Avian and mammalian skeletal muscles exhibit a remarkable ability to adjust to physiological stressors induced by growth, exercise, injury and disease. The process of muscle recovery following injury and myonuclear accretion during growth is attributed to a small population of satellite cells located beneath the basal lamina of the myofiber. Several metabolic factors contribute to the activation of satellite cells in response to stress mediated by illness, injury or aging. This review will describe the regenerative properties of satellite cells, the processes of satellite cell activation and highlight the potential role of satellite cells in skeletal muscle growth, tissue engineering and meat production.
The present study was done to investigate the effect of co-culturing muscle satellite cells (MSCs) and intramuscular preadipocytes (IPs) on the differentiation of adipocytes and muscle cells isolated from Korean native cattle. MSCs and IPs were single-cultured in 10% fetal bovine serum/Dulbecco's modified Eagles medium (FBS/DMEM) for 48 h followed by culturing in 5% FBS/DMEM as the growth media. Then, the growth media was replaced by differentiation media composed of 2% FBS/DMEM without any additives for the single- or co-culture of muscle cells and intramuscular adipocytes to induce the differentiation of both cell types. Cell differentiation was measured by morphological investigation and cytosolic enzyme analysis of glycerol-3-phosphate dehydrogenase (GPDH) for the adipocytes and creatine kinase (CK) for the muscle cells. In the morphological test, the presence of muscle cells did not stimulate adipocyte differentiation showing more differentiation of the adipocytes in the single-culture compared to the co-culture condition. However, the differentiation of muscle cells was promoted by adipocytes in the co-culture. The results of the enzymatic analysis were highly associated with the morphological results with a statistically higher GPDH activity (p < 0.05) appearing in the single-culture than in the co-culture, whereas the opposite was true for the CK activity of the muscle cells (p < 0.05). By manipulating in vivo the milieu using a co-culture, we could detect the difference in the rate of cell differentiation and suggest that a co-culture system is a more reliable and precise technique compared to a single-culture. Further studies on various co-culture trials including supplementation of differentiating substances, gene expression analysis, etc. should be done to obtain practical and fundamental data.
Sohyun Kim;Seong Jun Kang;Huu Son Nguyen;Seong-Woo Jeong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.28
no.1
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pp.93-103
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2024
Satellite glial cells (SGCs), a major type of glial cell in the autonomic ganglia, closely envelop the cell body and even the synaptic regions of a single neuron with a very narrow gap. This structurally unique organization suggests that autonomic neurons and SGCs may communicate reciprocally. Glial Ca2+ signaling is critical for controlling neural activity. Here, for the first time we identified the machinery of store-operated Ca2+ entry (SOCE) which is critical for cellular Ca2+ homeostasis in rat sympathetic ganglia under normal and pathological states. Quantitative realtime PCR and immunostaining analyses showed that Orai1 and stromal interaction molecules 1 (STIM1) proteins are the primary components of SOCE machinery in the sympathetic ganglia. When the internal Ca2+ stores were depleted in the absence of extracellular Ca2+, the number of plasmalemmal Orai1 puncta was increased in neurons and SGCs, suggesting activation of the Ca2+ entry channels. Intracellular Ca2+ imaging revealed that SOCE was present in SGCs and neurons; however, the magnitude of SOCE was much larger in the SGCs than in the neurons. The SOCE was significantly suppressed by GSK7975A, a selective Orai1 blocker, and Pyr6, a SOCE blocker. Lipopolysaccharide (LPS) upregulated the glial fibrillary acidic protein and Toll-like receptor 4 in the sympathetic ganglia. Importantly, LPS attenuated SOCE via downregulating Orai1 and STIM1 expression. In conclusion, sympathetic SGCs functionally express the SOCE machinery, which is indispensable for intracellular Ca2+ signaling. The SOCE is highly susceptible to inflammation, which may affect sympathetic neuronal activity and thereby autonomic output.
Insects are a valuable natural source that can produce a variety of bioactive compounds due to their increasing species diversity. CopA3 is an antimicrobial peptide derived from Copris tripartitus (i.e., the dung beetle). It is known to increase the proliferation of colonic epithelial and neuronal stem cells by regulating cell cycle. This research hypothesized that CopA3 can promote the proliferation of porcine muscle satellite cells (MSCs). The effects of CopA3 on porcine MSCs, which are important for muscle growth and regeneration, remain unclear. Here, we investigated the effects of CopA3 on porcine MSCs. According to viability results, we designed four groups: control (without CopA3) and three treatment groups (treated with 5,10, and 25 ㎍/mL of CopA3). At a CopA3 concentration of 5 ㎍/mL and 10 ㎍/mL, the proliferation of MSCs increased more than that observed in the control group. Furthermore, compared to that in the control, CopA3 treatment increased the S phase but decreased the G0/G1 phase ratio. Additionally, early and late apoptotic cells were found to be decreased in the 5 ㎍/mL group. The expressions of the myogenesis-related transcription factor PAX7 and MYOD proteins were significantly upregulated in the 5 ㎍/mL and 10 ㎍/mL groups, whereas the MYOG protein remained undetected in all group. This study suggested that CopA3 promotes muscle cell proliferation by regulating the cell cycle of MSCs and can regulate the activity of MSCs by increasing the expressions of PAX7 and MYOD.
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.
As an activity of building Korean Space Weather Prediction Center (KSWPC), we has studied of radiation effect on the spacecraft components. High energy charged particles trapped by geomagnetic field in the region named Van Allen Belt can move to low altitude along magnetic field and threaten even low altitude spacecraft. Space Radiation can cause equipment failures and on occasions can even destroy operations of satellites in orbit. Sun sensors aboard Science and Technology Satellite (STSAT-1) was designed to detect sun light with silicon solar cells which performance was degraded during satellite operation. In this study, we try to identify which particle contribute to the solar cell degradation with ground based radiation facilities. We measured the short circuit current after bombarding electrons and protons on the solar cells same as STSAT-1 sun sensors. Also we estimated particle flux on the STSAT-1 orbit with analyzing NOAA POES particle data. Our result clearly shows STSAT-1 solar cell degradation was caused by energetic protons which energy is about 700 keV to 1.5 MeV. Our result can be applied to estimate solar cell conditions of other satellites.
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.
In this study, we analyzed the spatio-temporal variations of satellite imagery for the two heavy rainfall cases (21 September, 2010, 9 August, 2011) occurred in the Korean Peninsula. In general, the possibility of strong convection can be increased when the region with plenty of moisture at the lower layer overlapped with the boundary between dark and bright area in the water vapor imagery. And the merging of convective cells caused by the difference in the moving velocities of two cells resulted in the intensification of convective activity and rainfall intensity. The rainfall intensity is more closely linked with the minimum cloud top temperature than the mean cloud top temperature. Also the spatio-temporal variations of rainfall intensity are impacted by the existence of merging processes. The merging can be predicted by the animation of satellite imagery but earlier detection of convective cells is almost impossible by using the infrared and water vapor imagery.
CD82/KAI1, identified as a metastasis suppressor, was initially known only as a molecular facilitator, but its various functions have recently been revealed. CD82 plays an important role in the stem-progenitor cell, angiogenesis, and muscle. We would like to introduce the recently reported functions and roles of CD82 in this review. CD82 is a member of the tetraspanin family, which consists of four transmembrane domains. The interaction between CD82 and cell adhesion molecules suppresses the metastasis of cancer. CD82 regulates the cell cycle of stem-progenitor cells in the stem cell niche. In the bone marrow, CD82 is expressed on long-term repopulating hematopoietic stem cells (LT-HSCs), which show multipotent differentiation potential. The interaction between CD82 and Duffy antigen receptor for chemokines (DARC) induces quiescence in LT-HSCs. CD82 also regulates Rac1 activity, resulting in the homing and engraftment of HSCs into the bone marrow niche. Besides, CD82 maintains the differentiation potential of muscle stem cells and prevents angiogenesis by inhibiting the expression of cytokines, such as IL-6 and VEGF and adhesion molecules in endothelial cells. CD82 is a key membrane protein that distinguishes the hierarchy of stem-progenitor cells, and is also important for amplification and verification of cellular resources. Further studies on the function of CD82 in various organs and cells are expected to advance cell biology and cell therapy.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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