Kim, Hyunju;Jang, Minsu;Park, Rackhyun;Jo, Daum;Choi, Inho;Choe, Joonho;Oh, Won Keun;Park, Junsoo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.4
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pp.520-526
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2018
Conessine, a steroidal alkaloid, is a potent histamine H3 antagonist with antimalarial activity. We recently reported that conessine treatment interferes with $H_2O_2$-induced cell death by regulating autophagy. However, the cellular signaling pathways involved in conessine treatment are not fully understood. Here, we report that conessine reduces muscle atrophy by interfering with the expression of atrophy-related ubiquitin ligases MuRF-1 and atrogin-1. Promoter reporter assay revealed that conessine treatment inhibits FoxO3a-dependent transcription, $NF-{\kappa}B$-dependent transcription, and p53-dependent transcription. We also showed by quantitative RT-PCR and western blot assays that conessine treatment reduced dexamethasone-induced expression of MuRF1 and atrogin-1. Finally, we demonstrated that conessine treatment reduced dexamethasone-induced muscle atrophy using differentiated C2C12 cells. These results collectively suggest that conessine is potentially useful in the treatment of muscle atrophy.
This study examined the α-glucosidase inhibitory, and apoptosis- and anti-muscular-related factors of goat meat extracts from forelegs, hind legs, loin, and ribs. The goat meat extracts were evaluated for their α-glucosidase inhibitory activity. The gene and protein expression levels of Bcl-2-associated X (bax), p53, and p21 were examined by reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and immunoblotting in AGS and HT-29 cells. The expression levels of Atrogin-1 and MHC1b were examined by RT-PCR in C2C12 myoblasts, and the expression levels of Atrogin-1, muscle atrophy F-box (MAFbx), muscle RING-finger protein-1 (MuRF-1), and myosin heavy chain-7 were investigated by immunoblotting. α-Glucosidase inhibitory activity was higher in ethanol extract than in hydrous and hot water extracts. BAX and p53 expression levels were higher (p<0.05) in AGS cells treated with goat meat extract than those of cells treated with no goat meat extract. In HT-29 cells, the protein expression levels of BAX, p53, and p21 were higher (p<0.05) in the cells treated with goat meat extract than those of cells not treated with goat meat extract. In dexamethasone-treated C2C12 cells, goat meat extract treatment lower (p<0.05) the expression of Atrogin-1 and lower (p<0.05) the expression of MAFbx and MuRF-1. The results of the present study indicate that goat meat extracts have α-glucosidase inhibitory activity in vitro. In addition, apoptosis was induced in AGS cells and HT-29 cells treated with goat meat extract, and anti-muscular atrophy activity was also observed in C2C12 cells treated with goat meat extract.
Dal-Ah KIM;Kyoung Hye KONG;Hyun-Jeong CHO;Mi-Ran LEE
Korean Journal of Clinical Laboratory Science
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v.55
no.3
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pp.184-194
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2023
In this study, we investigated whether p-anisaldehyde (PAA), the main component of essential oils derived from anise seeds, influences the differentiation of mouse C2C12 myoblasts. Cells were induced to differentiate over 5 days using a differentiation medium with or without PAA (50 or 200 mg/mL). Myotube length and diameter were measured, and the expressions of myogenic markers (myoblast determination protein 1, myogenin, myocyte enhancer factor 2, muscle creatine kinase, and myosin heavy chain) and atrophy-related genes (atrogin-1 and muscle ring finger-1 [MuRF-1]) were assessed by quantitative real-time polymerase chain reaction. Additionally, protein kinase B (Akt) phosphorylation was monitored by western blotting. PAA significantly induced the formation of smaller and thinner myotubes and reduced myogenic marker expression. Furthermore, PAA increased the expressions of atrogin-1 and MuRF-1 and simultaneously reduced Akt phosphorylation. Our findings indicate that PAA inhibits the myogenic differentiation of C2C12 cells by reducing the phosphorylation and activation of Akt.
Skeletal muscle, essential for metabolism, thermoregulation, and immunity, undergoes myogenic differentiation that results in myotube formation. Trans-anethole (TA), the major constituent in essential oil produced by anise, star anise, and fennel, whose function in skeletal muscle has not yet been elucidated. Therefore, we investigated whether TA influenced muscle differentiation in mouse C2C12 myoblasts. Cells were induced to differentiate using a differentiation medium with or without TA (50 or 200 mg/mL) daily for 5 days. We measured myotube length and diameter after differentiation days 1, 3, and 5 and analyzed the expression of myogenic markers (myoblast determination protein 1, myogenin, myocyte enhancer factor 2, muscle creatine kinase, and myosin heavy chain) and atrophy-related genes (atrogin-1 and muscle ring finger-1 [MuRF-1]) using quantitative real-time PCR. Additionally, we observed the expression of total protein kinase B (Akt) and phosphorylated Akt (p-Akt) using western blotting. Our data showed that TA significantly induced the formation of smaller and thinner myotubes and reduced the myogenic factor expression. Furthermore, the atrogin-1 and MuRF-1 expression markedly increased by TA. Consistent with these findings, TA significantly decreased the expression of total Akt and p-Akt. Taken together, these results indicate that TA inhibits myogenic differentiation of C2C12 cells via reduction of both total Akt and p-Akt. Our findings may provide valuable insights into the impact of PAA on individuals at risk of muscle atrophy.
Inflammation induced by metabolic syndromes, cancers, injuries, and sepsis can alter cellular metabolism by reducing mitochondrial function via oxidative stress, thereby resulting in neuropathy and muscle atrophy. In this study, we investigated whether butyrate, a short chain fatty acid produced by gut microbiota, could prevent mitochondrial dysfunction and muscle atrophy induced by lipopolysaccharide (LPS) in the C2C12 cell line. LPS-activated MAPK signaling pathways increased the levels of the mitochondrial fission signal, p-DRP1 (Ser616), and the muscle atrophy marker, atrogin 1. Interestingly, butyrate significantly inhibited the phosphorylation of JNK and p38 and reduced the atrogin 1 level in LPS-treated C2C12 cells while increasing the phosphorylation of DRP1 (Ser637) and levels of mitofusin2, which are both mitochondrial fusion markers. Next, we investigated the effect of MAPK inhibitors, finding that butyrate had the same effect as JNK inhibition in C2C12 cells. Also, butyrate inhibited the LPS-induced expression of pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4), resulting in decreased PDHE1α phosphorylation and lactate production, suggesting that butyrate shifted glucose metabolism from aerobic glycolysis to oxidative phosphorylation. Finally, we found that these effects of butyrate on LPS-induced mitochondrial dysfunction were caused by its antioxidant effects. Thus, our findings demonstrate that butyrate prevents LPS-induced muscle atrophy by improving mitochondrial dynamics and metabolic stress via the inhibition of JNK phosphorylation. Consequently, butyrate could be used to improve LPS-induced mitochondrial dysfunction and myopathy in sepsis.
Bae, Jun Hyun;Seo, Dae Yun;Lee, Sang Ho;Shin, Chaeyoung;Jamrasi, Parivash;Han, Jin;Song, Wook
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.25
no.6
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pp.585-592
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2021
Cisplatin has been reported to cause side effects such as muscle wasting in humans and rodents. The physiological mechanisms involved in preventing muscle wasting, such as the regulation of AKT, PGC1-α, and autophagy-related factor FOXO3a by MuRF 1 and Atrogin-1, remain unclear following different types of exercise and in various skeletal muscle types. Eight-week-old male Wistar rats (n = 34) were assigned to one of four groups: control (CON, n = 6), cisplatin injection (1 mg/kg) without exercise (CC, n = 8), cisplatin (1 mg/kg) + resistance exercise (CRE, n = 9) group, and cisplatin (1 mg/kg) + aerobic exercise (CAE, n = 11). The CRE group performed progressive ladder exercise (starting with 10% of body weight on a 1-m ladder with 2-cm-interval grids, at 85°) for 8 weeks. The CAE group exercised by treadmill running (20 m/min for 60 min daily, 4 times/week) for 8 weeks. Compared with the CC group, the levels of the autophagy-related factors BNIP3, Beclin 1, LC3-II/I ratio, p62, and FOXO3a in the gastrocnemius and soleus muscles were significantly decreased in the CRE and CAE groups. The CRE and CAE groups further showed significantly decreased MuRF 1 and Atrogin-1 levels and increased phosphorylation of AKT, FOXO3a, and PGC1-α. These results suggest that both ladder and aerobic exercise directly affected muscle wasting by modulating the AKT/PGC1-α/FOXO3a signaling pathways regardless of the skeletal muscle type.
Background: Muscle wasting in sepsis is associated with increased proteolysis. Interleukin-15 (IL-15) has been characterized as an anabolic factor for skeletal muscles. Our study aims to investigate the role of IL-15 in sepsis-induced muscle atrophy and proteolysis. Methods: Mice were rendered septic either by cecal ligation and puncture or by intraperitoneal injection of lipopolysaccharide (LPS, 10 mg/kg i.p.). Expression of IL-15 mRNA and protein was determined by reverse transcriptase polymerase chain reaction and Western blot analysis in the control and septic limb muscles. C2C12 skeletal muscle cells were stimulated in vitro with either LPS or dexamethasone in the presence and absence of IL-15 and sampled at different time intervals (24, 48, or 72 hours). IL-15 ($10{\mu}g/kg$) was intraperitoneally administered 6 hours before sepsis induction and limb muscles were sampled after 24 hours of sepsis. Cathepsin L activity was determined to measure muscle proteolysis. Atrogin-1 and muscle-specific ring finger protein 1 (MuRF1) expressions in limb muscle protein lysates was analyzed. Results: IL-15 mRNA expression was significantly lower in the limb muscles of septic mice compared to that of controls. Cathepsin L activity in C2C12 cells was significantly lower in presence of IL-15, when compared to that observed with individual treatments of LPS or dexamethasone or tumor necrosis factor ${\alpha}$. Further, the limb muscles of mice pre-treated with IL-15 prior to sepsis induction showed a lower expression of atrogin-1 and MuRF1 than those not pre-treated. Conclusion: IL-15 may play a role in protection against sepsis-induced muscle wasting; thereby, serving as a potential therapeutic target for sepsis-induced skeletal muscle wasting and proteolysis.
Muscle atrophy due to aging, starvation, and various chronic diseases leads to a decrease in muscle fiber area and density due to reduced muscle protein synthesis and increased protein breakdown. This study investigated the effect of dexamethasone and hydrogen peroxide on the induction of muscle atrophy and expression of atrophy-related genes in differentiated C2C12 myotubes. C2C12 myoblasts were differentiated into myotubes in differentiation medium. During myoblast differentiation, muscle-specific transcription factors, such as myogenin, and MyoD expression increased. Differentiated C2C12 myotubes exposed to noncytotoxic levels of dexamethasone and hydrogen peroxide showed a decrease in myotube diameter, which was associated with up-regulation of muscle-specific ubiquitin ligases, such as muscle atrophy F-box (MAFbx)/atrogin-1 and muscle RING finger-1 (MuRF1), and down-regulation of myogenin and MyoD. These results demonstrated that dexamethasone and hydrogen peroxide induced atrophy through regulation of muscle-specific ubiquitin ligases and muscle-specific transcription factors in C2C12 myotubes. In this study, we confirmed the process of differentiation of C2C12 myoblasts into myotubes in in vitro experiments in the presence of atrophy. This muscle atrophy model of C2C12 cells induced by dexamethasone or hydrogen peroxide seems suited to studies of the mechanism of muscle atrophy suppression and to exploit the experiment for excavating new muscle atrophy.
Background: Skeletal muscles play a key role in physical activity and energy metabolism. The loss of skeletal muscle mass can cause problems related to metabolism and physical activity. Studies are being conducted to prevent such diseases by increasing the mass and regeneration capacity of muscles. Ginsenoside Rg5 has been reported to exhibit a broad range of pharmacological activities. However, studies on the effects of Rg5 on muscle differentiation and growth are scarce. Methods: To investigate the effects of Rg5 on myogenesis, C2C12 myoblasts were induced to differentiate with Rg5, followed by immunoblotting, immunostaining, and qRT-PCR for myogenic markers and promyogenic signaling (p38MAPK). Immunoprecipitation confirmed that Rg5 increased the interaction between MyoD and E2A via p38MAPK. To investigate the effects of Rg5 on prevention of muscle mass loss, C2C12 myotubes were treated with dexamethasone to induce muscle atrophy. Immunoblotting, immunostaining, and qRT-PCR were performed for myogenic markers, Akt/mTOR signaling for protein synthesis, and atrophy-related genes (Atrogin-1 and MuRF1). Results: Rg5 promoted C2C12 myoblast differentiation through phosphorylation of p38MAPK and MyoD/E2A heterodimerization. Furthermore, Rg5 stimulated C2C12 myotube hypertrophy via phosphorylation of Akt/mTOR. Phosphorylation of Akt induces FoxO3a phosphorylation, which reduces the expression of Atrogin-1 and MuRF1. Conclusion: This study provides an understanding of how Rg5 promotes myogenesis and hypertrophy and prevents dexamethasone-induced muscle atrophy. The study is the first, to the best of our knowledge, to show that Rg5 promotes muscle regeneration and to suggest that Rg5 can be used for therapeutic intervention of muscle weakness and atrophy, including cancer cachexia.
Syed Sayeed Ahmad;Hee Jin Chun;Khurshid Ahmad;Inho Choi
Journal of Ginseng Research
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v.48
no.1
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pp.12-19
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2024
Skeletal muscle (SM) is the largest organ of the body and is largely responsible for the metabolism required to maintain body functions. Furthermore, the maintenance of SM is dependent on the activation of muscle satellite (stem) cells (MSCs) and the subsequent proliferation and fusion of differentiating myoblasts into mature myofibers (myogenesis). Natural compounds are being used as therapeutic options to promote SM regeneration during aging, muscle atrophy, sarcopenia, cachexia, or obesity. In particular, ginseng-derived compounds have been utilized in these contexts, though ginsenoside Rg1 is mostly used for SM mass management. These compounds primarily function by activating the Akt/mTOR signaling pathway, upregulating myogenin and MyoD to induce muscle hypertrophy, downregulating atrophic factors (atrogin1, muscle ring-finger protein-1, myostatin, and mitochondrial reactive oxygen species production), and suppressing the expressions of tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin-6 (IL-6) in cachexia. Ginsenoside compounds are also used for obesity management, and their anti-obesity effects are attributed to peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPARγ) inhibition, AMPK activation, glucose transporter type 4 (GLUT4) translocation, and increased phosphorylations of insulin resistance (IR), insulin receptor substrate-1 (IRS-1), and Akt. This review was undertaken to provide an overview of the use of ginseng-related compounds for the management of SM-related disorders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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