Park, Jinryong;Lee, Jeongeun;Song, Ki-Duk;Kim, Sung-Jo;Kim, Dae Cheol;Lee, Sang Cheol;Son, Young June;Choi, Hyun Woo;Shim, Kwanseob
Animal Bioscience
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v.34
no.8
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pp.1392-1402
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2021
Objective: The growth rate of pigs is related to differentiation and proliferation of muscle cells, which are regulated by growth factors and expression of growth-related genes. Thus, the objective of this study was to establish optimal culture conditions for Jeju black pig (JBP) muscle cells and determine the relationship of various factors involved in muscle growth with the proliferation of JBP muscle cells. Methods: Muscles were taken from the femur skeletal muscle of JBP embryos. After isolation of the muscle cells, cells were cultured in a 6-well plate under four different culture conditions to optimize culture conditions for JBP muscle cells. To analyze proliferation rate of JBP muscle cells, these muscle cells were seeded into 6-well plates at a density of 1.5×105 cells per well and cultured for 3 days. Western blot and quantitative real-time polymerase chain reaction were applied to verify the myogenic differentiation 1 (MyoD) expression and growth-related gene expression in JBP muscle cells, respectively. Results: We established a muscle cell line from JBP embryos and optimized its culture conditions. These muscle cells were positive for MyoD, but not for paired box 7. The proliferation rate of these muscle cells was significantly higher in a culture medium containing bFGF and epidermal growth factor + basic fibroblast growth factor (EGF+bFGF) than that without a growth factor or containing EGF alone. Treatment with EGF and bFGF significantly induced the expression of MyoD protein, an important transcription factor in muscle cells. Moreover, we checked the changes of expression of growth-related genes in JBP muscle cells by presence or absence of growth factors. Expression level of collagen type XXI alpha 1 gene was changed only when EGF and bFGF were added together to culture media for JBP muscle cells. Conclusion: Concurrent use of EGF and bFGF increased the expression of MyoD protein, thus regulating the proliferation of JBP muscle cells and the expression of growth-related genes.
Myostatin (growth differentiation factor (GDF)-8), is one member of the transforming growth factor $\beta$ superfamily. Investigations of GDF-8 null mice and double-muscled cattle revealed that GDF-8 has a profound influence upon skeletal muscle growth. Therefore, the GDF-8 effect upon the productive performance of pigs is worth exploring. In the present study, the nucleotide sequences and expression levels of GDF-8 genes in European pigs (Landrace and Duroc) and Asian pigs (Taoyuan and Small-ear) were evaluated. Based upon their genetic background these breeds possess significantly distinct growth rate and muscle productionphenotypes. Our sequence data showed that the nucleotide sequences of European and Asian pigs were 100% similar. Postnatal expression of GDF-8 gene in skeletal muscles, from birth to 12 mo of age, among different breeds was measured. GDF-8 expression levels in the longissimus muscle of neonatal European breed littermates were the highest, however it declined significantly (p<0.05) at 1 and 3 mo, and then increased gradually at 6 to 12 mo. The Asian breeds, however, GDF-8 expression level increased markedly at 3 mo and maintained a constant level thereafter. The results indicate that rather than polymorphism within the GDF-8 functional sequence between European and Asia breeds, it was relative to the gene regulation in postnatal muscle growth.
Syed Sayeed Ahmad;Hee Jin Chun;Khurshid Ahmad;Sibhghatulla Shaikh;Jeong Ho Lim;Shahid Ali;Sung Soo Han;Sun Jin Hur;Jung Hoon Sohn;Eun Ju Lee;Inho Choi
Journal of Animal Science and Technology
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v.65
no.1
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pp.16-31
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2023
Cultured meat is a potential sustainable food generated by the in vitro myogenesis of muscle satellite (stem) cells (MSCs). The self-renewal and differentiation properties of MSCs are of primary interest for cultured meat production. MSC proliferation and differentiation are influenced by a variety of growth factors such as insulin-like growth factors (IGF-1 and IGF-2), transforming growth factor beta (TGF-β), fibroblast growth factors (FGF-2 and FGF-21), platelet-derived growth factor (PDGF) and hepatocyte growth factor (HGF) and by hormones like insulin, testosterone, glucocorticoids, and thyroid hormones. In this review, we investigated the roles of growth factors and hormones during cultured meat production because these factors provide signals for MSC growth and structural stability. The aim of this article is to provide the important idea about different growth factors such as FGF (enhance the cell proliferation and differentiation), IGF-1 (increase the number of myoblasts), PDGF (myoblast proliferation), TGF-β1 (muscle repair) and hormones such as insulin (cell survival and growth), testosterone (muscle fiber size), dexamethasone (myoblast proliferation and differentiation), and thyroid hormones (amount and diameter of muscle fibers and determine the usual pattern of fiber distributions) as media components during myogenesis for cultured meat production.
We investigated the insulin-like growth factor 1 (IGF-1)/AKT signaling pathway involved in muscle formation, growth, and movement in the adductor muscle of triploid Pacific oyster, Crassostrea gigas. Large and small triploid oysters (LTs and STs) cultured under identical conditions were screened, and the signaling pathways of individuals with superior growth were compared and analyzed. mRNA and protein expression levels of actin, troponin, tropomyosin, and myosin, proteins important in muscle formation, were higher in LTs compared with STs. Expression levels of IGF-1, IGF binding protein (IGFBP), and IGFBP complex acid-labile subunit were also higher in LTs compared with STs. Phosphorylation of the IGF receptor as well as that of AKT was high in LTs. In addition, the expression of phosphomammalian target of rapamycin and phospho-glycogen synthase kinase $3{\beta}$ was increased and the expression of Forkhead box O3 was decreased in LTs. Therefore, we suggested that the IGF-1/AKT signaling pathway affects the formation, growth, and movement of the adductor muscle in triploid oysters.
Cell growth and DNA synthesis were studied from a cultured early- and late- pas- sage mouse aorta smooth muscle cell (MASMC) because the proliferation of vascular smooth muscle cell (VSMC) is a key factor in development of atherosclerosis. In this study, the cells were cultured in fetal bovine serum (FBS) and stimulated by growth factors such as thrombin and platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB). Compared to the number of early-passage MASMC (passage 3 to 9) the number of late-passage MASMC (passage 30 to 40) in a normal serum state was increased 2 fold at Day 1, 3 and 6 in culture, respectively. Incorporation of $[^3H]$ thymidine into DNA induced by serum, PDGF and thrombin in late-passage MASMC was greater than those in early-passage MASMC. We also examined whether intracellular zinc levels would be an aging factor or not. The intracellular zinc level in early- and late-passage MASMC was monitored by using the zinc probe dye N-(6-methoxy-8-quinolyl)-p-toluenesulfonamide. It is interested that late-passage MASMC increased the intracellular fluorescence level of zinc, more than the early passage MASMC did. The alterations of intracellular zinc level occur concurrently with changes in MASMC proliferation rate during aging. This data suggest that the age-associated changes in zinc concentrations may provide a new in vitro model for the study of smooth muscle cell differentiation.
Although insulin-like growth factor-I (IGF-I) and androgen receptor (AR) are well known effectors of skeletal muscle, the molecular mechanism by which signaling pathways integrating AR and IGF-I in skeletal muscle cells has not been previously examined. In this study, the role of PI3K/Akt on IGF-I-induced gene expression and activation of AR in skeletal muscle cells was investigated. C2C12 cells were treated with IGF-I in the absence or presence of inhibitors of PI3K/Akt pathway (LY294002 and Wortmannin). Inhibition of the PI3K/Akt pathway with LY294002 or Wortmannin led to a significant decrease in IGF-I-induced AR phosphorylation and total AR protein expression. Furthermore, IGF-I-induced AR mRNA and skeletal ${\alpha}-actin$ mRNA were blocked by LY294002 or Wortmannin. Confocal images showed that IGF-I-induced AR translocation from cytosol to nucleus was inhibited significantly in response to treatment with LY294002 or Wortmannin. The present results suggest that modulating effect of IGF-I on AR gene expression and activation in C2C12 mouse skeletal muscle cells is mediated at least in part by the PI3K/Akt pathway.
Purpose : Mechanical stress activates signaling cascades and leading to a specific response of a network of signaling pathways. The purpose of this study is to review the effect of mechanical stress-induced adaptation in skeletal muscle involves a biological mechanisms. Methods : This is literature study with Pubmed, Medline and books. Results : Skeletal muscle tissue demonstrates a malleability and may adjust its metabilic response, vascularization and neuromuscular characteristic makeup in response to alteration in functional demands. The adaptation in skeletal muscle involoves a multitude of signalling mechanisms related with insuline-like growth factor, vascular endothelial growth factor, neurotrophins. Conclusions : The identification of the basic relationships underlying the malleability of skeletal muscle tissue is likely to be of relevance for our understanding with PNF technique.
Kim, W.K.;Kim, M.H.;Ryu, Y.H.;Ryu, Y.C.;Rhee, M.S.;Seo, D.S.;Lee, C.Y.;Kim, B.C.;Ko, Y.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.18
no.5
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pp.716-722
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2005
Carcass weight and backfat thickness are primary yield grading factors. Insulin-like growth factor (IGF)-I/-II, transforming growth factor $\beta$1 (TGF-$\beta$1), and epidermal growth factor (EGF) regulate the proliferation and differentiation of cells including adipocytes. Also, interleukin (IL)-2/-6, cortisol, and dehydroepiandrosterone-sulfate (DHEA-S) are known to be related to muscle growth and fat depth. However, the relationships between endocrine factors and carcass grade have not been studied. Therefore, this study aimed to measure the concentrations of endocrine factors in serum and muscle, and to investigate the relationship of endocrine factors with carcass grade. A total of 60 crossbred gilts (Duroc${\times}$Yorkshire${\times}$Landrace) were used. Blood from the jugular vein was collected at antemortem (7 days before slaughter) and postmortem periods, and M. Longissimus was collected at 45 min and 24 h after slaughter. The concentrations of IGF-I/-II, EGF, TGF-$\beta$1, IL-2/-6, cortisol and DHEA-S were analyzed by radioimmunoassay (RIA) or enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). In general, IGF and EGF concentrations in serum and muscle of grade A carcasses were found to be higher than those of grade C carcasses at antemortem and postmortem periods, whereas the pattern of TGF-$\beta$1 concentration was reversed. In particular, the concentrations of muscle IGF-I (24 h postmortem) and serum TGF-$\beta$1 (antemortem) were significantly different between grades A and C (p<0.05). The present results indicate that serum and muscle growth factors affect carcass weight and backfat thickness, and indirectly suggest the possibility that carcass grade could be predicted by expression of serum and/or muscle growth factors.
To determine whether Insulin-like growth factor (IGF-I) treatment represents a potential means of enhancing the survival of cardiac muscle cells from adriamycin (ADR)-induced cell death, the present study examined the ability of IGF-I to prevent cell death. The study was performed utilising the embryonic, rat, cardiac muscle cell line, H9C2. Incubating cardiac muscle cells in the presence of adriamycin increased cell death, as determined by MTT assay and annexin V-positive cell number. The addition of 100 ng/mL IGF-I, in the presence of adriamycin, decreased apoptosis. The effect of IGF-I on phosphorylation of PI, a substrate of phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase) or protein kinase B (AKT), was also examined in H9C2 cardiac muscle cells. IGF-I increased the phosphorylation of ERK 1 and 2 and $PKC{\;}{\zeta}{\;}kinase$. The use of inhibitors of PI 3-kinase (LY 294002), in the cell death assay, demonstrated partial abrogation of the protective effect of IGF-I. The MEK1 inhibitor-PD098059 and the PKC inhibitor-chelerythrine exhibited no effect on IGF-1-induced cell protection. In the regulatory subunit of PI3K-p85- dominant, negative plasmid-transfected cells, the IGF-1-induced protective effect was reversed. This data demonstrates that IGF-I protects cardiac muscle cells from ADR-induced cell death. Although IGF-I activates several signaling pathways that contribute to its protective effect in other cell types, only activation of PI 3-kinase contributes to this effect in H9C2 cardiac muscle cells.
Yang, Xiaoping;Zhu, Mei J.;Sreejayan, N.;Ren, J.;Du, Min
Molecules and Cells
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v.20
no.2
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pp.263-270
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2005
Transactivation of EGF-receptor (EGFR) by G-protein coupled receptors (GPCRs) is emerging as an important pathway in cell proliferation, which plays a crucial role in the development of atherosclerotic lesion. Angiotensin II (Ang II) has been identified to have a major role in the formation of atherosclerotic lesions, although the underlying mechanisms remain largely unclear. We hypothesize that Ang II promotes the proliferation and migration of smooth muscle cells through the release of heparin-binding epidermal growth factor like growth factor (HB-EGF), transactivation of EGFR and activation of Akt and Erk 1/2, with matrix metalloproteases (MMPs) playing a dispensable role. Primary rat aortic smooth muscle cells were used in this study. Smooth muscle cells rendered quiescent by serum deprivation for 12 h were treated with Ang II (100 nM) in the presence of either GM6001 ($20{\mu}M$), a specific inhibitor of MMPs or AG1478 ($10{\mu}M$), an inhibitor of EGFR. The levels of phosphorylation of EGFR, Akt and Erk 1/2 were assessed in the cell lysates. Inhibition of MMPs by GM6001 significantly attenuated Ang II-stimulated phosphorylation of EGFR, suggesting that MMPs may be involved in the transactivation of EGFR by Ang II receptor. Furthermore Ang II-stimulated proliferation and migration of smooth muscle cells were significantly blunted by inhibiting MMPs and EGFR and applying HB-EGF neutralization antibody, indicating that MMPs, HB-EGF and EGFR activation is necessary for Ang-II stimulated migration and proliferation of smooth muscle cells. Our results suggest that inhibition of MMPs may represent one of the strategies to counter the mitogenic and motogenic effects of Ang II on smooth muscle cells and thereby prevent the formation and development of atherosclerotic lesions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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