Growth differentiation factor 9 signalling in the ovary

In the ovary, two new members of the large TGF-beta superfamily of growth factors were discovered in the 1990s. The oocyte was shown to express two closely related growth factors that were named growth differentiation factor 9 (GDF-9) and growth differentiation factor 9B (GDF-9B). Both of these proteins are required for normal ovarian follicle development although their individual significance varies between species. GDF-9 and GDF-9B mRNAs are expressed in the human oocytes from the primary follicle stage onwards. This thesis project was aimed to define the signalling mechanisms utilized by the oocyte secreted GDF-9. We used primary cultures of human granulosa luteal cells (hGL) as our cell model, and recombinant adenovirus-mediated gene transfer in manipulating the TGF-b family signalling cascade molecules in these cells. Overexpression of the constitutively active forms of the seven type I receptors, the activin receptor-like kinases 1-7 (ALK1-7), using recombinant adenoviruses caused a specific activation of either the Smad1 or Smad2 pathway proteins depending on the ALK used. Activation of both Smad1 and Smad2 proteins also stimulated the expression of dimeric inhibin B protein in hGL cells. Treatment with recombinant GDF-9 protein induced the specific activation of the Smad2 pathway and stimulated the expression of inhibin betaB subunit mRNA as well as inhibin B protein secretion in our cell model. Recombinant GDF-9 also activated the Smad3-responsive CAGA-luciferase reported construct, and the GDF-9 response in hGL cells was markedly potentiated upon the overexpression of Alk5 by adenoviral gene transduction. Alk5 overexpression also enhanced the GDF-9 induced inhibin B secretion by these cells. Similarly, in a mouse teratocarcinoma cell line P19, GDF-9 could activate the Smad2/3 pathway, and overexpression of ALK5 in COS7 cells rendered them responsive to GDF-9. Furthermore, transfection of rat granulosa cells with small interfering RNA for ALK5 or overexpression of the inhibitory Smad7 resulted in dose-dependent suppression of GDF-9 effects. In conclusion, this thesis shows that both Smad1 and Smad2 pathways are involved in controlling the regulation of inhibin B secretion. Therefore, in addition to endocrine control of inhibin production by the pituitary gonadotropins, also local paracrine factors within in the ovary, like the oocyte-derived growth factors, may contribute to controlling inhibin secretion. This thesis shows as well that like other TGF-beta family ligands, also GDF-9 signalling is mediated by the canonical type I and type II receptors with serine/threonine kinase activity, and the intracellular transcription factors, the Smads. Although GDF-9 binds to the BMP type II receptor, its downstream actions are specifically mediated by the type I receptor, ALK5, and the Smad2 and Smad3 proteins.

Nikotiinireseptoreiden kautta vaikuttavat lääkeaineet nikotiiniriippuvuuden ja neurologisten sairauksien hoidossa

Neuronaaliset nikotiinireseptorit liittyvät tupakkariippuvuuden lisäksi moniin neurologisiin sairauksiin, kuten Alzheimerin tautiin, skitsofreniaan, masennukseen ja tarkkaavaisuus- ja ylivilkkaushäiriöön. Nikotiinireseptorien stimulaation on tutkimuksissa havaittu parantavan kognitiota. Useat lääkeyritykset tutkivat nikotiinireseptoriagonisteja ja -antagonisteja eri neurologisten sairauksien hoidossa. Ongelmana nikotiinireseptori-agonisteja käytettäessä on reseptorissa tapahtuva desensitisaatio. Tällöin reseptori sulkeutuu, eikä aktivoidu vaikka agonistia olisi tarjolla tai sitoutuneena reseptoriin. Varsinkin alfa7-reseptori desensitoituu hyvin nopeasti agonistialtistuksen seurauksena. Reseptorien desensitoituminen voi kliinisessä käytössä aiheuttaa lääkeaineen tehon menetyksen. Perinteisen agonistin sitoutumiskohdan lisäksi nikotiinireseptorissa sijaitsee myös muita sitoutumiskohtia, joita kutsutaan allosteerisiksi sitoutumispaikoiksi. Tutkimuksissa on havaittu, että eräät allosteerisesti sitoutuvat aineet, kuten PNU-120596, voivat vahvistaa agonistin aikaansaamaa vastetta ja/tai estää reseptorin desensitoitumista. Näitä aineita kutsutaan positiivisiksi allosteerisiksi modulaattoreiksi ja niiden ajatellaan olevan vaihtoehto desensitoitumisen aiheuttamaan tehon menetyksen ongelmaan. Nikotiinireseptorien positiivisten allosteeristen modulaattorien tarkkaa vaikutusta ja sitoutumiskohtaa reseptoriin ei vielä tarkkaan tiedetä. Tutkimuksen aiheena oli karakterisoida positiivisten allosteeristen modulaattoreiden vaikutuksia alfa7-nikotiinireseptoriin. Tutkimuksessa tarkoituksena oli käyttää hyväksi laboratoriossa aiemmin tehtyä havaintoa, jonka mukaan alfa7-nikotiinireseptorin transmembraaniosan aminohappoon tehdyn mutaation L247T seurauksena positiiviset allosteeriset modulaattorit muuttuvat agonisteiksi. Haluttiin selvittää, kuinka agonistin sitoutumiskohtaan kohdennettua mutageneesiä käyttäen tehty mutaatio W149M tai W149F vaikuttavat PNU-120596:n kykyyn toimia agonistina alfa7L247T reseptoriin. Asetyylikoliini toimi konventionaalisen agonistin mallina tutkimuksessa. Tutkimuksen toinen tavoite oli tehdä mutaatio M253Lalfa7-reseptorin transmembraaniosaan. Mutaation on todettu estävän allosteeristen potentiaattoreiden kykyä voimistaa agonistin aikaansaamaa vastetta. Tarkoitus oli tutkia millaisia vaikutuksia M253L-mutaatiolla on allosteerisen potentiaattorin kykyyn toimia agonistina L247T-mutaation sisältävään reseptoriin. Mutatoidun reseptorin mRNA mikroinjektoitiin oosyyttiin ja elektrofysiologian avulla tutkittiin ilmennettyjen reseptorien toimintaa käyttäen kahden elektrodin jännitelukitus -menetelmää. Kaikki suunnitellut mutaatiot saatiin tehtyä onnistuneesti alfa7- ja alfa7L247T-reseptoreihin. Ortosteerisen sitoutumiskohdan mutaatio villin tyypin Į7-reseptorissa vaikutti hyvin voimakkaasti joko asetyylikoliinin sitoutumiseen reseptoriin tai reseptorin toimintaan, sillä asetyylikoliinilla ei reseptorista saatu mitattua vasteita. Myöskään PNU-120596 yksinään ei saanut aikaan vasteita alfa7W149M-reseptorissa. Kaksoismutatoidussa alfa7W149M/L247T-reseptorissa puolestaan havaittiin, että asetyylikoliinin annos-vaste -kuvaaja siirtyi huomattavasti enemmän oikealle kuin PNU-120596:n, kun verrattiin annos-vaste –kuvaajia alfa7L247T ja alfa7W149M/L247T–reseptoreiden välillä. Transmembraaniosan mutaatio M253L ei vaikuttanut PNU-120596:n kykyyn toimia agonistina alfa7L247T-reseptoriin, eikä sillä ollut vaikutusta asetyylikoliinin annosvaste-kuvaajiin. Tutkimus tukee aiempia havaintoja siitä, että positiivisten allosteeristen modulaattoreiden sitoutumiskohta nikotiinireseptorissa sijaitsisi transmembraaniosassa. M253L-mutaation osalta tulokset ovat hieman ristiriidassa aiempien tulosten kanssa. L247T-mutaatio vaikuttaa hyvin voimakkaasti nikotiinireseptorin toimintaan sekä sijaitsee aminohapon M253 läheisyydessä. On mahdollista, että se peittää M253L-mutaation vaikutuksen. Toisaalta voi olla, että M253 on aminohappo, joka vaikuttaa vain reseptorivasteiden voimistumiseen eikä allosteeristen potentiaattoreiden sitoutumiseen.