Bioassay-guided fractionation of Larix laricina du Roi, and antidiabetic potentials of ethanol and hot water extracts of seventeen medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique.

La régulation du gène CYP19A1 dans les cellules de granulosa bovine in vitro

L’oestradiol joue un rôle important dans la reproduction en général, particulièrement dans la croissance folliculaire chez la vache. La production de l’œstradiol nécessite l’expression du gène CYP19A1 suite à la stimulation des cellules de granulosa par l’hormone folliculostimulante (FSH) ou le facteur de croissance insulinique de type 1 (IGF-1). Chez la vache, il existe six promoteurs (1.1 ; 1.2 ; 1.3 ; 1.4 ; 1.5 et 2) qui dirigent la transcription du gène CYP19A1 dans les cellules de la granulosa. Le principal promoteur qui dirige la transcription au niveau de l’ovaire (cellules de granulosa) est le promoteur 2 (P2). Cependant, l’effet de la FSH et de l’IGF-1 sur l’activation de ces promoteurs d’aromatase demeure mal connu. De plus, la demi-vie du transcrit CYP19A1 est très courte avec une région 3’UTR relativement longue. L’analyse de la séquence 3’UTR montre la présence des motifs ARE (séquence riche en AU), des études antérieur montrent que ces séquences impliquent dans la régulation de la stabilité ou la dégradation de l’ARNm, ce qui est fort probable que la courte demi-vie de l’ARNm CYP19A1 est sous le contrôle post-transcriptionel. L’objectif de la thèse visait à étudier la régulation de l’expression du gène CYP19A1 chez la vache. Il y a deux thèmes soit étude de la régulation transcriptionnelle ciblant le promoteur et soit étude de la régulation post-transcriptionnelle impliquant la région 3’non traduite (3’UTR). Le premier objectif vise à étudier la régulation transcriptionnelle du gène CYP19A1. Nous avons étudié l'activité du promoteur ovarien bovin dans deux modèles de cellules de la granulosa, les cellules lutéinisées et nonlutéinisées in vitro, suite à une stimulation des cellules par la FSH ou IGF-1. Nous avons également évalué la voie de signalisation impliquée dans la régulation des différents promoteurs en utilisant un RT-PCR et un gène rapporteur (les différents promoteurs d’aromatase ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en amont du gène exprimant la luciférase). Les résultats de RT-PCR démontrent que la FSH et l’IGF-1 augmentent les concentrations d’ARNm provenant des deux promoteurs 2 et 1.1 dans les cellules de la granulosa non lutéinisées. Des expériences subséquentes ont montré que la FSH stimule le promoteur 2 via la voie PKA tandis que l'IGF-1 stimule le promoteur 2 via la voie PKC. La FSH et l’IGF-1 stimulent l’expression du promoteur 1.1 via la voie PI3K. L’analyse de l’activité luciférase démontre que dans les cellules de granulosa lutéinisées, la FSH stimule le promoteur 1.1 de façon dose dépendante et ne semble y avoir aucun effet significatif sur le promoteur 2. Nous avons donc comparé l’activité du promoteur PII/P2 humain, du rat, de la chèvre et de la vache dans les cellules de granulosa bovine lutéinisées. Le résultat le plus significatif est que le promoteur 2 bovine (et caprine) dépend de plusieurs facteurs de transcription (NR5A2, FOXL2) comparé au promoteur PII humain et celui du promoteur proximal du rat qui dépendent principalement de l'AMPc. En effet, nos résultats ont démontré une expression raisonnablement robuste du P2 bovine lorsque les cellules sont traitées à la forskoline, NR5A2 et FOXL2. Le facteur FOXL2 semble déterminer l'activité du promoteur 2 chez le ruminant. Le deuxième objectif vise à étudier la régulation post-transcriptionnelle du gène CYP19A1. Pour ce faire, nous avons déterminé la séquence minimale de l'ARNm CYP19A1 requise pour la régulation de sa demi-vie. Différents séquences de la région 3’UTR ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en aval du gène exprimant la luciférase ou soit dans le vecteur pGEMTeasy. Le vecteur pGL3promoter a été transfecté dans les cellules de granulosa lutéinisées pour évaluer l'impact de la séquence 3'UTR sur l'expression du gène rapporteur de la luciférase, alors que le vecteur pGEMTeasy a été utilisé pour la transcription in vitro afin de générer de l’ARNm. Ce dernier sera utilisé en réaction croisée au UV avec des extraits protéiques pour démontrer l’association du complexe ARNm/protéine. L’analyse de l’activité luciférase a permis d’identifier une séquence de 200 pb située entre 926 et 1134 pb de la région 3'UTR de l’ARNm CYP19A1 qui a réduit significativement l’activité de la luciférase. Selon les analyses de la réaction croisée au UV, une ou plusieurs protéines de 66 et 80 kDA se lient spécifiquement à la séquence de 200 pb qui réduit l’activité de luciférase. Cette protéine s'exprime dans les cellules de granulosa, mais n’a pas été détectée dans d'autres tissus comme le foie et le cœur. Par ailleurs, l’utilisation du gène rapporteur sensible à la FSH a suscité l’intérêt d'une compagnie pharmaceutique qui vend de l’equine chorionic gonadotropin (eCG) pour lui permettre de distinguer facilement l’eCG ayant une forte activité FSH et donc, avoir un produit commercial plus efficace et de meilleure qualité. Dans cette étude, nous avons développé un système de bioessai à la FSH basé sur la transfection des cellules avec un récepteur à la FSH et un gène rapporteur colorimètrique qui permet d’estimer l’activité de la FSH dans le sérum de la jument et qui pourrait être applicable au niveau de la ferme/industrie.

Voies de signalisation non-canoniques du récepteur V2 de la vasopressine

Le récepteur V2 (V2R) de la vasopressine est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), jouant un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie hydrosodique. À l’instar de nombreux RCPGs, il est capable d’interagir avec plusieurs types de protéines G hétérotrimériques et possède des voies de signalisation peu explorées aux mécanismes mal compris. Ces voies non canoniques font l’objet des travaux exposés dans ce mémoire. Il s’agit d’explorer les caractéristiques et mécanismes de la signalisation de V2R via G12, et de la voie d’activation d’ERK 1/2 par transactivation du récepteur de l’insulin-like growth factor 1, IGF1R. Par des études de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), nous exposons la capacité de V2R à interagir avec la sous-unité Gα12 ainsi que la modulation de la conformation de l’hétérotrimère G12 par l’agoniste de V2R, l’arginine-vasopressine. Ces travaux dévoilent également la modulation de l’interaction entre Gα12 et son effecteur classique RhoA, suggérant un engagement de RhoA, ainsi que la potentialisation via Gα12 de la production d’AMP cyclique. À l’aide de diverses méthodes d’inhibition sélective, nos résultats précisent les mécanismes de la transactivation. Ils supportent notamment le rôle initiateur de l’activation de Src par V2R et l’absence d’implication des ligands connus d’IGF1R dans la transactivation. La métalloprotéase MMP 3 apparaît par ailleurs comme un bon candidat pour réguler la transactivation. Ce projet met en lumière des modes de signalisation peu explorés de V2R, dont l’implication physiologique et physiopathologique pourrait s’avérer significative, au-delà d’un apport fondamental dans la compréhension de la signalisation des RCPGs.

The orphan nuclear receptor, liver receptor homolog-1 (LRH-1, NR5A2) regulates decidualization

La période de réceptivité endométriale chez l’humain coïncide avec la différentiation des cellules stromales de l’endomètre en cellules hautement spécifiques, les cellules déciduales, durant le processus dit de décidualisation. Or, on sait qu’une transformation anormale des cellules endométriales peut être à l’origine de pertes récurrentes de grossesses. LRH-1 est un récepteur nucléaire orphelin et un facteur de transcription régulant de nombreux évènements relatif à la reproduction et comme tout récepteur, son activation promouvoit l’activité transcriptionnelle de ses gènes cibles. Nous avons déjà montré que LRH-1 et son activité sont essentiels pour la décidualisation au niveau de l’utérus chez la souris et nous savons qu’il est présent dans l’utérus chez l’humain au moment de la phase de prolifération mais aussi de sécrétion du cycle menstruel, et que son expression augmente dans des conditions de décidualisation in vitro. Notre hypothèse est alors la suivante : LRH-1 est indispensable à la décidualisation du stroma endométrial, agissant par le biais de la régulation transcriptionnelle de gènes requis pour la transformation de cellules stromales en cellules déciduales. Afin d’explorer le mécanisme moléculaire impliqué dans la régulation transcriptionnelle effectuée par l’intermédiaire de ce récepteur, nous avons mis en place un modèle de décidualisation in vitro utilisant une lignée de cellules stromales de l’endomètre, cellules humaines et immortelles (hESC). Notre modèle de surexpression développé en transfectant les dites cellules avec un plasmide exprimant LRH-1, résulte en l’augmentation, d’un facteur 5, de l’abondance du transcriptome de gènes marqueurs de la décidualisation que sont la prolactine (PRL) et l’insulin-like growth factor binding protein-1 (IGFBP-1). En outre, la sous-régulation de ce récepteur par l’intermédiaire de petits ARN interférents (shRNA) abolit la réaction déciduale, d’un point de vue morphologique mais aussi en terme d’expression des deux gènes marqueurs cités ci-dessus. Une analyse par Chromatin ImmunoPrécipitation (ou ChIP) a démontré que LRH-1 se lie à des régions génomiques se trouvant en aval de certains gènes importants pour la décidualisation comme PRL, WNT 4, WNT 5, CDKN1A ou encore IL-24, et dans chacun de ces cas cités, cette capacité de liaison augmente dans le cadre de la décidualisation in vitro. Par ailleurs, des études structurelles ont identifié les phospholipides comme des ligands potentiels pour LRH-1. Nous avons donc choisi d’orienter notre travail de façon à explorer les effets sur les ligands liés à LRH-1 de traitements impliquant des agonistes et antagonistes à notre récepteur nucléaire. Les analyses par q-PCR et Western blot ont montré que la modulation de l’activité de LRH-1 par ses ligands influait aussi sur la réaction déciduale. Enfin, des études récentes de Salker et al (Salker, Teklenburg et al. 2010) ont mis en évidence que les cellules stromales humaines décidualisées sont de véritables biocapteurs de la qualité embryonnaire et qu’elles ont la capacité de migrer en direction de l’embryon. La série d’expériences que nous avons réalisée à l’aide de cellules hESC placées en co-culture avec des embryons de souris confirme que la migration cellulaire est bien dirigée vers les embryons. Cette propriété quant à l’orientation de la migration cellulaire est notoirement diminuée dans le cas où l’expression de LRH-1 est déplétée par shRNA dans les hESC. Nos données prouvent donc que LRH-1 régule non seulement la transcription d’un ensemble de gènes impliqués dans le processus de décidualisation mais agit aussi sur la motilité directionnelle de ces cellules hESC décidualisées in vitro.

Lymphoid organ cell culture system from Penaeus monodon (Fabricius) as a platform for white spot syndrome virus and shrimp immune-related gene expression

Shrimp cell lines are yet to be reported and this restricts the prospects of investigating the associated viral pathogens, especially white spot syndrome virus (WSSV). In this context, development of primary cell cultures from lymphoid organs was standardized. Poly-l-lysine-coated culture vessels enhanced growth of lymphoid cells, while the application of vertebrate growth factors did not, except insulin-like growth factor-1 (IGF-1). Susceptibility of the lymphoid cells to WSSV was confirmed by immunofluoresence assay using monoclonal antibody against the 28 kDa envelope protein of WSSV. Expression of viral and immunerelated genes in WSSV-infected lymphoid cultures could be demonstrated by RT-PCR. This emphasizes the utility of lymphoid primary cell culture as a platform for research in virus–cell interaction, virus morphogenesis, up and downregulation of shrimp immune-related genes, and also for the discovery of novel drugs to combat WSSV in shrimp culture

Multifactorial interaction of growth factors on Penaeus monodon lymphoid cells and the impact of IGFs in DNA synthesis and metabolic activity in vitro

Development of continuous cell lines from shrimp is essential to investigate viral pathogens. Unfortunately, there is no valid cell line developed from crustaceans in general and shrimps in particular to address this issue. Lack of information on the requirements of cells in vitro limits the success of developing a cell line, where the microenvironment of a cell culture, provided by the growthmedium, is of prime importance. Screening and optimization of growth medium components based on statistical experimental designs have been widely used for improving the efficacy of cell culture media. Accordingly, we applied Plackett–Burman design and response surface methodology to study multifactorial interactions between the growth factors in shrimp cell culture medium and to identify the most important ones for growth of lymphoid cell culture from Penaeus monodon. The statistical screening and optimization indicated that insulin like growth factor-I (IGF-I) and insulin like growth factor-II (IGF-II) at concentrations of 100 and 150 ng ml-1, respectively, could significantly influence the metabolic activity and DNA synthesis of the lymphoid cells. An increase of 53 % metabolic activity and 24.8 % DNA synthesis could be obtained, which suggested that IGF-I and IGFII had critical roles in metabolic activity and DNA synthesis of shrimp lymphoid cells

Adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation during diabetogenesis: Effect of curcumin and vitamin D3 pre-treatment

In the present study, the initial phase was directed to confirm the effects of curcumin and vitamin D3 in preventing or delaying diabetes onset by studying the blood glucose and insulin levels in the pre-treated and diabetic groups. Behavioural studies were conducted to evaluate the cognitive and motor function in experimental rats. The major focus of the study was to understand the cellular and neuronal mechanisms that ensure the prophylactic capability of curcumin and vitamin D3. To elucidate the mechanisms involved in conferring the antidiabetogenesis effect, we examined the DNA and protein profiles using radioactive incorporation studies for DNA synthesis, DNA methylation and protein synthesis. Furthermore the gene expression studies of Akt-1, Pax, Pdx-1, Neuro D1, insulin like growth factor-1 and NF-κB were done to monitor pancreatic beta cell proliferation and differentiation. The antioxidant and antiapoptotic actions of curcumin and vitamin D3 were examined by studying the expression of antioxidant enzymes - SOD and GPx, and apoptotic mediators like Bax, caspase 3, caspase 8 and TNF-α. In order to understand the signalling pathways involved in curcumin and vitamin D3 action, the second messengers, cAMP, cGMP and IP3 were studied along with the expression of vitamin D receptor in the pancreas. The neuronal regulation of pancreatic beta cell maintenance, proliferation and insulin release was studied by assessing the adrenergic and muscarinic receptor functional regulation in the pancreas, brain stem, hippocampus and hypothalamus. The receptor number and binding affinity of total muscarinic, muscarinic M1, muscarinic M3, total adrenergic, α adrenergic and β adrenergic receptor subtypes were studied in pancreas, brain stem and hippocampus of experimental rats. The mRNA expression of muscarinic and adrenergic receptor subtypes were determined using Real Time PCR. Immunohistochemistry studies using confocal microscope were carried out to confirm receptor density and gene expression results. Cell signalling alterations in the pancreas and brain regions associated with diabetogenesis and antidiabetogenesis were assessed by examining the gene expression profiles of vitamin D receptor, CREB, phospholipase C, insulin receptor and GLUT. This study will establish the anti-diabetogenesis activity of curcumin and vitamin D3 pre-treatment and will attempt to understand the cellular, molecular and neuronal control mechanism in the onset of diabetes.Administration of MLD-STZ to curcumin and vitamin D3 pre-treated rats induced only an incidental prediabetic condition. Curcumin and vitamin D3 pretreated groups injected with MLD-STZ exhibited improved circulating insulin levels and behavioural responses when compared to MLD-STZ induced diabetic group. Activation of beta cell compensatory response induces an increase in pancreatic insulin output and beta cell mass expansion in the pre-treated group. Cell signalling proteins that regulate pancreatic beta cell survival, insulin release, proliferation and differentiation showed a significant increase in curcumin and vitamin D3 pre-treated rats. Marked decline in α2 adrenergic receptor function in pancreas helps to relent sympathetic inhibition of insulin release. Neuronal stimulation of hyperglycemia induced beta cell compensatory response is mediated by escalated signalling through β adrenergic, muscarinic M1 and M3 receptors. Pre-treatment mediated functional regulation of adrenergic and cholinergic receptors, key cell signalling proteins and second messengers improves pancreatic glucose sensing, insulin gene expression, insulin secretion, cell survival and beta cell mass expansion in pancreas. Curcumin and vitamin D3 pre-treatment induced modulation of adrenergic and cholinergic signalling in brain stem, hippocampus and hypothalamus promotes insulin secretion, beta cell compensatory response, insulin sensitivity and energy balance to resist diabetogenesis. Pre-treatment improved second messenger levels and the gene expression of intracellular signalling molecules in brain stem, hippocampus and hypothalamus, to retain a functional neuronal response to hyperglycemia. Curcumin and vitamin D3 protect pancreas and brain regions from oxidative stress by their indigenous antioxidant properties and by their ability to stimulate cellular free radical defence system. The present study demonstrates the role of adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation in curcumin and vitamin D3 mediated anti-diabetogenesis. This will have immense clinical significance in developing effective strategies to delay or prevent the onset of diabetes.

Relationship between milk consumption and prostate cancer: a short review

Epidemiological evidence based on both case–control and prospective cohort studies points to an overall positive relationship between consumption of milk/dairy products and the risk of developing prostate cancer. There are inconsistencies in the data, but taken together, the increased relative risk does not seem to be high. A number of mechanisms have been proposed to account for the relationship, with most attention being focused on the involvement of calcium/vitamin D, insulin-like growth factor-1 and oestrogens, although it is unlikely that a single factor in milk is implicated. In any event, any added risk of prostate cancer from increased milk consumption has to be set alongside other evidence, which shows that increased milk consumption can provide substantially reduced risk of coronary heart disease, stroke and colorectal cancer, particularly because cardiovascular disease accounts for vastly more deaths than prostate cancer (although the latter is of course restricted to men).

Endocrine regulation of ovarian antral follicle development in cattle

Antral follicle growth in cattle occurs in two distinct phases; the first 'slow' growth phase spans the time from antrum acquisition to a size of approximately 3 mm detectable by transrectal ultrasound, and the second 'fast' phase is gondadotrophin-dependent and includes cohort growth, dominant follicle (DF) selection, and DF growth. This review summarises current concepts of the relative roles FSH and LH, ovarian and metabolic hormones play mainly in the second phase of antral follicle growth in animals of different reproductive and nutritional states. It is proposed that differential FSH response may enable one cohort follicle to become selected, and that follicular secretions, particularly inhibin, suppress FSH and thus are responsible for DF selection and dominance. Acute dependence of the DF on LH pulses will determine DF lifespan, and the LH pulse profile can be influenced by metabolic hormones such as leptin, providing one possible link for nutritional state and reproduction. Direct ovarian effects of acute and chronic changes in growth hormone, insulin and insulin-like growth factor (IGF)-I have been described on cohort follicles, DF oestrogen activity and on DF growth. Influences of metabolic hormones on early antral follicles undergoing their first 'slow' growth phase are less well described, yet metabolic hormones appear to enhance growth into the cohort available for FSH-induced emergence, and may influence subsequent developmental competence of oocytes. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Relationships between transition period diet, metabolic parameters and fertility in lactating dairy cows

Cows in severe negative energy balance after calving have reduced fertility, mediated by metabolic signals influencing the reproductive system. We hypothesised that transition diet could alter metabolic status after calving, and thus influence fertility. Multiparous dairy cows were assigned to four transition groups 6 weeks pre-calving and fed: (a) basal control diet (n = 10); (b) basal diet plus barley (STARCH, n = 10); (c) basal diet plus Soypass (high protein, HiPROT, n = 11); or (d) no transition management (NoTRANS, n = 9). All cows received the same lactational diet. Blood samples, body weights and condition scores (BCS) were collected weekly. Fertility parameters were monitored using milk progesterone profiles and were not affected by transition diet. Data from all cows were then combined and analysed according to the pattern of post-partum ovarian activity. Cows with low progesterone profiles had significantly lower insulin-like growth factor-I (IGF-I) and insulin concentrations accompanied by reduced dry matter intakes (DMIs), BCS and body weight. Cows with prolonged luteal activity (PLA) were older and tended to have lower IGF-I. Analysis based on the calving to conception interval revealed that cows which failed to conceive (9/40) also had reduced IGF-I, BCS and body weight. Fertility was, therefore, decreased in cows which were in poor metabolic status following calving. This was reflected in reduced circulating IGF-I concentrations and compromised both ovarian activity and conception. There was little effect of the transition diets on these parameters. (C) 2003 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

Metabolic profiles and progesterone cycles in first lactation dairy cows

This study investigated the ovarian function, metabolic profiles and fertility in first lactation Holstein-Friesian dairy cows (mean 305 day milk yield: 7417 +/- 191 kg, n = 37). Reproductive profiles obtained from milk progesterone analysis were categorized into normal (n = 17) and four abnormal profiles (delayed ovulation, DOV1, n = 9; DOV2, n = 2; persistent corpus luteum, PCL1, n = 6; PCL2, n = 4; 1: immediately post-calving, 2: subsequent cycles). Fifty-five percent of cows had abnormal profiles with half of these being categorized as DOV1. Fertility of DOV1 and DOV2 cows was reduced whereas PCL1 and PCL2 cows had similar reproductive competence to normal profile cows. DOV1 animals had higher milk energy values, lower energy balances, lower dry matter intakes (DMI) and greater body weight and body condition score (BCS) losses post-calving than normal profile animals. DOV1 animals also had lower insulin-like growth factor-I (IGF-I) and higher betahydroxybutyrate (BHB) concentrations and tended to have the lower insulin and glucose concentrations in the pre-service period than normal profile cows. All PCL animals had vulval discharges postpartum. Despite this, the DMI, body weight and BCS changes, IGF-I concentrations and fertility of PCL1 animals was similar to normal profile cows. In conclusion, the high prevalence of delayed ovulation post-calving (DOV1) in primiparous high yielding cows lasted long enough (71 +/- 8.3 days) to have a detrimental impact on fertility and was associated with significant physiological changes. This study did not establish any detrimental effects of PCL profiles on fertility or production parameters. (C) 2002 Elsevier Science Inc. All rights reserved.

Pre-pubertal measurements of the somatotrophic axis as predictors of milk production in Holstein-Friesian dairy cows

This study investigated possible relationships between measurements of the somatotrophic axis in pre-pubertal dairy calves and subsequent milk yields. Endogenous growth hormone (GH) release was measured through a fed and fasted period in fifty 6-month-old Holstein-Friesian heifers and they were then challenged with growth hormone-releasing factor (GRF) to assess their GH release pattern. Insulin-like growth factor-I (IGF-I), insulin and glucose concentrations were measured in relation to time of feeding. Cows were subsequently monitored through their first three lactations to record peak and 305-day milk yields. In the first lactation, milk energy output for the first 120 days of lactation was also calculated. The mean 305-day milk yield increased from 7417 +/- 191 kg in the first lactation (n = 37) to 8749 +/- 252 kg in the third (n = 25). There were no significant relationships between any measures of GH secretion and peak or 305-day yield in any lactation. A highly significant positive relationship was established between the GH peak measured 10 min post-GRF challenge and 120-day milk energy values in the first lactation. This relationship was, however, only present in the subpopulation of 12 cows culled after one or two lactations and was absent in the 25 animals remaining for the third lactation. There were no significant relationships between pre-pubertal IGF-I and fed or fasted insulin or glucose concentrations and any subsequent measurement of yield. The usefulness of GH secretagogue challenges in calves as a predictive test for future milk production is thus limited but may have some bearing on nutrient partitioning and longevity. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Follicle-stimulating hormone isoforms and plasma concentrations of estradiol and inhibin A in dairy cows with ovulatory and non-ovulatory follicles during the first postpartum follicle wave

Following parturition, all cows display a wave of ovarian follicular growth, but a large proportion fail to generate a preovulatory rise in estradiol, and hence fail to ovulate. Follicle-stimulating hormone (FSH) exists as multiple isoforms in the circulation depending on the type and extent of glycosylation, and this has pronounced effects on its biological properties. This study examined differences in plasma FSH, estradiol, and inhibin A concentrations, and the distribution of FSH isoforms in cows with ovulatory or atretic dominant follicles during the first postpartum follicle wave. Plasma FSH isoform distribution was examined in both groups during the period of final development of the dominant follicle by liquid phase isoelectric focusing. Cows with an ovulatory follicle had higher circulating estradiol and inhibin A concentrations, and lower plasma FSH concentrations. The distribution of FSH isoforms displayed a marked shift toward the less acidic isoforms in cows with ovulatory follicles. A higher proportion of the FSH isoforms had a pl>5.0 in cows with ovulatory follicles compared to those with atretic follicles. In addition, cows with ovulatory follicles had greater dry matter intake, superior energy balance, elevated circulating concentrations of insulin and insulin-like growth factor-I, and lower plasma nonesterified fatty acids. The shift in FSH isoforms toward a greater abundance of the less acidic isoforms appears to be a key component in determining the capability for producing a preovulatory rise in estradiol, and this shift in FSH isoforms was associated with more favorable bioenergetic and metabolic status. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Numbers of antral follicles during follicular waves in cattle: Evidence for high variation among animals, very high repeatability in individuals, and an inverse association with serum follicle-stimulating hormone concentrations

The extent, causes, and physiological significance of the variation in number of follicles growing during ovarian follicular waves in human beings and cattle are unknown. Therefore, the present study examined the variability and repeatability in numbers of follicles 3 mm or greater in diameter during the follicular waves in bovine estrous cycles, and we determined if the variation in number of follicles during waves was associated with alterations in secretion of FSH, estradiol, inhibin, and insulin-like growth factor I (IGF-I). Dairy cattle were subjected to twice-daily ultrasound analysis to count total number of antral follicles 3 mm or greater in diameter throughout 138 different follicular waves. In another study, blood samples were taken at frequent intervals from cows that consistently had low or very high numbers of follicles during waves and were subjected to immunoassays. Results indicate the following: First, despite an approximately sevenfold variation in number of follicles during waves among animals and marked differences in age, stage of lactation, and season of the year, a very highly repeatable (0.95) number of follicles 3 mm or greater in diameter is maintained during the ovulatory and nonovulatory follicular waves of individuals. Second, variation in number of follicles 3 mm or greater in diameter during waves and the inverse association of number of follicles during waves with FSH are not directly explained by alterations in the patterns of secretion of estradiol, inhibin, or IGF-I. Third, ovarian ultrasound analysis can be used reliably by investigators to identify cattle that consistently have low or high numbers of follicles during waves, thus providing a novel experimental model to determine the causes and physiological significance of the high variation in antral follicle number during follicular waves among single-ovulating species, such as cattle or humans.

Local roles of TGF-beta superfamily members in the control of ovarian follicle development

Members of the transforming growth factor-beta (TGF-beta) superfamily have wide-ranging influences on many tissue and organ systems including the ovary. Two recently discovered TGF-beta superfamily members, growth/differentiation factor-9 (GDF-9) and bone morphogenetic protein-15 (BMP-15; also designated as GDF-9B) are expressed in an oocyte-specific manner from a very early stage and play a key role in promoting follicle growth beyond the primary stage. Follicle growth to the small antral stage does not require gonadotrophins but appears to be driven by local autocrine/paracrine signals from both somatic cell types (granulosa and theca) and from the oocyte. TGF-beta superfamily members expressed by follicular cells and implicated in this phase of follicle development include TGF-beta, activin, GDF-9/9B and several BMPs. Acquisition of follicle-stimulating hormone (FSH) responsiveness is a pre-requisite for growth beyond the small antral stage and evidence indicates an autocrine role for granulosa-derived activin in promoting granulosa cell proliferation, FSH receptor expression and aromatase activity. Indeed, some of the effects of FSH on granulosa cells may be mediated by endogenous activin. At the same time, activin may act on theca cells to attenuate luteinizing hormone (LH)-dependent androgen production in small to medium-size antral follicles. Dominant follicle selection appears to depend on differential FSH sensitivity amongst a growing cohort of small antral follicles. Activin may contribute to this selection process by sensitizing those follicles with the highest "activin tone" to FSH. Production of inhibin, like oestradiol, increases in selected dominant follicles, in an FSH- and insulin-like growth factor-dependent manner and may exert a paracrine action on theca cells to upregulate LH-induced secretion of androgen, an essential requirement for further oestradiol secretion by the pre-ovulatory follicle. Like activin, BMP-4 and -7 (mostly from theca), and BMP-6 (mostly from oocyte), can enhance oestradiol and inhibin secretion by bovine granulosa cells while suppressing progesterone secretion; this suggests a functional role in delaying follicle luteinization and/or atresia. Follistatin, on the other hand, may favor luteinization and/or atresia by bio-neutralizing intrafollicular activin and BMPs. Activin receptors are expressed by the oocyte and activin may have a further intrafollicular role in the terminal stages of follicle differentiation to promote oocyte maturation and developmental competence. In a reciprocal manner, oocyte-derived GDF-9/9B may act on the surrounding cumulus granulosa cells to attenuate oestradiol output and promote progesterone and hyaluronic acid production, mucification and cumulus expansion.(C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.