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.
SOCS-3와 IGF-I은 근육의 분화 과정 및 근비대 기전에 있어 매우 중요한 조절자 역할을 하는 유전자 및 성장인 자이며, 최근 골격근에서 IGF-I과 SOCS-3 유전자의 상호작용에 관한 연구의 필요성이 제기되고 있다. 본 연구에서는 C2C12 myotube에서 IGF-I이 SOCS-3 유전자 발현에 미치는 영향에 대해 알아보기 위해 4일간 분화시킨 C2C12 myotube에 IGF-I을 다양한 농도(0-200 ng/ml) 및 시간(3-72 시간)에 따라 처리하였다. 그 결과 IGF-I이 SOCS-3 유전자의 단백질 발현을 시간 의존적으로 유의하게 증가시켰으며, 3 시간에서 mRNA 발현을 증가시키고, 시간이 지남에 따라 긴 시간에서는 농도 의존적으로 발현이 감소하였음을 알 수 있었다. 또한 면역형광 염색을 통해 IGF-I이 myotube에서 SOCS-3의 단백질을 발현 시켰음을 뚜렷하게 관찰 할 수 있었다. 위 결과들을 바탕으로 본 연구에서는 IGF-I의 처리가 분화된 근육 세포인 C2C12 myotube에서 SOCS-3 유전자 발현에 유의한 영향을 미쳤음을 증명하였다. 이러한 결과는 선행연구에서 보고한 운동이 SOCS-3 유전자 발현을 증가시킴에 있어서 IGF-I이 중추적인 역할을 한 것으로 생각된다. 그러나 IGF-I에 의한 SOCS-3 유전자 발현 조절 기전에 있어 관련 신호 전달체계 및 골격근 관련 유전자 발현에 미치는 영향에 관한 연구는 보다 더 이루어져야 할 것이라 사료된다.
Lee, Seung Yun;Kang, Hea Jin;Lee, Da Young;Kang, Ji Hyeop;Ramani, Sivasubramanian;Park, Sungkwon;Hur, Sun Jin
Journal of Animal Science and Technology
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제63권4호
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pp.673-680
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2021
The purpose of this study was to establish a basic principal procedure for the processing of cultured meat. The first stage involved isolating satellite cells from the desired muscle of an animal using enzymatic digestion (i.e., by using proteases, collagenases, and pronases). The second stage involved culturing the isolated muscle satellite cells in a growth medium containing fetal bovine serum and penicillin/streptomycin with growth factors for an optimal period of time. The second stage involved a basic method for the isolated muscle cells to proliferate while sub-culturing to further induce differentiation in gelatin-coated culture dishes with the general culture medium. The third stage involved the induction of differentiation of muscle satellite cells or formation of myotubes using myogenic medium. Lastly, the fourth stage involved the identification of cell differentiation or myotube formation (myogenesis) using fluorescent dyes. Moreover, the principle of these protocols can be applied to perform primary culture of animal cells. This study will assist beginners with the technical aspects of culturing meat (isolation, cultivation, and differentiation of muscle satellite cells as well as identification of myotube formation for myogenesis).
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.
Background: Black ginseng (BG) has greatly enhanced pharmacological activities relative to white or red ginseng. However, the effect and molecular mechanism of BG on muscle growth has not yet been examined. In this study, we investigated whether BG could regulate myoblast differentiation and myotube hypertrophy. Methods: BG-treated C2C12 myoblasts were differentiated, followed by immunoblotting for myogenic regulators, immunostaining for a muscle marker, myosin heavy chain or immunoprecipitation analysis for myogenic transcription factors. Results: BG treatment of C2C12 cells resulted in the activation of Akt, thereby enhancing hetero-dimerization of MyoD and E proteins, which in turn promoted muscle-specific gene expression and myoblast differentiation. BG-treated myoblasts formed larger multinucleated myotubes with increased diameter and thickness, accompanied by enhanced Akt/mTOR/p70S6K activation. Furthermore, the BG treatment of human rhabdomyosarcoma cells restored myogenic differentiation. Conclusion: BG enhances myoblast differentiation and myotube hypertrophy by activating Akt/mTOR/p70S6k axis. Thus, our study demonstrates that BG has promising potential to treat or prevent muscle loss related to aging or other pathological conditions, such as diabetes.
Background: As a process of aging, skeletal muscle mass and function gradually decrease. It is reported that ginsenoside Rb1 and Rb2 play a role as AMP-activated protein kinase activator, resulting in regulating glucose homeostasis, and Rb1 reduces oxidative stress in aged skeletal muscles through activating the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/Nrf2 pathway. We examined the effects of Rb1 and Rb2 on differentiation of the muscle stem cells and myotube formation. Methods: C2C12 myoblasts treated with Rb1 and/or Rb2 were differentiated and induced to myotube formation, followed by immunoblotting for myogenic marker proteins, such as myosin heavy chain, MyoD, and myogenin, or immunostaining for myosin heavy chain or immunoprecipitation analysis for heterodimerization of MyoD/E-proteins. Results: Rb1 and Rb2 enhanced myoblast differentiation through accelerating MyoD/E-protein heterodimerization and increased myotube hypertrophy, accompanied by activation of Akt/mammalian target of rapamycin signaling. In addition, Rb1 and Rb2 induced the MyoD-mediated transdifferentiation of the rhabdomyosarcoma cells into myoblasts. Furthermore, co-treatment with Rb1 and Rb2 had synergistically enhanced myoblast differentiation through Akt activation. Conclusion: Rb1 and Rb2 upregulate myotube growth and myogenic differentiation through activating Akt/mammalian target of rapamycin signaling and inducing myogenic conversion of fibroblasts. Thus, our first finding indicates that Rb1 and Rb2 have strong potential as a helpful remedy to prevent and treat muscle atrophy, such as age-related muscular dystrophy.
Background: The ginsenoside Rg1 has been shown to exert various pharmacological activities with health benefits. Previously, we have reported that Rg1 promoted myogenic differentiation and myotube growth in C2C12 myoblasts. In this study, the in vivo effect of Rg1 on fiber-type composition and oxidative metabolism in skeletal muscle was examined. Methods: To examine the effect of Rg1 on skeletal muscle, 3-month-old mice were treated with Rg1 for 5 weeks. To assess muscle strength, grip strength tests were performed, and the lower hind limb muscles were harvested, followed by various detailed analysis, such as histological staining, immunoblotting, immunostaining, and real-time quantitative reverse transcription polymerase chain reaction. In addition, to verify the in vivo data, primary myoblasts isolated from mice were treated with Rg1, and the Rg1 effect on myotube growth was examined by immunoblotting and immunostaining analysis. Results: Rg1 treatment increased the expression of myosin heavy chain isoforms characteristic for both oxidative and glycolytic muscle fibers; increased myofiber sizes were accompanied by enhanced muscle strength. Rg1 treatment also enhanced oxidative muscle metabolism with elevated oxidative phosphorylation proteins. Furthermore, Rg1-treated muscles exhibited increased levels of anabolic S6 kinase signaling. Conclusion: Rg1 improves muscle functionality via enhancing muscle gene expression and oxidative muscle metabolism in mice.
Polyamines of Korean red ginseng were extracted with 5% trichloroacetic acid and purified by ion exchange chromatography using Dowex-50Wx8 resin. Four spots having R$_f$ values of 0.19, 0.28, 0.35, and 0.45 were detected. It was observed under microscopy that those polyamines stimulated the growth and differentiation of chicken embryonic muscle cell. The development of muscle cells from the stage of myoblast to that of myotube was found to be enhanced by those polyamines. It was also observed that those polyamines most likely lengthened, the life-span of the cultured chicken embryonic skeletal muscle cells.
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.
Kim, Si Won;Lee, Jeong Hyo;Park, Byung-Chul;Park, Tae Sub
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제30권7호
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pp.1029-1036
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2017
Objective: In the livestock industry, the regulatory mechanisms of muscle proliferation and differentiation can be applied to improve traits such as growth and meat production. We investigated the regulatory pathway of MyoD and its role in muscle differentiation in quail myoblast cells. Methods: The MyoD gene was mutated by the clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR)/Cas9 technology and single cell-derived MyoD mutant sublines were identified to investigate the global regulatory mechanism responsible for muscle differentiation. Results: The mutation efficiency was 73.3% in the mixed population, and from this population we were able to establish two QM7 MyoD knockout subline (MyoD KO QM7#4) through single cell pick-up and expansion. In the undifferentiated condition, paired box 7 expression in MyoD KO QM7#4 cells was not significantly different from regular QM7 (rQM7) cells. During differentiation, however, myotube formation was dramatically repressed in MyoD KO QM7#4 cells. Moreover, myogenic differentiation-specific transcripts and proteins were not expressed in MyoD KO QM7#4 cells even after an extended differentiation period. These results indicate that MyoD is critical for muscle differentiation. Furthermore, we analyzed the global regulatory interactions by RNA sequencing during muscle differentiation. Conclusion: With CRISPR/Cas9-mediated genomic editing, single cell-derived sublines with a specific knockout gene can be adapted to various aspects of basic research as well as in functional genomics studies.
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