cis- and trans-acting elements of the estrogen-regulated vitellogenin gene B1 of Xenopus laevis.

Vitellogenin genes are expressed under strict estrogen control in the liver of female oviparous vertebrates. Gene transfer experiments using estrogen-responsive cells have shown that the 13 bp perfect palindromic element GGTCACTGTGACC found upstream of the Xenopus laevis vitellogenin gene A2 promoter mediates hormonal stimulation and thus, was called the estrogen-responsive element (ERE). In the Xenopus vitellogenin genes B1 and B2 there are two closely adjacent EREs with one or more base substitutions when compared to the consensus ERE GGTCANNNTGACC. On their own, these degenerated elements have only a low or no regulatory capacity at all but act together synergistically to form an estrogen-responsive unit (ERU) with the same strength as the perfect palindromic 13 bp element. Analysis of estrogen receptor binding to the gene B1 ERU revealed a cooperative interaction of receptor dimers to the two adjacent imperfect EREs which most likely explains the synergistic stimulation observed in vivo. Furthermore, a promoter activator element located between positions --113 and --42 of the gene B1 and functional in the human MCF-7 and the Xenopus B3.2 cells has been identified and shown to be involved in the high level of induced transcription activity when the ERE is placed at a distance from the promoter. Finally, a hormone-controlled in vitro transcription system derived from Xenopus liver nuclear extracts was exploited to characterize two additional novel cis-acting elements within the vitellogenin gene B1 promoter. One of them, a negative regulatory element (NRE), is responsible for repression of promoter activity in the absence of hormone. The second is related to the NF-I binding site and is required, together with the ERE, to mediate hormonal induction. Moreover, we detected three trans-acting activities in Xenopus liver nuclear extracts that interact with these regions and demonstrated that they participate in the regulation of the expression of the vitellogenin promoter in vitro.

Contribution of estrogen and GluN2B subunit to the HtraKO mouse phenotype

Htr1a is one of the most widespread serotonin receptor across the brain, strongly expressed in CAI region of hippocampus. Our laboratory studies the phenotypic alteration in 5HTla- deficient mice (Htr1aK0), characterized an abnormal anxious-like behavior. Our aim is to evaluate the regulation of this cognitive process by understanding the circuitry involved. This phenotype sets up early during development and has durable effect in adulthood. Our laboratory showed that adult Htr1aK0 male mice displaying exuberant dendritic growth of oblique dendrites in a specific layer of a CAI pyramidal neurons, the stratum radiatum. Application of drugs in organotypic cultures and by in vivo injections revealed that GluN2B, a subunit of NMDA receptor highly expressed during development, is responsible for this dendritic exuberance. Immunohistochemistry highlighted in particular a synaptic enrichment of GluN2B in stratum radiatum of Htr1aK0 CAI pyramidal neurons at puberty. Finally, original analysis of Htr1aK0 mouse behavior showed a different response to anxiety between male and female. Htr1a activation down-regulates the CaMKII activity in the CAI pyramidal neurons. CaMKII directly favors the membrane conductance and stability of GluN2B at the synapse. In the context of the Htr1aK0 mouse, GluN2B is the final common pathway of our phenotype. This subunit is well known to regulate the threshold of LTD/LTP and the dendritogenesis during development. In my thesis, I establish a link between the gender differences in the morphology and the physiology in the Htr1aK0 mice during development to understand how these characteristics shape the circuit with prominent cognitive impacts in adulthood. My study highlighted that during development, Htr1aK0 male mice show a constant increase of the dendritic growth of oblique dendrites from early ages until adulthood associated with an increased physiological impact of altered GluN2A/GluN2B ratio. Whereas during puberty, synaptic contribution of GluN2B to NMDA response is higher in Htr1aK0 compared to WT male mice, this ratio comes back to normal values towards adulthood. However, this recovery of the ratio of GluN2A/GluN2B located at the synaptic level is concomitant with the lateral diffusion of excess GluN2B subunits, leading to extrasynaptic enrichment. The main impact was a lowering of the LTP threshold characterized by strong increased potentiation of synaptic strength after 5 Hz low frequency stimulation. Moreover, the extrasynaptic GluN2B overexpression leads to a shift of the maturation phase switch explaining the exuberant morphology. However, Htr1aK0 females characterized during the 3 first weeks of development by an increase of the dendritic growth of oblique dendrites showed starting at puberty that the dendrite arborization returns progressively to WT values. The physiological impact of GluN2B was investigated and directly linked to this morphology, since Htr1aK0 female mice does not show alteration of the synaptic strength during development. These observations show a compensation occurring in Htr1aK0 female, responsible for a rescue of the phenotype morphologically, physiologically and to be tested behaviorally. We highlighted then the biological processes underlying this compensation. During development, sexual hormones such as testosterone and estrogen are responsible to induce sexual differentiation of specific brain regions. I demonstrated that estrogen, but not testosterone, was able to reduce both in vitro and in vivo the dendritic arborization early during development, through activation of GPER-1, a G-coupled protein estrogen receptor, which phenocopy the activation of Htr1a by reducing GluN2B conductance and stability. I then identified a pathway, parallel to Htr1a, able to regulate GluN2B and responsible for the morphological and physiological phenotype in Htr1aK0 female mice. The specific rise of estrogen occurring at puberty in female is responsible for the compensation observed and induces a late rescue of the Htr1aK0 phenotype by activation GPER-1. -- Htr1a est un des récepteurs à la sérotonine les plus répandus dans le cerveau, fortement exprimé dans la région CAI de l'hippocampe. Notre laboratoire étudie les altérations phénotypiques de souris déficientes pour ce récepteur (Htr1aK0), caractérisées par un comportement avec des traits anxieux. Notre objectif est d'évaluer la régulation de ces processus cognitifs en comprenant les connexions nerveuses impliquées. Ce phénotype se met en place tôt au cours du développement et présente un effet durable à l'âge adulte. Notre laboratoire a montré que les souris Htr1aK0 mâles adultes se caractérisent par une croissance exubérante des dendrites obliques dans une couche spécifique des neurones pyramidaux du CAI, le stratum radiatum. L'application de drogues sur cultures organotypiques et par injections in vivo ont révélé que GluN2B, une sous-unité du récepteur NMDA fortement exprimée au cours du développement, est responsable de cette exubérance dendritique. Des expériences d'immunohistochimie ont notamment mis en évidence un enrichissement synaptique de GluN2B durant la puberté dans le stratum radiatum des neurones de la région CAI des souris Htr1aK0. Finalement, l'analyse originale du comportement des souris Htr1aK0 a montré une différence de réponse à l'anxiété entre mâles et femelles. L'activation de Htr1a diminue l'activité de la CaMKII dans les neurones pyramidaux du CAI. La CaMKII favorise directement la conductance et la stabilité de la sous-unité GluN2B à la synapse. Dans le contexte de la souris Htr1aK0, GluN2B est le « médiateur » de notre phénotype. Cette sous-unité est particulièrement connue pour réguler le seuil de LTD-LTP ainsi que la dendritogénèse durant le développement. Dans ma thèse, j'ai établi le lien entre les différences dépendant du genre dans la morphologie et physiologie des souris Htr1aK0 au cours du développement pour comprendre comment ces caractéristiques modulent le circuit accompagnés d'impacts cognitifs visibles à l'âge adulte. Mon étude a mis en évidence que durant le développement, les souris mâles Htr1aK0 montrent une constante augmentation de la croissance des dendrites obliques entre les premières semaines et l'âge adulte associée à une augmentation de l'impact physiologique du ratio GluN2A/GluN2B altéré. Alors que durant la puberté, la contribution synaptique de GluN2B à la réponse NMDA est plus haute chez la souris mâle Htr1aK0 que le WT, ce ratio revient à des valeurs normales à l'âge adulte. Cependant, cette récupération de l'expression du récepteur au niveau synaptique est concomitante avec la diffusion des sous-unités GluN2B excédantes, amenant alors à un enrichissement extrasynaptique. Le principal impact est une diminution du seuil de la LTP caractérisée par une forte potentiation de la plasticité après une stimulation basse fréquence à 5 Hz. De plus, la surexpression des GluN2B extrasynaptiques conduit à un décalage de la bascule à la phase de maturation, expliquant la morphologie dendritique exubérante. Cependant, les femelles Htr1aK0 initialement caractérisées pendant les 3 premières semaines du développement par une augmentation de la croissance des dendrites obliques montrent à partir de la puberté que cette arborisation dendritique retourne à des valeurs WT. L'impact physiologique de GLuN2B a été investigué et mis en lien avec cette morphologie, étant donné que les femelles Htr1aK0 ne montrent pas d'altération de la plasticité durant le développement. Ces observations montrent une compensation se produisant chez la femelle Htr1aK0, responsable d'une récupération du phénotype morphologique, physiologique et peut-être comportemental. Nous avons souligné les processus biologiques sous-jacent à cette compensation. Au cours du développement, les hormones sexuelles telles que la testostérone et l'estrogène sont responsables de la différentiation sexuelle de régions du cerveau spécifiques. J'ai démontré que l'estrogène, mais pas la testostérone, était capable de réduire in vitro et in vivo l'arborisation dendritique tôt dans le développement au travers de l'activation du récepteur GPER-1, un récepteur aux estrogènes couplés à un protéine G, qui phénocopie l'activation de Htr1a en réduisant la conductance et la stabilité de GluN2B à la membrane. J'ai identifié une voie de signalisation parallèle à celle de Htr1a, capable de réguler GluN2B et responsable du phénotype morphologique et physiologique de la souris femelle Htr1aK0. La montée spécifique d'estrogène se déroulant à la puberté chez la femelle est responsable de cette compensation et implique une récupération tardive du phénotype Htr1aK0 par l'activation de GPER-1.

Evaluation of molecular, cellular and behavioral consequences of serotonin 1A receptor deletion

In 1998, three different research groups simultaneously reported increased anxiety-related behavior in tests of conflict in their serotonin 1a (5-HT1a) receptor knockout (KO) line with male mice being more severely affected by 5-HT1a receptor deletion than female KO. Similarly, in the hippocampus, we observed increased dendritic complexity in the stratum radiatum of CA1 pyramidal neurons in male but not in female 5-HT1a receptor KO mice. These observations prompted us to investigate gender- dependent differences of 5-HT1a receptor deletion in hippocampal-related behavioral tasks. Testing our mice in anxiety-related paradigms, we reproduced the original studies showing increased anxiety- related behavior in male 5-HT1a receptor KO mice when compared to male WT mice, but no difference between female 5-HT1a receptor KO and WT mice. Similarly, male 5-HT1a receptor KO mice were impaired in association of aversive stimuli fear conditioning paradigms. We argue that increased dendritic complexity and increased synaptic strength of CA3-CA1 synapses in the stratum radiatum impaired proper signal propagation attributed to overactivation of CA1 pyramidal neurons leading to impaired fear memory of male 5-HT1a receptor KO mice. Similar mechanisms in the ventral hippocampus are likely to have contributed to gender-dependent differences in anxiety-related behavior in our and the original studies from 1998. In this study, we started to shed light on the 5-HT1a receptor downstream signaling pathways involved in dendritogenesis of pyramidal neurons during early postnatal development. We could show that NR2B-containing NMDA receptor during development acts downstream of 5-HT1a receptor and is responsible for increased amount of branching in male 5-HT1a receptor KO mice. Conversely, protein and NR2B mRNA expression was increased in 5-HT1a receptor KO mice at P15. Although the exact signaling cascade of 5-HT1a receptor regulating NR2B-containing NMDA receptor has not been determined, CaMKII is a potential downstream effector to influence transportation and removal of NR2B-containing NMDA receptors to and from the synapse. In contrast, Erk1/2 likely acts downstream of NR2B-containing NMDA receptors and was shown to be sufficient to regulate dendritic branching. Moreover, increased NR2B-containing NMDA receptor mediated cell death via excitotoxicity during development and is likely to be involved in reduced survival of adult born neurons in the hippocampus of 5-HT1a receptor KO male. The convergence of 5-HT1a receptor signaling onto NR2B-containing NMDA receptor signaling enables estrogen to interfere with its downstream pathway via G-protein coupled estrogen receptor 1 activation resulting in normalization of branching and behavior in female 5-HT1a receptor mice. In conclusion, our data strongly suggests a hormone- regulated mechanism that by converging on NR2B-containing NMDA receptor signaling is able to normalize morphology of pyramidal neurons and behavior of female 5-HT1a receptor KO mice. Our findings provide a possible explanation for gender-dependent differences in the occurrence of mental disorders with 5-HT1a receptor abnormalities as a strong predisposing factor. -- En 1998, trois équipes de recherche ont décrit un comportement de type anxieux dans des tests de conflit pour leur souris transgéniques avec une délétion du gène pour le récepteur 5-HT1a de la sérotonine. De plus, les trois groupes rapportent un phénotype plus sévère pour le comportement anxieux chez les souris transgéniques mâles que femelles. Dans l'hippocampe, la région avec la densité de récepteur 5-HT1a la plus élevée dans le télencéphale, nous avons observé dans le stratum radiatum une complexité accrue des arborisations dendritiques des neurones pyramidaux du secteur CA1 chez les souris transgénique mâles mais pas chez les femelles. Cette observation nous a encouragés à initier cette étude sur les différences en fonction du genre utilisant les tests comportementaux en rapport avec les fonctions de l'hippocampe chez les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a.Testant nos souris avec des paradigmes associés à l'anxiété, nous avons reproduit les données originales montrant que les souris transgéniques mâles ont un phénotype plus sévère que les souris mâles sauvages, mais qu'aucune différence n'est observée entre les femelles sauvages et transgéniques. De même, les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a sont handicapées dans les tests de conditionnement au stress avec des stimuli aversifs. Nous faisons l'hypothèse que l'augmentation de la complexité de l'arborisation dendritique et l'augmentation de la force du signal synaptique entres les régions CA3 et CA1 de l'hippocampe dans le stratum radiatum perturbe la propagation du signal nerveux qui conduit à l'hyperactivation des neurones du secteur CA1. Ceci conduit à une mémoire de stress altérée chez les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Un mécanisme similaire dans l'hippocampe ventral contribue probablement aux différences en fonction du genre dans les tests pour le comportement de type anxieux qui ont été rapportés dans les études originales de 1998. Les mesures de protéine et de mRNA ont mis en évidence une augmentation de l'expression du récepteur NMDA contenant la sous- unité NR2B dans les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a à P15. Dans les cultures organotypiques d'hippocampe, nous avons commencé à disséquer les messagers secondaires à l'activation du récepteur 5-HT1a qui sont impliqués dans la régulation de la croissance dendritique des neurones pyramidaux pendant la période postnatale précoce. Nous avons démontré que les récepteurs NR2B sont en aval de l'activation du récepteur 5-HT1a et qu'ils sont impliqués dans l'accroissement du nombre de dendrites chez la souris mâle déficiente pour le récepteur 5-HT1a. Bien que la cascade de signalisation du récepteur 5-HT1a pour réguler les récepteurs NMDA contenant le NR2B ne soit pas établie, CaMKII est identifié comme un effecteur potentiel pour altérer le transport du récepteur NMDA à la synapse. D'autre part, Erk1/2 est probablement un messager en aval du NR2B du récepteur NMDA, et a été documenté comme suffisant pour réguler l'arborisation dendritique. L'augmentation de NR2B à la synapse des souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a peut conduire à une augmentation de l'excitotoxicité dans les cellules. Nous avons observé une augmentation chez la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a de la mort cellulaire dans des tranches d'hippocampe stimulées, ce qui peut être en relation avec la réduction de la survie des neurones générés dans l'hippocampe de la souris mâle transgénique adulte par rapport à la souris mâle sauvage. De plus, la convergence de la signalisation du récepteur 5-HT1a sur la signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet à l'oestrogène d'interférer avec sa voie de signalisation du récepteur de l'oestrogène couplé à une protéine G (GPER-1), ceci permettant à l'oestrogène de réduire la taille de l'arborisation des neurones pyramidaux de CA1 chez la femelle de la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a. En conclusion, nos observations suggèrent fortement qu'un mécanisme hormonal convergeant sur la voie de signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet la normalisation de l'exubérance des dendrites des neurones CA1 de l'hippocampe et du comportement des souris femelles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Ceci donne une explication possible pour la différence en fonction du genre dans l'apparition de troubles mentaux avec les variations du récepteur 5-HT1a comme facteur de prédisposition important.

Effects of estrogen on the vascular system

The cardiovascular protective actions of estrogen are partially mediated by a direct effect on the vessel wall. Estrogen is active both on vascular smooth muscle and endothelial cells where functionally competent estrogen receptors have been identified. Estrogen administration promotes vasodilation in humans and in experimental animals, in part by stimulating prostacyclin and nitric oxide synthesis, as well as by decreasing the production of vasoconstrictor agents such as cyclooxygenase-derived products, reactive oxygen species, angiotensin II, and endothelin-1. In vitro, estrogen exerts a direct inhibitory effect on smooth muscle by activating potassium efflux and by inhibiting calcium influx. In addition, estrogen inhibits vascular smooth muscle cell proliferation. In vivo, 17ß-estradiol prevents neointimal thickening after balloon injury and also ameliorates the lesions occurring in atherosclerotic conditions. As is the case for other steroids, the effect of estrogen on the vessel wall has a rapid non-genomic component involving membrane phenomena, such as alteration of membrane ionic permeability and activation of membrane-bound enzymes, as well as the classical genomic effect involving estrogen receptor activation and gene expression.

Estrogen and progesterone receptors in human papilloma virus-related cervical neoplasia

Estrogen (ER) and progesterone (PR) receptors in the normal uterine cervix, cervical intraepithelial neoplasia and invasive carcinoma were studied in consecutive samples from Hospital do Câncer, São Paulo, between 1996 and 1997. Tissue was collected by removing a fragment of the tumoral area using a 5-mm diameter biopsy punch, followed by removal of a macroscopically normal area as close as possible from the tumor. Histopathological confirmation was obtained for all specimens analyzed. A total of 24 normal tissues, 17 cases of cervical intraepithelial neoplasia and 7 of invasive carcinomas were studied. The ER/PR ratio was determined by immunohistochemistry using monoclonal antibodies specific for each receptor. Adjacent tissue slides were submitted to generic PCR for human papillomavirus (HPV) DNA detection followed by typing by dot blot hybridization. About half (45.8%) of the tumors were HPV DNA positive while 29.1% of the patients were also HPV positive in their respective normal tissue. ER was negative in the tumoral epithelium of 11 HPV-positive patients (P = 0.04). There was a trend in the ER distribution in normal tissue that was opposite to that from lesions, but it was not statistically significant (P = 0.069). No difference in ER distribution in stromal tissues was observed between HPV-positive and HPV-negative tissues. PR staining was negative in the epithelium of all cases studied. The results obtained from this small number of cases cannot be considered to be conclusive but do suggest that factors related to viral infection affect the expression of these ER/PR cervix receptors.

Growth factor activation of ErbB2/ErbB3 signaling pathways regulate the activity of Estrogen Receptors (ER)

La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles.

Cardiac cell fate control by the imidazoline I1 receptor/nischarin : application in cardiac pathology

La moxonidine, un médicament antihypertenseur sympatholytique de type imidazolinique, agit au niveau de la médulla du tronc cérébral pour diminuer la pression artérielle, suite à l’activation sélective du récepteur aux imidazolines I1 (récepteur I1, aussi nommé nischarine). Traitement avec de la moxonidine prévient le développement de l’hypertrophie du ventricule gauche chez des rats hypertendus (SHR), associé à une diminution de la synthèse et une élévation transitoire de la fragmentation d’ADN, des effets antiprolifératifs et apoptotiques. Ces effets se présentent probablement chez les fibroblastes, car l’apoptose des cardiomyocytes pourrait détériorer la fonction cardiaque. Ces effets apparaissent aussi avec des doses non hypotensives de moxonidine, suggérant l’existence d’effets cardiaques directes. Le récepteur I1 se trouvé aussi dans les tissus cardiaques; son activation ex vivo par la moxonidine stimule la libération de l’ANP, ce qui montre que les récepteurs I1 cardiaques sont fonctionnels malgré l’absence de stimulation centrale. Sur la base de ces informations, en plus du i) rôle des peptides natriurétiques comme inhibiteurs de l’apoptose cardiaque et ii) des études qui lient le récepteur I1 avec la maintenance de la matrix extracellulaire, on propose que, à part les effets sympatholytiques centrales, les récepteurs I1 cardiaques peuvent contrôler la croissance-mort cellulaire. L’activation du récepteur I1 peut retarder la progression des cardiopathies vers la défaillance cardiaque, en inhibant des signaux mal adaptatifs de prolifération et apoptose. Des études ont été effectuées pour : 1. Explorer les effets in vivo sur la structure et la fonction cardiaque suite au traitement avec moxonidine chez le SHR et le hamster cardiomyopathique. 2. Définir les voies de signalisation impliquées dans les changements secondaires au traitement avec moxonidine, spécifiquement sur les marqueurs inflammatoires et les voies de signalisation régulant la croissance et la survie cellulaire (MAPK et Akt). 3. Explorer les effets in vitro de la surexpression et l’activation du récepteur I1 sur la survie cellulaire dans des cellules HEK293. 4. Rechercher la localisation, régulation et implication dans la croissance-mort cellulaire du récepteur I1 in vitro (cardiomyocytes et fibroblastes), en réponse aux stimuli associés au remodelage cardiaque : norépinephrine, cytokines (IL-1β, TNF-α) et oxydants (H2O2). Nos études démontrent que la moxonidine, en doses hypotensives et non-hypotensives, améliore la structure et la performance cardiaque chez le SHR par des mécanismes impliquant l’inhibition des cytokines et des voies de signalisation p38 MAPK et Akt. Chez le hamster cardiomyopathique, la moxonidine améliore la fonction cardiaque, module la réponse inflammatoire/anti-inflammatoire et atténue la mort cellulaire et la fibrose cardiaque. Les cellules HEK293 surexprimant la nischarine survivent et prolifèrent plus en réponse à la moxonidine; cet effet est associé à l’inhibition des voies ERK, JNK et p38 MAPK. La surexpression de la nischarine protège aussi de la mort cellulaire induite par le TNF-α, l’IL-1β et le H2O2. En outre, le récepteur I1 s’exprime dans les cardiomyocytes et fibroblastes, son activation inhibe la mort des cardiomyocytes et la prolifération des fibroblastes induite par la norépinephrine, par des effets différentiels sur les MAPK et l’Akt. Dans des conditions inflammatoires, la moxonidine/récepteur aux imidazolines I1 protège les cardiomyocytes et facilite l’élimination des myofibroblastes par des effets contraires sur JNK, p38 MAPK et iNOS. Ces études démontrent le potentiel du récepteur I1/nischarine comme cible anti-hypertrophique et anti-fibrose à niveau cardiaque. L’identification des mécanismes cardioprotecteurs de la nischarine peut amener au développement des traitements basés sur la surexpression de la nischarine chez des patients avec hypertrophie ventriculaire. Finalement, même si l’effet antihypertenseur des agonistes du récepteur I1 centraux est salutaire, le développement de nouveaux agonistes cardiosélectifs du récepteur I1 pourrait donner des bénéfices additionnels chez des patients non hypertendus.

Endocannabinoid receptor antagonists: potential for obesity treatment

Obesity has been described as a global epidemic. Its increasing prevalence is matched by growing costs, not only to the health of the individual, but also to the medical services required to treat a range of obesity-related diseases. In most instances, obesity is a product of progressively less energetic lifestyles and the over-consumption of readily available, palatable, and highly caloric foods. Past decades have seen massive investment in the search for effective anti-obesity therapies, so far with limited success. An important part of the process of developing new pharmacologic treatments for obesity lies in improving our understanding of the psychologic and physiologic processes that govern appetite and bodyweight regulation. Recent discoveries concerning the endogenous cannabinoids are beginning to give greater insight into these processes. Current research indicates that endocannabinoids may be key to the appetitive and consummatory aspects of eating motivation, possibly mediating the craving for and enjoyment of the most desired, most fattening foods. Additionally, endocannabinoids appear to modulate central and peripheral processes associated with fat and glucose metabolism. Selective cannabinoid receptor antagonists have been shown to suppress the motivation to eat, and preferentially reduce the consumption of palatable, energy-dense foods. Additionally, these agents act to reduce adiposity through metabolic mechanisms that are independent of changes in food intake. Given the current state of evidence, we conclude that the endocannabinoids represent an exciting target for new anti-obesity therapies.

NK1 receptor stimulation causes contraction and inositol phosphate increase in medium-size human isolated bronchi

Although contraction of human isolated bronchi is mediated mainly by tachykinin NK2 receptors, NK1 receptors, via prostanoid release, contract small-size (approximately 1 mm in diameter) bronchi. Here, we have investigated the presence and biological responses of NK1 receptors in medium-size (2-5 mm in diameter) human isolated bronchi. Specific staining was seen in bronchial sections with an antibody directed against the human NK1 receptor. The selective NK1 receptor agonist, [Sar(9), Met(O2)(11)]SP, contracted about 60% of human isolated bronchial rings. This effect was reduced by two different NK1 receptor antagonists, CP-99,994 and SR 140333. Contraction induced by [Sar(9), Met(O2)(11)]SP was independent of acetylcholine and histamine release and epithelium removal, and was not affected by nitric oxide synthase and cyclooxygenase (COX) inhibition. [Sar(9), Met(O2)(11)]SP increased inositol phosphate (IP) levels, and SR 140333 blocked this increase, in segments of medium- and small-size (approximately 1 mm in diameter) human bronchi. COX inhibition blocked the IP increase induced by [Sar(9), Met(O2)(11)]SP in small-size, but not in medium-size, bronchi. NK1 receptors mediated bronchoconstriction in a large proportion of medium-size human bronchi. Unlike small-size bronchi this effect is independent of prostanoid release, and the results are suggestive of a direct activation of smooth muscle receptors and IP release.

Estrogens, brain and behavior: studies in fundamental neurobiology and observations related to women's health

Mechanisms and consequences of the effects of estrogen on the brain have been studied both at the fundamental level and with therapeutic applications in mind. Estrogenic hormones binding in particular neurons in a limbic-hypothalamic system and their effects on the electrophysiology and molecular biology of medial hypothalamic neurons were central in establishing the first circuit for a mammalian behavior, the female-typical mating behavior, lordosis. Notably, the ability of estradiol to facilitate transcription from six genes whose products are important for lordosis behavior proved that hormones can turn on genes in specific neurons at specific times, with sensible behavioral consequences. The use of a gene knockout for estrogen receptor alpha (ERalpha) revealed that homozygous mutant females simply would not do lordosis behavior and instead were extremely aggressive, thus identifying a specific gene as essential for a mammalian social behavior. In dramatic contrast, ERbeta knockout females can exhibit normal lordosis behavior. With the understanding, in considerable mechanistic detail, of how the behavior is produced, now we are also studying brain mechanisms for the biologically adaptive influences which constrain reproductive behavior. With respect to cold temperatures and other environmental or metabolic circumstances which are not consistent with successful reproduction, we are interested in thyroid hormone effects in the brain. Competitive relations between two types of transcription factors - thyroid hormone receptors and estrogen receptors have the potential of subserving the blocking effects of inappropriate environmental circumstances on female reproductive behaviors. TRs can compete with ERalpha both for DNA binding to consensus and physiological EREs and for nuclear coactivators. In the presence of both TRs and ERs, in transfection studies, thyroid hormone coadministration can reduce estrogen-stimulated transcription. These competitive relations apparently have behavioral consequences, as thyroid hormones will reduce lordosis, and a TRbeta gene knockout will increase it. In sum, we not only know several genes that participate in the selective control of this sex behavior, but also, for two genes, we know the causal routes. Estrogenic hormones are also the foci of widespread attention for their potential therapeutic effects improving, for example, certain aspects of mood and cognition. The former has an efficient animal analog, demonstrated by the positive effects of estrogen in the Porsolt forced swim test. The latter almost certainly depends upon trophic actions of estrogen on several fundamental features of nerve cell survival and growth. The hypothesis is raised that the synaptic effects of estrogens are secondary to the trophic actions of this type of hormone in the nucleus and nerve cell body.

Characterisation of chicken riboflavin carrier protein gene structure and promoter regulation by estrogen

Estrogen is an important steroid hormone that mediates most of its effects on regulation of gene expression by binding to intracellular receptors. The consensus estrogen response element (ERE) is a 13 bp palindromic inverted repeat with a three nucleotide spacer. However, several reports suggest that many estrogen target genes are regulated by diverse elements, such as imperfect EREs and ERE half sites (ERE 1/2),which are either the proximal or the distal half of the palindrome. To gain more insight into ERE half site-mediated gene regulation, we used a region from the estrogen-regulated chicken riboflavin carrier protein (RCP) gene promoter that contains ERE half sites. Using moxestrol, an analogue of estrogen and transient transfection of deletion and mutation containing RCP promoter/reporter constructs in chicken hepatoma (LMH2A) cells, we identified an estrogen response unit (ERU) composed of two consensus ERE 1/2 sites and one non-consensus ERE 1/2 site. Mutation of any of these sites within this ERU abolishes moxestrol response. Further, the ERU is able to confer moxestrol responsiveness to a heterologous promoter. Interestingly, RCP promoter is regulated by moxestrol in estrogen responsive human MCF-7 cells, but not in other cell lines such as NIH3T3 and HepG2 despite estrogen receptor-alpha (ER-�) co transfection. Electrophoretic mobility shift assays (EMSAs) with promoter regions encompassing the half sites and nuclear extracts from LMH2A cells show the presence of a moxestrol-induced complex that is abolished by a polyclonal anti-ER� antibody. Surprisingly, estrogen receptor cannot bind to these promoter elements in isolation. Thus, there appears to be a definite requirement for some other factor(s) in addition to estrogen receptor, for the generation of a suitable response of this promoter to estrogen. Our studies therefore suggest a novel mechanism of gene regulation by estrogen, involving ERE half sites without direct binding of ER to the cognate elements.

Integration of steroid hormone initiated membrane action to genomic function in the brain

Estrogen is a ligand for the estrogen receptor (ER), which on binding 17beta-estradiol, functions as a ligand-activated transcription factor and regulates the transcription of target genes. This is the slow genomic mode of action. However, rapid non-genomic actions of estrogen also exist at the cell membrane. Using a novel two-pulse paradigm in which the first pulse rapidly initiates non-genomic actions using a membrane-limited estrogen conjugate (E-BSA), while the second pulse promotes genomic transcription from a consensus estrogen response element (ERE), we have demonstrated that rapid actions of estrogen potentiate the slower transcriptional response from an ERE-reporter in neuroblastoma cells. Since rapid actions of estrogen activate kinases, we used selective inhibitors in the two-pulse paradigm to determine the intracellular signaling cascades important in such potentiation. Inhibition of protein kinase A (PKA), PKC, mitogen activated protein kinase (MAPK) or phosphatidylinositol 3-OH kinase (PI-3K) in the first pulse decreases potentiation of transcription. Also, our data with both dominant negative and constitutive mutants of Galpha subunits show that Galpha(q) initiates the rapid signaling cascade at the membrane in SK-N-BE(2)C neuroblastoma cells. We discuss two models of multiple kinase activation at the membrane Pulses of estrogen induce lordosis behavior in female rats. Infusion of E-BSA into the ventromedial hypothalamus followed by 17beta-estradiol in the second pulse could induce lordosis behavior, demonstrating the applicability of this paradigm in vivo. A model where non-genomic actions of estrogen couple to genomic actions unites both aspects of hormone action.

GPR30 activation decreases anxiety in the open field test but not in the elevated plus maze test in female mice

The GPR30 is a novel estrogen receptor (ER) that is a candidate membrane ER based on its binding to 17beta estradiol and its rapid signaling properties such as activation of the extracellular-regulated kinase (ERK) pathway. Its distribution in the mouse limbic system predicts a role for this receptor in the estrogenic modulation of anxiety behaviors in the mouse. A previous study showed that chronic administration of a selective agonist to the GPR30 receptor, G-1, in the female rat can improve spatial memory, suggesting that GPR30 plays a role in hippocampal-dependent cognition. In this study, we investigated the effect of a similar chronic administration of G-1 on behaviors that denote anxiety in adult ovariectomized female mice, using the elevated plus maze (EPM) and the open field test as well as the activation of the ERK pathway in the hippocampus. Although estradiol benzoate had no effect on behaviors in the EPM or the open field, G-1 had an anxiolytic effect solely in the open field that was independent of ERK signaling in either the ventral or dorsal hippocampus. Such an anxiolytic effect may underlie the ability of G-1 to increase spatial memory, by acting on the hippocampus.

Activation of the G-protein coupled receptor 30 (GPR30) has different effects on anxiety in male and female mice

The GPR30, a former orphan GPCR, is a putative membrane estrogen receptor that can activate rapid signaling pathways such as extracellular regulated kinase (ERK) in a variety of cells and may contribute to estrogen's effects in the central nervous system. The distribution of GPR30 in the limbic system predicts a role for this receptor in the regulation of learning and memory and anxiety by estrogens. Though acute G-1 treatment is reported to be anxiogenic in ovariectomised female mice and in gonadally intact male mice, the effect of GPR30 activation is unknown in gonadectomised male mice. In this study, we show that an acute administration of G-1 to gonadectomised male mice, but not female mice, was anxiolytic on an elevated plus maze task, without affecting locomotor activity. In addition, though G-1 treatment did not regulate ERK, it was associated with increased estrogen receptor (ER)alpha phosphorylation in the ventral, but not dorsal, hippocampus of males. In the female, G-1 increased the ERK activation solely in the dorsal hippocampus, independent of state anxiety. This is the first study to report an anxiolytic effect of GPR30 activation in male mice, in a rapid time frame that is commensurate with non-genomic signaling by estrogen.

Differential effects of TR ligands on hormone dissociation rates: Evidence for multiple ligand entry/exit pathways

Some nuclear receptor (NR) ligands promote dissociation of radiolabeled bound hormone from the buried ligand binding cavity (LBC) more rapidly than excess unlabeled hormone itself This result was interpreted to mean that challenger ligands bind allosteric sites on the LBD to induce hormone dissociation, and recent findings indicate that ligands bind weakly to multiple sites on the LBD surface. Here we show, that a large fraction of thyroid hormone receptor (TR) ligands promote rapid dissociation (T(1/2) < 2 h) of , radiolabeled T(3) vs. T(3) (T(1/2), approximate to 5-7 h). We cannot discern relationships between this effect and ligand size, activity or affinity for TR beta. One ligand, GC-24, binds the TR LBC and (weakly) to the TR beta-LBD surface that mediates dimer/heterodimer interaction, but we cannot link this interaction to rapid T(3) dissociation. Instead, several lines of evidence suggest that the challenger ligand must interact with the buried LBC to promote rapid T(3) release. Since previous molecular dynamics simulations suggest that TR ligands leave the LBC by several routes, we propose that a subset of challenger ligands binds and stabilizes a partially unfolded intermediate state of TR that arises during T(3) release and that this effect enhances hormone dissociation. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.