Objective: To investigate the stem cell-like characteristics of human periodontal ligament (PDL) stromal cells outgrown from orthodontically extracted premolars and to evaluate the potential for myogenic differentiation. Methods: PDL stromal cells were obtained from extracted premolars by using the outgrowth method. Cell morphological features, self-replication capability, and the presence of cell-surface markers, along with osteogenic, adipogenic, and chondrogenic differentiation, were confirmed. In addition, myogenic differentiation was induced by the use of 5-aza-2'-deoxycytidine (5-Aza) for DNA demethylation. Results: PDL stromal cells showed growth patterns and morphological features similar to those of fibroblasts. In contrast, the proliferation rates of premolar PDL stromal cells were similar to those of bone marrow and adipogenic stem cells. PDL stromal cells expressed surface markers of human mesenchymal stem cells (i.e., CD90 and CD105), but not those of hematopoietic stem cells (i.e., CD31 and CD34). PDL stromal cells were differentiated into osteogenic, adipogenic, and chondrogenic lineages. Myotube structures were induced in PDL stromal cells after 5-Aza pretreatment, but not in the absence of 5-Aza pretreatment. Conclusions: PDL stromal cells isolated from extracted premolars can potentially be a good source of postnatal stem cells for oromaxillofacial regeneration in bone and muscle.
골격근의 분화 또는 근육 분화는 근육량과 신진대사 항상성을 유지하기 위해 중요하다. 근육 특이적 microRNAs (miRNAs)는 골격근 분화에 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 rat miRNAs 마이크로어레이를 사용하여 rat L6 근아세포의 근육 분화 과정에서의 miRNAs 발현 양상을 조사했다. 우리는 miR-128의 발현 증가를 발견했고, 동시에 이미 알려진 근육 분화 조절 miRNAs인 miR-1, miR-133b와 mi-206의 발현 증가를 확인했다. 이 microarray 결과를 확인하기위해 우리는 Quantitative RT-PCR 기술을 사용하였고, microarray 결과와 유사하게 발현 초기 mRNAs와 발현 후 성숙 miRNAs에서 모두 miR-128의 발현 증가를 확인했다. 또한 Rat L6 근아세포로의 miR-128 발현 향상은 muscle creatine kinase (MCK), myogenin, myosin heavy chain (MHC)와 같은 근육분화 표지 유전자 발현을 유발했고, 또한 MHC의 단백질 발현을 증가시켰다. 억제 PNAs를 사용한 miR-128의 작용 억제는 이러한 근육 분화 표지 유전자들의 발현을 차단했다. 또한, miR-128 발현 향상은 Erk와 Akt 단백질의 인슐린 자극에 의한 인산화를 증가시켰고, 고인슐린혈증과 고혈당증으로 인해 유도된 인슐린 저항성으로 인한 Erk와 Akt의 억제된 인산화를 회복했다. 이러한 발견은 miR-128이 근육분화와 인슐린 작용에 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 시사한다.
Myostatin, a negative regulator of myogenesis, is shown to function by controlling the proliferation of myoblasts. In this study we show that myostatin is an inhibitor of myoblast differentiation and that this inhibition is mediated through Smad 3. To determine MyoD expression by Dodamtang treatment, we compared the expression pattern of $C_{2}C_{12}$ mouse myoblasts that constitutively express myostatin with control cells. In vitro, increasing concentrations of Dodamtang reversibly prevented the myogenic blockage of myoblasts by myostatin expression. ELISA assay, Western and confocal analysis indicated that treatment of Dodamtang to the low serum culture media increased the levels of MyoD leading to the inhibition of myogenic differentiation by myostatin. The stable transfection of $C_{2}C_{12}$ myoblasts with myostatin expressing constructs did rescue MyoD-induced myogenic differentiation. Consistent with this, the treatment of Dodamtang rescued the expression of a MyoD in $C_{2}C_{12}$ myoblasts treated with myostatin. Taken together, these results suggest that induction of MyoD by Dodamtang inhibits myostatin activity and expression via SMAD3 resulting in the rescue of the myoblasts to differentiate into myotubes. Thus we propose that myostatin action by Dodamtang plays a critical role in myogenic differentiation and that the muscular hyperplasia and hypertrophy seen in animals that blockage of functional myostatin is because of deregulated proliferation and differentiation of myoblasts.
Han, Yunfei;Guo, Wenrui;Su, Rina;Zhang, Yanni;Yang, Le;Borjigin, Gerelt;Duan, Yan
Animal Bioscience
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제35권4호
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pp.614-623
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2022
Objective: The objective of this study was to investigate the effects of sheep slaughter age on myogenic characteristics in skeletal muscle satellite cells (SMSCs). Methods: Primary SMSCs were isolated from hind leg biceps femoris muscles of Wurank lambs (slaughtered at three months, Mth-3) and adults (slaughtered at fifteen months, Mth-15). SMSCs were selected by morphological observation and fluorescence staining. Myogenic regulatory factors (MRF) and myosin heavy chain (MyHC) expressions of SMSCs were analyzed on days 1, 3, 4, and 5. Results: The expressions of myogenic factor 5 (Myf5), myogenic differentiation (MyoD), Myf6, and myogenin (MyoG) in Mth-15 were significantly higher in Mth-15 than in Mth-3 on days 1, 3, and 4 (p<0.05). However, MyoG expression in Mth-15 was significantly lower than in Mth-3 on day 5 (p<0.05). The expressions of MyHC I, MyHC IIa, and MyHC IIx in Mth-15 were significantly higher than in Mth-3 on days 1 and 3 (p<0.05), and MyHC IIb were significantly lower than in Mth-3 on days 3 and 4 (p<0.05). In contrast, the expression of MyHC IIx in Mth-15 was significantly lower and MyHC IIb was significantly higher than in Mth-3 on days 5 (p<0.05). Conclusion: The slaughter age altered the expression of MRFs and MyHCs in SMSCs while differentiation, which caused the variation of myogenic characteristics, and thus may affect the meat quality of Wurank sheep.
Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) play an indispensable role in activation of the myogenic program, which is responsive to mechanical stimulation. Although there is accumulating evidence of mechanical force-mediated cellular responses, the role of MAPK in regulating the myogenic process in myoblasts exposed to cyclic stretch is unclear. Cyclic stretch induced the proliferation of C2C12 myoblasts and inhibited their differentiation into myotubes. In particular, it induced persistent phosphorylation of p38 kinase, and decreased the level of phosphorylation of extracellular-signal regulated kinase (ERK). Partial inhibition of p38 phosphorylation increased cellular levels of MyoD and p-ERK in stretched C2C12 cells, along with increased myotube formation. Treatment with $10{\mu}M$ PD98059 prevented myogenin expression in response to a low dose of SB203580 ($3{\mu}M$) in the stretched cells, suggesting that adequate ERK activation is also needed to allow the cells to differentiate into myotubes. These results suggest that cyclic stretch inhibits the myogenic differentiation of C2C12 cells by activating p38-mediated signaling and inhibiting ERK phosphorylation. We conclude that p38 kinase, not ERK, is the upstream signal transducer regulating cellular responses to mechanical stretch in skeletal muscle cells.
Minkyung, Ryu;Minsu, Kim;Hyun Young, Jung;Cho Hyun, Kim;Cheorun, Jo
Animal Bioscience
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제36권2호
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pp.295-306
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2023
Objective: Inhibiting the p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway delays differentiation and increases proliferation of muscle stem cells in most species. Here, we aimed to investigate the effect of p38 inhibitor (p38i) treatment on the proliferation and differentiation of chicken muscle stem cells. Methods: Chicken muscle stem cells were collected from the muscle tissues of Hy-line Brown chicken embryos at embryonic day 18, then isolated by the preplating method. Cells were cultured for 4 days in growth medium supplemented with dimethyl sulfoxide or 1, 10, 20 μM of p38i, then subcultured for up to 4 passages. Differentiation was induced for 3 days with differentiation medium. Each treatment was replicated 3 times. Results: The proliferation and mRNA expression of paired box 7 gene and myogenic factor 5 gene, as well as the mRNA expression of myogenic differentiation marker gene myogenin were significantly higher in p38i-treated cultures than in control (p<0.05), but immunofluorescence staining and mRNA expression of myosin heavy chain (MHC) were not significantly different between the two groups. Oil red O staining of accumulated lipid droplets in differentiated cell cultures revealed a higher lipid density in p38i-treated cultures than in control; however, the expression of the adipogenic marker gene peroxisome proliferator activated receptor gamma was not significantly different between the two groups. Conclusion: p38 inhibition in chicken muscle stem cells improves cell proliferation, but the effects on myogenic differentiation and lipid accumulation require additional analysis. Further studies are needed on the chicken p38-MAPK pathway to understand the muscle and fat development mechanism.
In order to investigate the effect of Transforming growth factor ${\beta}1$(below TGF-${\beta}1$) and osteogenic protein-1(below Op-1) onto the myogenic differentiation, C2C12 satellite myoblastic cell line was cultured and treated with both growth factors. At first morphological changes with microscopical examination were examined, and isolated total RNA to analyse mRNA expression of bone marker proteins, muscle regulatory proteins, TGF-${\beta}$ receptor and their ligands by Northern blot analysis. And cellular proliferative inducibility of both growth factors was also tested to C2C12 cells. Incubating the cell with $5ng/m{\ell}$ of TGF-${\beta}1$ until 4 days almost inhibited multinucleated myotube formation expressing muscular regulatory proteins, and induced decreasing Id proteins. However, no osteoblastic phenotypes was induced by TGF-${\beta}1$ in C2C12 cells. The mRNA expression of TGF-${\beta}$ receptors with TGF-${\beta}1$ was conversed after 48 hours cultured. Type I TGF-${\beta}$ receptor was seemed to play a role in negative signalling for inhibition of myogenic differentiation. OP-1 dose dependently induced ALP activity, osteopontine production and bone sialoprotein production at concentrations above $100ng/m{\ell}$ and osteocalcin production at concentrations above $300ng/m{\ell}$. The concentration of OP-1 required to induce these osteoblastic phenotypes was the same as that required to almost completely inhibit myotube formation. Incubation with above $100ng/m{\ell}$ OP-1 suppressed the expression of mRNA for muscular egulatory proteins from 2 days after incubation. Expression of Id-1, 2, 3 mRNA were stimulated by OP-1 at concentration above $300ng/m{\ell}$. When C2C12 cells were treated with both growth factors, TGF-${\beta}1$ potentiated the inhibitory effect of OP-1 on myotube formation and expression of mRNA for myogenin at 12 days. And TGF-${\beta}1$ reduced osteocalcin and bone sialoprotein production induced by OP-1 at 12 days in C2C12 cells. Both growth factor had no mitogenic effect. These results indicate that OP-1 converts the differentiation pathway of C2C12 myoblasts into that of osteoblastic lineage cells and it's not heritable, but TGF-${\beta}1$ does not and has reversible inhibitory activity on the myogenic differentiation. TGF-${\beta}1$ and OP-1 play a role in myogenic differentiation via different mechanism between them.
Objective: Myogenic satellite cells were isolated from semitendinosus muscle of prepubertal Korean black goat to observe the differential effect of linolenic and retinoic acid in thepresence of thiazolidinediones (TZD) and also to observe the production insulin sensitive preadipocyte. Methods: Cells were characterized for their stemness with cluster of differentiation 34 (CD34), CD13, CD106, CD44, Vimentin surface markers using flow cytometry. Cells characterized themselves as possessing significant (p<0.05) levels of CD13, CD34, CD106, Vimentin revealing their stemness potential. Goat myogenic satellite cells also exhibited CD44, indicating that they possessed a % of stemness factors of adipose lineage apart from their inherent stemness of paxillin factors 3/7. Results: Cells during proliferation stayed absolutely and firmly within the myogenic fate without any external cues and continued to show a significant (p<0.05) fusion index % to express myogenic differentiation, myosin heavy chain, and smooth muscle actin in 2% horse serum. However, confluent myogenic satellite cells were the ones easily turning into adipogenic lineage. Intriguingly, upregulation in adipose specific genetic markers such as peroxisome proliferation-activated receptor ${\gamma}$, adiponectin, lipoprotein lipase, and CCAAT/enhancer binding protein ${\alpha}$ were observed and confirmed in all given treatments. However, the amount of adipogenesis was found to be statistically significant (p<0.01) with linolenic acid as compared to retinoic acid in combination with TZD's. Conclusion: Retinoic acid was found to produce smaller preadipocytes which have been assumed to have insulin sensitization and hence retinoic acid could be used as a potential agent to sensitize tissues to insulin in combination with TZD's to treat diabetic conditions in humans and animals in future.
Background: Ginsenoside Rg1 belongs to protopanaxatriol-type ginsenosides and has diverse pharmacological activities. In this report, we investigated whether Rg1 could upregulate muscular stem cell differentiation and muscle growth. Methods: C2C12 myoblasts, MyoD-transfected 10T1/2 embryonic fibroblasts, and HEK293T cells were treated with Rg1 and differentiated for 2 d, subjected to immunoblotting, immunocytochemistry, or immunoprecipitation. Results: Rg1 activated promyogenic kinases, p38MAPK (mitogen-activated protein kinase) and Akt signaling, that in turn promote the heterodimerization with MyoD and E proteins, resulting in enhancing myogenic differentiation. Through the activation of Akt/mammalian target of rapamycin pathway, Rg1 induced myotube growth and prevented dexamethasone-induced myotube atrophy. Furthermore, Rg1 increased MyoD-dependent myogenic conversion of fibroblast. Conclusion: Rg1 upregulates promyogenic kinases, especially Akt, resulting in improvement of myoblast differentiation and myotube growth.
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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