times. In dog intradermally injected with 0.1ml of Rompun, mast cells were decreased in number at 30 minutes and markedly decreased in number at 2 hours, but more or less increased in number at 3 hours after injection. In addition, the granules of the mast cells were decreased in number at 30 minutes and marked degranulation of the mast cells were recognized at 2 hours after injections, but normal mast cells begun to appear in subcutaneous tissue with the lapse of time from 3 hours after injection. There was also observed local infiltration of neutrophils in subcutaneous tissues of dogs intradermally injected with 0.1ml of Rompun at 30 minutes. At 2 hours after injection, numerous neutrophils and a small number of eosinophils were observed in the site of injection. Conclusionally, Rompun was regarded as a factor which causes the degranulateon of mast cell and the authors considered that histamine released from the mast cells by Rompun might cause relaxation of skeletal muscle.
The purpose of this study was to characterize equine heat-shock protein (Hsp) genes and analyze their expression pattern in various horse tissues and blood leukocytes after exercise. In a previous study, RNA sequencing of blood and skeletal muscles of thoroughbreds before and after exercise was performed using differently expressed gene (DEG) analysis. Three Hsp genes (HspH1, Hsp90${\alpha}$ and Hsp70) were selected by DEG analysis and were found to be differentially expressed in either blood or muscle. To validate and extend previous observations on these genes, we performed RT-PCR analyses of horse tissue as well as real-time qPCR analyses of blood leukocytes after exercise. mRNA expression of these Hsp genes was found to be ubiquitous in the analyzed tissues (including thyroid, colon, skeletal muscle, cecum, kidney, spinal cord, heart, and lung). In addition, Hsp mRNA expression of these genes in extracted whole blood increased after 120 minutes of exercise compared to the baseline condition. These results are in agreement with the results of human and other experimental animals, suggesting that regulatory mechanisms that are responsible for upregulation of Hsp gene transcription may be conserved among species. Further investigations to correlate Hsp gene expression patterns with athletic performance or recovery processes after exercise are warranted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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