Jeong, Jin Young;Kim, Jang Mi;Rajesh, Ramanna Valmiki;Suresh, Sekar;Jang, Gul Won;Lee, Kyung-Tai;Kim, Tae Hun;Park, Mina;Jeong, Hak Jae;Kim, Kyung Woon;Cho, Yong Min;Lee, Hyun-Jeong
Reproductive and Developmental Biology
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v.37
no.4
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pp.225-232
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2013
Satellite cells were derived from muscular tissue in postnatal pig. Satellite cell is an important to growth and development in animal tissues or organs. However, the progress underlying induced differentiation is not clear. The aim of this study was to evaluate the morphologic and the transcriptome changes in porcine satellite cell (PSC) treated with insulin, rosiglitazone, or dexamethasone respectively. PSC was obtained from postnatal muscle tissue. In study 1, for study the effect of insulin and FBS on the differentiated satellite cells, cells were cultured at absence or presence of insulin treated with FBS. Total RNA was extracted for determining the expression levels of myogenic PAX3, PAX7, Myf5, MyoD, and myogenin genes by real-time PCR. Myogenic genes decreased expression levels of mRNA in treated with insulin. In study 2, in order to clarify the relationship between rosiglitazone and lipid in differentiated satellite cells, we further examined the effect of FBS on lipid accumulation in the presence or absence of the rosiglitazone and lipid. Significant differences were observed between rosiglitazone and lipid by FBS. The mRNA of FABP4 and $PPAR{\gamma}$ increased in rosiglitazone treatment. In study 3, we examined the effect of dexamethasone on osteogenic differentiation in PSC. The mRNA was increased osteoblasotgenic ALP and ON genes treated with dexamethasone in 2% FBS. Dexamethasone induces osteoblastogenesis in differentiated PSC. Taken together, in differentiated PSCs, FABP4 and $PPAR{\gamma}$ increased to rosiglitazone. Whereas, no differences to FBS and lipid. These results were not comparable with previous reports. Our results suggest that adipogenic, myogenic, and osteoblastogenic could be isolated from porcine skeletal muscle, and identify culture conditions which optimize proliferation and differentiation formation of PSC.
The loss of skeletal muscle, called sarcopenia, is an inevitable event during the aging process, and significantly impacts quality of life. Autophagy is known to reduce muscle atrophy caused by dysfunctional organelles, even though the molecular mechanism remains unclear. Here, we have discuss the current understanding of exercise-induced autophagy activation in skeletal muscle regeneration and remodeling, leading to sarcopenia intervention. With aging, dysregulation of autophagy flux inhibits lysosomal storage processes involved in muscle biogenesis. AMPK-ULK1 and the $FoxO/PGC-1{\alpha}$ signaling pathways play a critical role in the induction of autophagy machinery in skeletal muscle, thus these pathways could be targets for therapeutics development. Autophagy has been also shown to be a critical regulator of stem cell fate, which determines satellite cell differentiation into muscle fiber, thereby increasing muscle mass. This review aims to provide a comprehensive understanding of the physiological role of autophagy in skeletal muscle aging and sarcopenia.
Hangfeng Jin;Han Wang;Jianqing Wu;Moran Hu;Xiaolong Zhou;Songbai Yang;Ayong Zhao;Ke He
Animal Bioscience
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v.37
no.11
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pp.1848-1862
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2024
Objective: Asparagine synthetase (ASNS) is an aminotransferase responsible for the biosynthesis of aspartate by using aspartic acid and glutamine. ASNS is highly expressed in fast-growing broilers, but few studies have reported the regulatory role of ASNS in muscle development. Methods: To explore the function of ASNS in chicken muscle development, the expression of ASNS in different chicken breeds and tissues were first performed by real-time quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Then, using real-time quantitative RT-PCR, western blot, EdU assay, cell cycle assay and immunofluorescence, the effects of ASNS on the proliferation and differentiation of chicken skeletal muscle satellite cell (SMSC) were investigated. Finally, potential mechanisms by which ASNS influences chicken muscle fiber differentiation were identified through RNA-Seq. Results: The mRNA expression pattern of ASNS in muscles mirrors trends in muscle fiber cross-sectional area, average daily weight gain, and muscle weight across different breeds. ASNS knockdown inhibited SMSC proliferation, while overexpression showed the opposite. Moreover, ASNS attenuated SMSC differentiation by activating the adenosine 5'-monophosphate (AMP)-activated protein kinase (AMPK) pathway. Additionally, 5-aminoimidazole-4-carboxamide1-β-D-ribofuranoside (AICAR) treatment suppressed the cell differentiation induced by siRNA-ASNS. RNA-Seq identified 1,968 differentially expressed genes (DEGs) during chicken SMSC differentiation when overexpression ASNS. Gene ontology (GO) enrichment analysis revealed that these DEGs primarily participated in 8 biological processes, 8 cellular components, and 4 molecular functions. Kyoto encyclopedia of genes and genomes (KEGG) pathway analysis identified several significantly enriched signaling pathways, such as the JAK-STAT signaling pathway, tumor necrosis factor signaling pathway, toll-like receptor signaling pathway, and PI3K-Akt signaling pathway. Conclusion: ASNS promotes proliferation while inhibits the differentiation of chicken SMSCs. This study provides a theoretical basis for studying the role of ASNS in muscle development.
Kim, H.J.;Kang, D.H.;Park, B.H.;Lee, W.Y.;Choi, J.H.;Chung, K.Y.
Journal of Practical Agriculture & Fisheries Research
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v.23
no.1
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pp.117-128
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2021
The skeletal muscle development of Hanwoo steer has been processed in the prenatal and postnatal periods. Bovine satellite cell located in perimysium of muscle tissues has differentially distributed in peripheral tissues. The study of postnatal development of satellite cells can help understand the genetic and functional regulation of meat characteristics. Factors affecting muscle size increase are related to the accumulation of DNA or synthesis of RNA proteins. In this study, we observed muscle development and differentiation after culturing bovine satellite cells derived from longissimus dorsi and semimembranosus regions of Hanwoo muscle tissue. In addition, RNA sequencing data were analyzed for differentially expressed genes (DEG) involved in intracellular muscle development and growth. The DEG of the two muscle tissues were compared according to 1day, 2day, 4day, and 7day. The overall gene expression level was confirmed by the heat map. Gene Ontology (GO) classification method was used to compare the expression level of gene groups affecting LD and SM development. The histology of GO was consistent with the time-cause change of LD and SM cell morphology. SM showed more active skeletal muscle development than LD. Even within the same time, SM expressed more genes than LD, thus synthesizing more muscle fibers
This study aimed to investigate effects of chicken age on proliferation and differentiation capacity of muscle satellite cells (MSCs) and to determine total amino acid contents of cultured meat (CM) produced. Chicken MSCs (cMSCs) were isolated from hindlimb muscles of broiler chickens at 5-week-old (5W) and 19-embryonic-day (19ED), respectively. Proliferation abilities (population doubling time and cell counting kit 8) of cMSCs from 19ED were significantly higher than those from 5W (p<0.05). Likewise, both myotube formation area and expression of myosin heavy chain heavy of cMSCs from 19ED were significantly higher than those from 5W (p<0.05). After cMSCs were serially subcultured for long-term cultivation in 2D flasks to produce cultured meat tissue (CMT), total amino acid contents of CMT showed no significant difference between 5W and 19ED chickens (p>0.05). This finding suggests that cMSCs from chicken embryos are more suitable for improving the production efficiency of CM than those derived from young chickens.
Myogenic satellite cells (MSCs) are mononuclear, multipotent progenitors of adult skeletal muscle possessing a capacity of forming adipocyte-like cells (ALC). To identify the skeletal muscle type-specific myogenic and adipogenic genes during MSCs differentiation, total RNA was extracted from bovine MSCs, myotube-formed cell (MFC), and ALC from each of Beef shank, Longissimus dorsi, Deep pectoral, and Semitendinosus. DNA microarray analysis (24,000 oligo chip) comparing MSCs with MFC and ALC, respectively, revealed 135 differentially expressed genes (> 4 fold) among four cuts. Real-time PCR confirmed expression of 29 genes. Furthermore, the whole tissue sample RNAs analysis showed 6 differentially expressed genes in Beef shank. Among which, 1 gene in MSCs, 4 in MFC, and 1 in ALCs were highly expressed. This study will provide an insight for better understanding the molecular mechanism of differentiation of skeletal muscle type-specific MSCs. The identified genes may be used as marker to distinguish skeletal muscle types.
Global warming and scorching summer seasons affect the growth ability of broilers and animal welfare. In modern broilers, vital organs, such as the heart and lungs, grow disproportionally under intensive selection, making it difficult to adapt to warmer climates. Changes in environmental temperature can affect muscle formation during embryonic development and the early posthatching period. Satellite cells are highly sensitive to heat stress. Heat stress affects the proliferation and differentiation activity of satellite cells and muscle growth and structure. Therefore, thermal manipulation during broiler chick embryogenesis and environmental temperature management at the beginning of hatching are critical for the development and growth of broiler muscles. This review focuses on the thermoregulation mechanism of birds, the muscle development process of broilers, and the function of satellite cells, the relationship between heat stress and muscle development of chicks shortly after hatching, and studies on heat resistance and muscle growth of broilers.
Gender specificity in muscle growth and development is well known. Genesis of muscle is dependent on proliferation and differentiation potential of resident myogenic satellite cells (MSCs) present in muscle fibers. Multipotential capacity of forming myocyte, osteocyte, and adipocyte like cell makes MSCs a unique stem cell. To understand the molecular mechanism involved in determination of muscle quality due to difference in hormone concentration of different gender of animals, MSCs were isolated from bovine skeletal muscle and cultured in male, female, and castrated serum supplemented media. DNA microarray used consisted of 24,000 spots with 70 mer oligo in each spot. A total of 88 genes were up-regulated and 551 genes were down-regulated by more than two fold. Among up-regulated gene, 33, 34, and 21 genes were found up-regulated in cells grown in male, female, and castrated serum, respectively. Interestingly, male serum showed 4, female 11 and castrated male showed 4 genes expressed highly in each gender. Further study on the highly up-regulated gene may unfold the mystery of gender specificity found in muscle development. Also, the identification of differentially expressed genes in gender-specific serum will add information on infrastructure of bovine genome research.
Vaughn, Mathew A.;Lancaster, Phillip A.;Roden, Kelly C.;Sharman, Evin D.;Krehbiel, Clinton R.;Horn, Gerald W.;Starkey, Jessica D.
Journal of Animal Science and Technology
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v.61
no.5
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pp.260-271
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2019
The objective of this study was to determine the effect of different stocker management programs on skeletal muscle development and growth characteristics, satellite cell (SC) activity in growing-finishing beef cattle as well as the effects of SC-conditioned media on preadipocyte gene expression and differentiation. Fall-weaned Angus steers (n = 76; $258{\pm}28kg$) were randomly assigned to 1 of 4 stocker production systems: 1) grazing dormant native range (NR) supplemented with a 40% CP cottonseed meal-based supplement ($1.02kg{\cdot}steer^{-1}{\cdot}d^{-1}$) followed by long-season summer grazing (CON, 0.46 kg/d); 2) grazing dormant NR supplemented with a ground corn and soybean meal-based supplement fed at 1% of BW followed by short-season summer grazing (CORN, 0.61 kg/d); 3) grazing winter wheat pasture (WP) at high stocking density (3.21 steers/ha) to achieve a moderate rate of gain (LGWP, 0.83 kg/d); and 4) grazing winter WP at low stocking density (0.99 steers/ha) to achieve a high rate of gain (HGWP, 1.29 kg/d). At the end of the stocker (intermediate harvest, IH) and finishing (final harvest, FH) phases, 4 steers / treatment were harvested and longissimus muscles (LM) sampled for cryohistological immunofluorescence analysis and SC culture assays. At IH, WP steers had greater LM fiber cross-sectional area than NR steers; however, at FH, the opposite was observed (p < 0.0001). At IH, CORN steers had the lowest Myf-5+:Pax7+ SC density (p = 0.020), while LGWP steers had the most Pax7+ SC (p = 0.043). At FH, CON steers had the highest LM capillary density (p = 0.003) and their cultured SC differentiated more readily than all other treatments (p = 0.017). At FH, Pax7 mRNA was more abundant in 14 d-old SC cultures from HGWP cattle (p = 0.03). Preadipocytes exposed to culture media from proliferating SC cultures from WP cattle isolated at FH had more $PPAR{\gamma}$ (p = 0.037) and less FABP4 (p = 0.030) mRNA expression compared with NR cattle. These data suggest that different stocker management strategies can impact skeletal muscle growth, SC function, and potentially impact marbling development in growing-finishing beef cattle.
Ciglitazone is a member of the thiazolidinedione family, and specifically binds to peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPARγ), thereby promoting adipocyte differentiation. We hypothesized that ciglitazone as a PPARγ ligand in the absence of an adipocyte differentiation cocktail would increase adiponectin and adipogenic gene expression in bovine satellite cells (BSC). Muscle-derived BSCs were isolated from six, 18-month-old Yanbian Yellow Cattle. The BSC were cultured for 96 h in differentiation medium containing 5 µM ciglitazone (CL), 10 µM ciglitazone (CM), or 20 µM ciglitazone (CH). Control (CON) BSC were cultured only in a differentiation medium (containing 2% horse serum). The presence of myogenin, desmin, and paired box 7 (Pax7) proteins was confirmed in the BSC by immunofluorescence staining. The CL, CM, and CH treatments produced higher concentrations of triacylglycerol and lipid droplet accumulation in myotubes than those of the CON treatment. Ciglitazone treatments significantly increased the relative expression of PPARγ, CCAAT/enhancer-binding protein alpha (C/EBPα), C/EBPβ, fatty acid synthase, stearoyl-CoA desaturase, and perilipin 2. Ciglitazone treatments increased gene expression of Pax3 and Pax7 and decreased expression of myogenic differentiation-1, myogenin, myogenic regulatory factor-5, and myogenin-4 (p < 0.01). Adiponectin concentration caused by ciglitazone treatments was significantly greater than CON (p < 0.01). RNA sequencing showed that 281 differentially expressed genes (DEGs) were found in the treatments of ciglitazone. DEGs gene ontology (GO) analysis showed that the top 10 GO enrichment significantly changed the biological processes such as protein trimerization, negative regulation of cell proliferation, adipocytes differentiation, and cellular response to external stimulus. Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway analysis showed that DEGs were involved in the p53 signaling pathway, PPAR signaling pathway, biosynthesis of amino acids, tumor necrosis factor signaling pathway, non-alcoholic fatty liver disease, PI3K-Akt signaling pathway, and Wnt signaling pathway. These results indicate that ciglitazone acts as PPARγ agonist, effectively increases the adiponectin concentration and adipogenic gene expression, and stimulates the conversion of BSC to adipocyte-like cells in the absence of adipocyte differentiation cocktail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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