Objective: Owing to the public availability of complete genome sequences, including avian species, massive bioinformatics analyses may be conducted for computational gene prediction and the identification of gene regulatory networks through various informatics tools. However, to evaluate the biofunctional activity of a predicted target gene, in vivo and in vitro functional genomic analyses should be a prerequisite. Methods: Due to a lack of quail genomic sequence information, we first identified the partial genomic structure and sequences of the quail SH3 domain containing ring finger 2 (SH3RF2) gene. Subsequently, SH3RF2 was knocked out using clustered regularly interspaced short palindromic repeat/Cas9 technology and single cell-derived SH3RF2 mutant sublines were established to study the biofunctional activity of SH3RF2 in quail myoblast (QM7) cells during muscle differentiation. Results: Through a T7 endonuclease I assay and genotyping analysis, we established an SH3RF2 knockout (KO) QM7#4 subline with 61 and 155 nucleotide deletion mutations in SH3RF2. After the induction of myotube differentiation, the expression profiles were analyzed and compared between regular QM7 and SH3RF2 KO QM7#4 cells by global RNA sequencing and bioinformatics analysis. Conclusion: We did not detect any statistically significant role of SH3RF2 during myotube differentiation in QM7 myoblast cells. However, additional experiments are necessary to examine the biofunctional activity of SH3RF2 in cell proliferation and muscle growth.
Pluripotent embryonic stem cells can differentiate into beating cardiomyocytes with proper culture conditions and stimulants via embryo-like aggregates. We describe here the use of mouse embryonic stem (mES03) cells as a reproducible differentiation system for cardiomyocyte. mES03 cells growing in colonies were dissociated and allowed to re-aggregated in suspension [embryoid body (EB) formation〕. To induce cardiomyocytic differentiation, cells were exposed to 0.75% dimethyl sulfoxide (DMSO) during EB formation for 4 days and then another 4 days without DMSO (4+/4-). Thus treated EB was plated onto gelatin-coated dishes for differentiation. Spontaneously contracting colonies which appeared in approximately 4~5 days upon differentiation were mechanically dissected, enzymatically dispersed, plated onto coverslips, and then incubated for another 48~72 hrs. By RT-PCR, robust expression of cardiac myosin heavy chain $\alpha$, cardiac muscle heavy polypeptide 7 $\beta$($\beta$-MHC), cardiac transcription factor GATA4, and skeletal muscle-specific $\alpha$$_1$-subunit of the L-type calcium channel ($\alpha$$_1$CaC $h_{sm}$ ) were detected as early as 8 days after EB formation, but message of cardiac muscle-specific $\alpha$$_1$-subunit of the L-type calcium channel ($\alpha$$_1$CaCh) were reveled at a low level. In contrast, expression of myosin light chain (MLC-2V) and atrial natriuretic factor (ANF) were not detected during EB formation for 8 days. However, a strong expression of the atrial-specific ANF gene was expressed from day 8 onward, which were remained constant in EB. (cardiac specialization and terminal differentiation stage). Electrophysiological examination of spontaneously contracting cells showed ventricle-like action potential 17 days after the EB formation. This study indicates that mES03 cell-derived cardiomyocytes via 4+/4- protocol displayed biochemical and electrophysiological properties of subpopulation of cardiomyocytes.
Objectives : At present, aging-related degenerative muscle diseases are considered a serious problem. However, the effects on muscles regarding the efficacy of blueberry have not been studied. In this study, we tried to find out the correlation between blueberry and muscle. Methods : 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) assay was performed to confirm the antioxidant efficacy of blueberry hydrothermal extract. To determine the effect of blueberry hydrothermal extracts (BHE) on myoblast activity, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium (MTS) assay was performed. To confirm the effect of blueberry hydrothermal extracts on the differentiation of myoblast into myotubes, protein expression levels of myosin heavy chain 3 (Myh3) and paired box 3/7 (pax3/7) were confirmed by immunoblot analysis. In addition, immunofluorescence microscopy was performed to confirm the effect on myotube formation of blueberry hydrothermal extracts. Results : Antioxidative efficacy and low toxicity were confirmed through ABTS assay and MTS assay of blueberry extract for myoblasts. As a result of immunoblot analysis and immunofluorescence analysis, the decrease in myogenic marker Pax3/7 was not confirmed, but myotubes The specific expression inhibitory activity of the forming protein Myh3 was confirmed. Through this, it was confirmed that the blueberry extract has a negative activity against myoblast differentiation. Conclusion : This experiment confirmed that blueberry hydrothermal extract has excellent antioxidant efficacy and negative results in inhibiting the differentiation and proliferation of myoblast. This requires deep study of certain ingredients and requires reassessment of the dietary intake of blueberries.
PI3-kinase activity through p85, the regulatory subunit of class IA PI3-kinase, is indispensable for the growth, differentiation, and survival of skeletal muscle cells, but little is known about the function of other regulatory subunits such as p55 and p50. We examined the subcellular localization and the expression of the regulatory subunits of class IA PI3-kinase in L6 myoblasts. Both p55 and p50 as well as p85 were expressed in L6 myoblasts. Whereas p85 was localized at both cytosolic and nuclear tractions, p55 and p50 were localized at only the nuclear traction. During the differentiation of L6 myoblasts, the protein concentrations of both p55 and p50 were decreased but that of p85 was not significantly changed. Menadione-induced oxidative stress induced the translocation of p85 from cytosol to nucleus and the increase of p55 expression. These results suggest that the regulatory subunits of class IA PI3-kinase play an important role in L6 myoblasts.
Myoblast fusion is important for skeletal muscle formation. Even though the knowledge of myoblast fusion mechanism has accumulated over the years, the initial signal of fusion is yet to be elucidated. Our study reveals the novel function of a phosphatidylserine (PS) receptor, stabilin-2 (Stab2), in the modulation of myoblast fusion, through the recognition of PS exposed on myoblasts. During differentiation of myoblasts, Stab2 expression is higher than other PS receptors and is controlled by calcineurin/NFAT signaling on myoblasts. The forced expression of Stab2 results in an increase in myoblast fusion; genetic ablation of Stab2 in mice causes a reduction in muscle size, as a result of impaired myoblast fusion. After muscle injury, muscle regeneration is impaired in Stab2-deficient mice, resulting in small myofibers with fewer nuclei, which is due to reduction of fusion rather than defection of myoblast differentiation. The fusion-promoting role of Stab2 is dependent on its PS-binding motif, and the blocking of PS-Stab2 binding impairs cell-cell fusion on myoblasts. Given our previous finding that Stab2 recognizes PS exposed on apoptotic cells for sensing as an "eat-me" signal, we propose that PS-Stab2 binding is required for sensing of a "fuse-me" signal as the initial signal of myoblast fusion.
Lee, Bora;Shin, Yeo Jin;Lee, Seung-Min;Son, Young Hoon;Yang, Yong Ryoul;Lee, Kwang-Pyo
BMB Reports
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v.53
no.5
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pp.278-283
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2020
Muscle fibers are generally formed as multinucleated fibers that are differentiated from myoblasts. Several reports have identified transcription factors and proteins involved in the process of muscle differentiation, but the roles of microRNAs (miRNAs) in myogenesis remain unclear. Here, comparative analysis of the miRNA expression profiles in mouse myoblasts and gastrocnemius (GA) muscle uncovered miR-3074-3p as a novel miRNA showing markedly reduced expression in fully differentiated adult skeletal muscle. Interestingly, elevating miR-3074-3p promoted myogenesis in C2C12 cells, primary myoblasts, and HSMMs, resulting in increased mRNA expression of myogenic makers such as Myog and MyHC. Using a target prediction program, we identified Caveolin-1 (Cav1) as a target mRNA of miR-3074-3p and verified that miR-3074-3p directly interacts with the 3' untranslated region (UTR) of Cav1 mRNA. Consistent with the findings in miR-3074-3p-overexpressing myoblasts, knockdown of Cav1 promoted myogenesis in C2C12 cells and HSMMs. Taken together, our results suggest that miR-3074-3p acts a positive regulator of myogenic differentiation by targeting Cav1.
The present study was conducted to establish primary bovine muscle satellite cell (MSC) culture conditions and to investigate the effects of various steroid hormones on transcription of the genes involved in muscle cell proliferation and differentiation. Of three different types of proteases (type II collagenase, pronase and trypsin-EDTA) used to hydrolyze the myogenic satellite cells from muscle tissues, trypsin-EDTA treatment yielded the highest number of cells. The cells separated by hydrolysis with type II collagenase and incubated on gelatin-coated plates showed an enhanced cell attachment onto the culture plate and cell proliferation at an initial stage of cell growth. In this study, the bovine MSCs were maintained in vitro up to passage 16 without revealing any significant morphological change, and even to when the cells died at passage 21 with decreased or almost no cell growth or deformities. When the cells were incubated in a steroid-depleted environment (DMEM(-)/10% CDFBS (charcoal-dextran stripped FBS)), they grew slowly initially, and were widened and deformed. In addition, when the cells were transferred to an incubation medium containing steroid (DMEM(+)/10% FBS), the deformed cells resumed their growth and returned to a normal morphology, suggesting that steroid hormones are crucial in maintaining normal MSC morphology and growth. The results demonstrated that treatments with 19-nortestosterone and testosterone significantly increased AR gene expression (p<0.05), implying that both testosterone and 19-nortestosterone bind with AR and that the hormone bound-AR complex up-regulates the genes of its own receptor (AR) plus other genes involved in satellite cell growth and differentiation in bovine muscle.
Human adipose-derived mesenchymal stem cells (hMSCs) are highly useful for vascular regeneration of injured or inflamed tissue. Lipopolysaccharide (LPS) is a potent activator of macrophages and stimulates macrophages to release inflammatory cytokines. In the present study, we explored the role of LPS-activated macrophages in the differentiation of hMSCs to smooth muscle cells (SMCs). We demonstrated that conditioned medium from LPS-induced macrophages (LPS CM) stimulates differentiation of hMSCs to SMCs, as evidenced by increased expression of smooth muscle-specific markers, including alpha-smooth muscle actin (${\alpha}$-SMA), smooth muscle-myosin heavy chain, and calponin. LPS induced the secretion of $PGF2{\alpha}$ from macrophages, and $PGF2{\alpha}$ treatment stimulated expression levels of SMC-specific markers in hMSCs. Furthermore, small interfering RNA-mediated silencing of the $PGF2{\alpha}$ receptor inhibited LPS CM-stimulated ${\alpha}$-SMA expression. These results suggest that LPS-activated macrophages promote differentiation of hMSCs to SMCs through a $PGF2{\alpha}$-dependent mechanism.
Choi, Kwang-Hwan;Kim, Minsu;Yoon, Ji Won;Jeong, Jinsol;Ryu, Minkyung;Jo, Cheorun;Lee, Chang-Kyu
Food Science of Animal Resources
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v.40
no.5
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pp.852-859
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2020
The muscle stem cells of domestic animals are of interest to researchers in the food and biotechnology industries for the production of cultured meat. For producing cultured meat, it is crucial for muscle stem cells to be efficiently isolated and stably maintained in vitro on a large scale. In the present study, we aimed to optimize the method for the enrichment of pig muscle stem cells using a magnetic-activated cell sorting (MACS) system. Pig muscle stem cells were collected from the biceps femoris muscles of 14 d-old pigs of three breeds [Landrace×Yorkshire×Duroc (LYD), Berkshire, and Korean native pigs] and cultured in skeletal muscle growth medium-2 (SkGM-2) supplemented with epidermal growth factor (EGF), dexamethasone, and a p38 inhibitor (SB203580). Approximately 30% of total cultured cells were nonmyogenic cells in the absence of purification in our system, as determined by immunostaining for cluster of differentiation 56 (CD56) and CD29, which are known markers of muscle stem cells. Interestingly, following MACS isolation using the CD29 antibody, the proportion of CD56+/CD29+ muscle stem cells was significantly increased (91.5±2.40%), and the proportion of CD56 single-positive nonmyogenic cells was dramatically decreased. Furthermore, we verified that this method worked well for purifying muscle stem cells in the three pig breeds. Accordingly, we found that CD29 is a valuable candidate among the various marker genes for the isolation of pig muscle stem cells and developed a simple sorting method based on a single antibody to this protein.
Skeletal muscle exhibits a loss of muscle mass and function with age. Decreased regenerative potential of muscle stem/progenitor cells is a major underlying cause of sarcopenia. We analyzed microRNAs (miRNA) that are differentially expressed in young and old myoblasts, to identify novel intrinsic factors that play a degenerative role in aged skeletal muscle. miR-431, one of decreasing miRNAs in old myoblasts, improved the myogenic differentiation when overexpressed in old myoblast, but suppressed their myogenic capability in knockdowned young myoblasts. We found that miR-431 directly binds to 3` untranslated regions (UTR) of Smad4 mRNA, and decreases its expression. Given that SMAD4 is one of the downstream effectors of TGF-β, a well-known degenerative signaling pathway in myogenesis, the decreased miR-431 in old myoblast causes SMAD4 elevation, thus resulting in defective myogenesis. Exogenous expression of miR-431 greatly improved the muscle regeneration in the cardiotoxin-injured hindlimb muscle of old mice by reducing SMAD4 levels. Since the miR-431 seed sequence is conserved in human SMAD4 3'UTR, miR-431 regulates the myogenic capacity of human skeletal myoblasts in the same manner. Our results suggest that age-associated miR-431 is required for the maintenance of the myogenic capability in myoblasts, thus underscoring its potential as a therapeutic target to slow down muscle aging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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