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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제34권1호
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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.
Akt는 다양한 세포에서 성장, 발달, 증식, 분화와 같은 생리적 활성에 중요한 역할을 하고 골격근 세포에서 Akt는 재생 및 비대와 위축을 조절한다고 알려져 있다. 골격근 세포의 분화에 있어서 Akt의 역할을 밝히고자 본 연구를 수행하였다. 골격근 세포를 분화 시키기 위해 고밀도 및 저농도의 serum 상태에서 배양하며, 분화된 C2C12 근아세포는 둥근 모양에서 다핵을 가진 긴 모양으로 바뀐다. 이러한 형태학적 변화는 분화 시킨 후 2일부터 일어났다. 또한, 골격근 분화 표지인자인 myogenin D와 myogenin G의 발현은 2일 후 관찰되었다. C2C12 세포주에 Akt1 또는 Akt2의 발현을 저하시키면 이와 더불어 골격근으로의 분화도 저해됨을 확인하였고, 이와는 반대로 Akt1 또는 Akt2를 과발현 시키면 골격근으로 분화가 촉진됨을 알 수 있었다. 이와 더불어 Akt의 활성은 분화유도 2일 후부터 관찰되었고 7일 이후로는 감소하였다. Kruppel-like factor 4의 발현은 6일부터 증가하는 것이 관찰이 되었다. Kruppel-like factor 4의 발현 또한 Akt1 또는 Akt2의 발현양이 감소된 C2C12 근아세포에서 줄어들어 있는 것을 확인하였다. 또한 Kruppel-like factor 4의 프로모터 부위에 대한 전사조절능력이 Akt1 또는 Akt2의 발현을 저하시켰을 때 같이 떨어짐을 확인하였다. 이러한 결과들로 보아 Akt가 골격근 분화를 조절하는데 있어 중요하며, Kruppel-like factor 4 발현이 이를 조절하는 데 있어 중요한 역할을 할 것이라 판단된다.
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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제30권5호
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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.
본 연구의 목적은 말의 열충격 단백질 유전자의 특성을 구명하고 말의 각 조직과 운동 전과 후 혈액에서 열충격 단백질 유전자의 발현량을 분석함에 있다. 이전의 연구를 통해, 대표적인 경주마인 더러브렛의 혈액과 골격근에서 운동 전, 후 RNA-sequencing을 통해 차등발현유전자 분석을 실시하고, 본 연구를 위해 운동 전과 후에 차등 발현된 유전자 중, 열충격 단백질 유전자(HspH1, Hsp90${\alpha}$, Hsp70)를 선택하였다. 세 개의 열충격 단백질 유전자는 각각의 혈액이나 근육에서 운동 전에 비해 후에 발현이 증가된 것으로 확인됐다. 본 연구팀은 선정된 유전자에 대한 검증과 분석을 위해, 말의 조직별 RT-PCR 분석과 운동시간별 백혈구에서 real time qPCR 분석을 실시하였다. 그 결과 말의 각 조직(갑상선, 결장, 골격근, 맹장, 신장, 심장, 척수, 폐)에서 세 개의 열충격 단백질 유전자 mRNA가 모두 존재함을 알 수 있었다. 또한, 말의 운동 시간 별 혈액에서 mRNA를 추출하여 열충격 단백질의 운동 시간에 따른 발현 양상 분석을 실시한 결과, 운동 전에 비해 운동 120분 후 열충격 단백질 유전자의 발현량이 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 인간과 다른 동물 실험의 결과와 일치하며, 열충격 단백질 유전자 전사 조절기작이 종간에 보존이 되어왔음을 시사한다. 또한, 운동에 따른 열충격 단백질 유전자의 발현 양상과 운동 수행 및 회복 기작간의 상관관계에 대한 추가적인 연구가 필요함을 제안하는 바이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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