Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

Le récepteur CD36 : implication dans le développement de l'athérosclérose et dans le recrutement des leucocytes aux sites inflammatoires

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës.

Regulation of lipid metabolism in adipocytes and hepatocytes by hexarelin through scavenger receptor CD36

Les sécrétines de l’hormone de croissance (GHRPs) sont de petits peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance à partir de l’hypophyse via leur liaison au récepteur de la ghréline GHS-R1a. Le GHRP hexaréline a été utilisé afin d’étudier la distribution tissulaire de GHS-R1a et son effet GH-indépendant. Ainsi, par cette approche, il a été déterminé que l’hexaréline était capable de se lier à un deuxième récepteur identifié comme étant le récepteur scavenger CD36. Ce récepteur possède une multitude de ligands dont les particules oxLDL et les acides gras à longue chaîne. CD36 est généralement reconnu pour son rôle dans l’athérogénèse et sa contribution à la formation de cellules spumeuses suite à l’internalisation des oxLDL dans les macrophages/monocytes. Auparavant, nous avions démontré que le traitement des macrophages avec l’hexaréline menait à l’activation de PPARƔ via sa liaison à GHS-R1a, mais aussi à CD36. De plus, une cascade d’activation impliquant LXRα et les transporteurs ABC provoquait également une augmentation de l’efflux du cholestérol. Une stimulation de la voie du transport inverse du cholestérol vers les particules HDL entraînait donc une diminution de l’engorgement des macrophages de lipides et la formation de cellules spumeuses. Puisque CD36 est exprimé dans de multiples tissus et qu’il est également responsable du captage des acides gras à longue chaîne, nous avons voulu étudier l’impact de l’hexaréline uniquement à travers sa liaison à CD36. Dans le but d’approfondir nos connaissances sur la régulation du métabolisme des lipides par CD36, nous avons choisi des types cellulaires jouant un rôle important dans l’homéostasie lipidique n’exprimant pas GHS-R1a, soient les adipocytes et les hépatocytes. L’ensemble de mes travaux démontre qu’en réponse à son interaction avec l’hexaréline, CD36 a le potentiel de réduire le contenu lipidique des adipocytes et des hépatocytes. Dans les cellules adipeuses, l'hexaréline augmente l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la mobilisation et l’oxydation des acides gras, et induit également l’expression des marqueurs thermogéniques PGC-1α et UCP-1. De même, hexaréline augmente l’expression des gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale, un effet accompagné de changements morphologiques des mitochondries; des caractéristiques observées dans les types cellulaires ayant une grande capacité oxydative. Ces résultats démontrent que les adipocytes blancs traités avec hexaréline ont la capacité de se transformer en un phénotype similaire aux adipocytes bruns ayant l’habileté de brûler les acides gras plutôt que de les emmagasiner. Cet effet est également observé dans les tissus adipeux de souris et est dépendant de la présence de CD36. Dans les hépatocytes, nous avons démontré le potentiel de CD36 à moduler le métabolisme du cholestérol. En réponse au traitement des cellules avec hexaréline, une phosphorylation rapide de LKB1 et de l’AMPK est suivie d’une phosphorylation inhibitrice de l’HMG-CoA réductase (HMGR), l’enzyme clé dans la synthèse du cholestérol. De plus, la liaison d'hexaréline à CD36 provoque le recrutement d’insig-2 à HMGR, l’étape d’engagement dans sa dégradation. La dégradation de HMGR par hexaréline semble être dépendante de l’activité de PPARƔ et de l’AMPK. Dans le but d’élucider le mécanisme d’activation par hexaréline, nous avons démontré d’une part que sa liaison à CD36 provoque une déphosphorylation de Erk soulevant ainsi l’inhibition que celui-ci exerce sur PPARƔ et d’autre part, un recrutement de l’AMPK à PGC-1α expliquant ainsi une partie du mécanisme d’activation de PPARƔ par hexaréline. Les résultats générés dans cette thèse ont permis d’élucider de nouveaux mécanismes d’action de CD36 et d'approfondir nos connaissances de son influence dans la régulation du métabolisme des lipides.

Application du SPR dans le criblage des ligands synthétiques du CD36 et sa validation

Le CD36 est un récepteur de type éboueur de classe B exprimé à la surface de nombreux types cellulaires dont les macrophages, les cellules endothéliales de la microvasculature et les plaquettes. Ce récepteur multiligand est impliqué dans plusieurs processus pathologiques notamment l’athérosclérose, l’angiogénèse et la malaria via la liaison spécifique de ligands comme les lipoprotéines oxydées de basse densité, la thrombospondine-1 et la protéine PfEMP-1, respectivement. Les peptides de la relâche de l’hormone de croissance (GHRP) ont été identifiés comme les premiers ligands synthétiques du CD36. Afin de développer de nouveaux ligands synthétiques du CD36, l’établissement d’une méthode de criblage est essentiel pour découvrir des composés avec une liaison de haute affinité pour ce récepteur. Pour y parvenir, nous avons surexprimé le domaine extracellulaire du CD36 humain dans les cellules d’insectes Sf9. La protéine soluble purifiée par chromatographie d’affinité fut immobilisée à la surface d’une plaque de résonance de plasmons de surface (SPR) pour les études de liaison. La méthodologie développée a permis de caractériser les ligands du CD36 en déterminant leurs constantes de dissociation (KD), et d’établir une relation structure-activité des ligands de la famille des azapeptides, des composés dérivés du GHRP-6. Afin de valider la méthode par spectroscopie SPR, une corrélation a été établie entre les valeurs de KD obtenues en SPR et les valeurs d’CI50 de courbes d’inhibition de la phosphorylation des MAP kinases JNK1/2 induite par un phospholipide oxydé, le POVPC, en présence de concentrations croissantes de ligands du CD36 dans les macrophages RAW 264.7.

Régulation du métabolisme et du transport des lipides dans les macrophages : potentiel anti-athérosclérotique des ligands du CD36

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de morbidité et de mortalité dans les pays industrialisés. Le récepteur CD36, exprimé à la surface des macrophages, joue un rôle déterminant dans l’internalisation des lipoprotéines oxydées menant à la formation des cellules spumeuses dans l’espace sous endothélial, première étape du développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons montré précédemment que les sécrétines de l’hormone de croissance sont des ligands du récepteur CD36 qui possèdent un site de liaison qui chevauche celui des lipoprotéines oxydées. Cependant, aucune étude n’avait rapporté les effets potentiels des ligands sélectifs du CD36 sur la progression des lésions athérosclérotiques et le métabolisme lipidique au niveau des macrophages. Ainsi, ce projet de doctorat visait à évaluer le potentiel anti-athérosclérotique du EP 80317, un ligand sélectif du CD36, et élucider les mécanismes à l’origine de ses effets sur le métabolisme et le transport des lipides au niveau des macrophages. À cette fin, des souris déficientes en apolipoprotéine E (apoE-/-), nourries avec une diète riche en lipides et en cholestérol, ont été traitées quotidiennement pendant 12 semaines avec le EP 80317, montrant un puissant effet anti-athérosclérotique associé à une réduction de 51% des lésions aortiques et de 30% du taux plasmatique de cholestérol total. Cette même étude a permis de montrer une réduction de l’internalisation des lipoprotéines oxydées ainsi qu’une augmentation de l’expression des gènes/protéines impliqués dans l’efflux du cholestérol au niveau des macrophages, comme le peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), liver x receptor α (LXRα) et les transporteurs ABCA1 et ABCG1, entraînant une réduction de la formation des cellules spumeuses. Ces observations nous ont conduits à élucider les mécanismes moléculaires engendrés par la liaison d’un ligand sélectif au récepteur CD36 dans les macrophages. Les études ont permis de montrer que les ligands du CD36 entraînent une augmentation de l’efflux du cholestérol vers les transporteurs ABCA1 et ABCG1 en augmentant l’expression protéique de la cyclooxygénase 2 (COX-2) consécutive à la phosphorylation de la MAP kinase ERK1/2. L’activation de COX-2 stimule la production intracellulaire de la prostaglandine 15d-PGJ2, cette dernière conduisant à l’activation du PPARγ. Finalement, une troisième étude nous a permis de mettre en évidence les effets du EP 80317 sur le transport inverse du cholestérol in vivo. L’injection de macrophages J774 radiomarqués avec du cholestérol tritié dans la cavité péritonéale de souris avec le EP 80317 nous a permis de montrer que le EP 80317 entraîne une réduction de la radioactivité retrouvée dans le foie tandis qu’il augmente celle retrouvée dans les fèces par comparaison aux souris contrôles, sans néanmoins modifier le profil plasmatique du radiotraceur entre les deux groupes. De plus, l’expression des gènes impliqués dans le transport du cholestérol au niveau intestinal comme le LXRα, ABCA1, ABCG5 ainsi que ABCG8 ont été régulés à la hausse par le EP 80317 tandis que l’expression de NPC1L1, un transporteur impliqué dans l’absorption du cholestérol, a été régulé à la baisse. Toutefois, les gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol au niveau du foie ne sont pas modulés par le EP 80317. En conclusion, les travaux effectués dans le cadre de cette thèse nous ont permis de montrer que l’activation du récepteur CD36 par le EP 80317 pourrait s’avérer être une nouvelle approche thérapeutique pour le traitement de l’athérosclérose. Les effets anti-athérosclérotiques et hypocholestérolémiants des ligands synthétiques du récepteur CD36 sont en partie engendrés par 1) la régulation du métabolisme des lipides au niveau des macrophages en réponse à l’activation du PPARγ par son ligand endogène, le 15d-PGJ2 et 2) par une augmentation du transport inverse du cholestérol, particulièrement par une augmentation de l’efflux transintestinal.

Effectiveness of the Combined Recombinant Human Growth Hormone and Gonadotropin-Releasing Hormone Analog Therapy in Pubertal Patients with Short Stature due to SHOX Deficiency

Context: Isolated heterozygous SHOX defects are the most frequent monogenic cause of short stature, and combined therapy with recombinant human GH (rhGH) and GnRH analog (GnRHa) in pubertal patients has been suggested, but there are no data on final height. Objective: The aim of the study was to analyze adult height after rhGH and GnRHa therapy in patients with SHOX haploinsufficiency. Patients: Ten peripubertal patients with isolated SHOX defects participated in the study. Intervention: Five patients were followed without treatment, and five were treated with rhGH (50 mu g/kg/d) and depot leuprolide acetate (3.75 mg/month). Main Outcome Measures: Adult height SD score (SDS) was measured. Results: All patients followed without treatment had marked downward growth shift during puberty (height SDS, -1.2 +/- 0.7 at 11.4 +/- 1.4 yr; adult height SDS, -2.5 +/- 0.5). Conversely, four of five patients treated with rhGH for 2 to 4.9 yr associated to GnRHa for 1.4 to 5.8 yr improved their height SDS from -2.3 +/- 1.3 at 11.8 +/- 2.1 yr to a final height SDS of -1.7 +/- 1.6. The difference between the mean height SDS at the first evaluation and final height SDS was statistically significant in nontreated vs. treated patients (mean height SDS change, -1.2 +/- 0.4 vs. 0.6 +/- 0.4, respectively; P < 0.001). Conclusion: A gain in adult height of patients with isolated SHOX defects treated with combined rhGH and GnRHa therapy was demonstrated for the first time, supporting this treatment for children with SHOX defects who have just started puberty to avoid the loss of growth potential observed in these patients during puberty. (J Clin Endocrinol Metab 95: 328-332, 2010)

Growth hormone (GH)-releasing hormone increases the expression of the dominant-negative GH isoform in cases of isolated GH deficiency due to GH splice-site mutations

An autosomal dominant form of isolated GH deficiency (IGHD II) can result from heterozygous splice site mutations that weaken recognition of exon 3 leading to aberrant splicing of GH-1 transcripts and production of a dominant-negative 17.5-kDa GH isoform. Previous studies suggested that the extent of missplicing varies with different mutations and the level of GH expression and/or secretion. To study this, wt-hGH and/or different hGH-splice site mutants (GH-IVS+2, GH-IVS+6, GH-ISE+28) were transfected in rat pituitary cells expressing human GHRH receptor (GC-GHRHR). Upon GHRH stimulation, GC-GHRHR cells coexpressing wt-hGH and each of the mutants displayed reduced hGH secretion and intracellular GH content when compared with cells expressing only wt-hGH, confirming the dominant-negative effect of 17.5-kDa isoform on the secretion of 22-kDa GH. Furthermore, increased amount of 17.5-kDa isoform produced after GHRH stimulation in cells expressing GH-splice site mutants reduced production of endogenous rat GH, which was not observed after GHRH-induced increase in wt-hGH. In conclusion, our results support the hypothesis that after GHRH stimulation, the severity of IGHD II depends on the position of splice site mutation leading to the production of increasing amounts of 17.5-kDa protein, which reduces the storage and secretion of wt-GH in the most severely affected cases. Due to the absence of GH and IGF-I-negative feedback in IGHD II, a chronic up-regulation of GHRH would lead to an increased stimulatory drive to somatotrophs to produce more 17.5-kDa GH from the severest mutant alleles, thereby accelerating autodestruction of somatotrophs in a vicious cycle.

Effects of Novel Growth Hormone Secretagogues on Growth Hormone Secretion in Farm Animals

The requirement for growth hormone (GH) secretion by the anterior pituitary gland in beef calves is demonstrated by a complete lack of long bone-growth and muscle accretion after hypophysectomy (surgical removal of the pituitary gland). When the connecting link (hypophyseal stalk) to the basal region (hypothalamus) of the brain is surgically severed, long bone growth and body weight gain are greatly limited compared with sham-operated controls. This limited growth results from obliteration of episodic GH secretion and reduced basal blood concentration of the hormone compared with sham-operated controls. Thus, the hypophyseal stalk-transected (HST) calf provides an appropriate model to determine mechanisms by which hypothalamic neuropeptides from the brain regulate GH secretion, and thereby growth in the young calf. Neuropeptides have been isolated and characterized in bovine hypothalamus that stimulate GH secretion (GH-releasing hormone [GHRH]) or factor [GHRF] and inhibit GH secretion (GH release-inhibiting hormone [GHRIH] or somatostatin [SRIH]). A dose of .067 micrograms of GHRF per kilogram of body weight injected intravenously in HST calves abruptly increased plasma GH concentration to 55 nanograms per milliliter from the control period mean of 5 nanograms per milliliter. HST calves then were infused intravenously with .033 and .067 microgram somatostatin per kilogram of body weight, during which a pulse injection of .067 microgram of GHRF was administered. GH increase was limited to 9 and 5 micrograms per kilogram body weight during the .033- and .067 microgram SRIH infusions after GHRF; no GH rebound was observed after the SRIH was discontinued. GHRF from humans contains 40 to 44 amino acids. Rat hypothalamic GHRF analogs containing 29 to 32 amino acids elicited dose-dependent GH peak release in these HST calves. In 1977, Bowers and Monomy isolated novel GH releasing peptides consisting of only six amino acids; they caused GH release by isolated pituitary cells in culture and acute GH release when administered intravenously. We recently have utilized a novel nonpeptidyl GH secretagogue of low molecular weight in the pig to determine its mechanisms of action within the central nervous system.

A polymorphism in the growth hormone (GH)-releasing hormone (GHRH) receptor gene is associated with elevated response to GHRH by human pituitary somatotrophinomas in vitro

A previous study has suggested that a G to A base change at position 169 of the GHRH-receptor gene in human somatotrophinomas is a mutation and confers hypersensitivity to GHRH. The alternative base converts codon 57 from GCG to AGC, resulting in replacement of alanine (Ala) with threonine (Thr). In the present study, two of five human GH-secreting somatotrophinomas were found to possess the codon 57 AGC sequence. The GCG allele was also detected, indicating heterozygosity. However, the patients' normal blood-derived DNA also yielded the same sequence pattern, indicating that the Ala=> Thr amino acid change is a normal polymorphism, and not a somatic mutation. Nevertheless, in vitro, the tumors possessing the Ala=> Thr amino acid change responded very strongly to GHRH in terms of cAMP formation, being increased 40- and 200-fold, in comparison to the 2-fold increases by tumors without the alternative GHRH-receptor sequence. Likewise, the in vitro response of GH secretion to GHRH was elevated. One of the two tumors with the alternative Thr residue, and the highest responder to GHRH, possessed a gsp muration, despite the fact that these defects are thought to reduce responsiveness to GHRH. These results fail to confirm that the GCG => AGC at codon 57 of the GHRH-receptor gene is a mutation, but do support the concept that the alternative form with Thr confers increased sensitivity to GHRH. (C) 2000 Academic Press.

Consequences of lifetime isolated growth hormone (GH) deficiency and effects of short-term GH treatment on bone in adults with a mutation in the GHRH-receptor gene

Growth hormone (GH) influences bone mass maintenance. However, the consequences of lifetime isolated GH deficiency (IGHD) on bone are not well established. We assessed the bone status and the effect of 6 months of GH replacement in GH-naive adults with IGHD due to a homozygous mutation of the GH-releasing hormone (GHRH)-receptor gene (GHRHR). We studied 20 individuals (10 men) with IGHD at baseline, after 6 months of depot GH treatment, and 6 and 12 months after discontinuation of GH. Quantitative ultrasound (QUS) of the heel was performed and serum osteocalcin (OC) and C-terminal cross-linking telopeptide of type I collagen (ICTP) were measured. QUS was also performed at baseline and 12 months later in a group of 20 normal control individuals (CO), who did not receive GH treatment. At baseline, the IGHD group had a lower T-score on QUS than CO (-1.15 +/- 0.9 vs. -0.07 +/- 0.9, P < 0.001). GH treatment improved this parameter, with improvement persisting for 12 months post-treatment (T-score for IGHD = -0.59 +/- 0.9, P < 0.05). GH also caused an increase in serum OC (baseline vs. pGH, P < 0.001) and ICTP (baseline vs. pGH, P < 0.01). The increase in OC was more marked during treatment and its reduction was slower after GH discontinuation than in ICTP. These data suggest that lifetime severe IGHD is associated with significant reduction in QUS parameters, which are partially reversed by short-term depot GH treatment. The treatment induces a biochemical pattern of bone anabolism that persists for at least 6 months after treatment discontinuation.

Growth hormone therapy in Prader-Willi Syndrome

Prader-Willi syndrome (PWS) was originally described less than 50 y ago,1 although reference to children with characteristics of the syndrome are to be found in other literature previous to this.2 Until relatively recently the diagnosis was made upon the clinical features as outlined by Holm,3 which include severe muscular hypotonia in the neonatal period leading to feeding difficulties and undernutrition, hypogonadism and later hyperphagia and obesity. Latterly the syndrome has been identified as being associated with an interstitial deletion of the q11-13 region on chromosome 15.4 In the majority of cases the deletion is in the paternally derived chromosome. In the remainder of cases there seems to be a failure to inherit the entire paternal chromosome and as a consequence both the chromosomes inherited are maternal, thus leading to maternal disomy.

Improvement in growth after two years of growth hormone therapy in very young children born small for gestational age and without spontaneous catch-up growth: results of a multicenter, controlled, randomized, open clinical trial.

CONTEXT GH treatment is effective in children born small for gestational age (SGA); however, its effectiveness and safety in very young SGA children is unknown. OBJECTIVE The aim was to analyze the outcome of very young SGA children treated with GH and followed for 2 yr. The results after 24 months of treatment, compared with a control group without treatment during 12 months followed by 12 months of treatment, are shown. DESIGN We performed a multicenter, controlled, randomized, open trial. SETTINGS The pediatric endocrinology departments of 14 public hospitals in Spain participated in the study. PATIENTS Seventy-six children, aged 2-5 yr born SGA and without catch-up growth, were studied. INTERVENTION Children received GH at 0.06 mg/kg.d for 2 yr (group I) or were followed for 12 months with no treatment and then treated for 12 months (group II). MAIN OUTCOME MEASURES Age, general health status, pubertal stage, bone age, height, weight, biochemical and hormonal analyses, and adverse side effects were determined at biannual check-ups. RESULTS The mean height sd score gain for chronological age in children treated for 24 months (group I) was 2.10, whereas in those treated only during the last 12 months (group II) was 1.43. In both groups, children under 4 yr of age had the greatest gain in growth velocity. No significant acceleration of bone age or side effects related to treatment was seen. CONCLUSION Very young SGA children without spontaneous catch-up growth could benefit from GH treatment because growth was accelerated and no negative side effects were observed.

Evaluation of the biological activity of a growth hormone (GH) mutant (R77C) and its impact on GH responsiveness and stature

CONTEXT AND OBJECTIVE: A single missense mutation in the GH-1 gene converting codon 77 from arginine (R) to cysteine (C) yields a mutant GH-R77C peptide, which was described as natural GH antagonist. DESIGN, SETTING, AND PATIENTS: Heterozygosity for GH-R77C/wt-GH was identified in a Syrian family. The index patient, a boy, was referred for assessment of his short stature (-2.5 SD score) and partial GH insensitivity was diagnosed. His mother and grandfather were also carrying the same mutation and showed partial GH insensitivity with modest short stature. INTERVENTIONS AND RESULTS: Functional characterization of the GH-R77C was performed through studies of GH receptor binding and activation of Janus kinase 2/Stat5 pathway. No differences in the binding affinity and bioactivity between wt-GH and GH-R77C were found. Similarly, cell viability and proliferation after expression of both GH peptides in AtT-20 cells were identical. Quantitative confocal microscopy analysis revealed no significant difference in the extent of subcellular colocalization between wt-GH and GH-R77C with endoplasmic reticulum, Golgi, or secretory vesicles. Furthermore studies demonstrated a reduced capability of GH-R77C to induce GHR/GHBP gene transcription rate when compared with wt-GH. CONCLUSION: Reduced GH receptor/GH-binding protein expression might be a possible cause for the partial GH insensitivity with delay in growth and pubertal development found in our patients. In addition, this group of patients deserves further attention because they could represent a distinct clinical entity underlining that an altered GH peptide may also have a direct impact on GHR/GHBP gene expression causing partial GH insensitivity.

The role of zinc dynamics in growth hormone secretion

Human growth hormone (GH) causes a variety of physiological and metabolic effects in humans and plays a pivotal role in postnatal growth. In somatotroph cells of the anterior pituitary, GH is stored in concentrated forms in secretory granules to be rapidly released upon GH-releasing hormone stimulation. During the process of secretory granule biogenesis, self-association of GH occurs in the compartments of the early secretory pathway (endoplasmic reticulum and Golgi complex). Since this process is greatly facilitated by the presence of zinc ions, it is of importance to understand the potential role of zinc transporters that participate in the fine-tuning of zinc homeostasis and dynamics, particularly in the early secretory pathway. Thus, the role of zinc transporters in supplying the secretory pathway with the sufficient amount of zinc required for the biogenesis of GH-containing secretory granules is essential for normal secretion. This report, illustrated by a clinical case report on transient neonatal zinc deficiency, focuses on the role of zinc in GH storage in the secretory granules and highlights the role of specific zinc transporters in the early secretory pathway.

Butyrate increases intracellular calcium levels and enhances growth hormone release from rat anterior pituitary cells via the G-protein-coupled receptors GPR41 and 43

Butyrate is a short-chain fatty acid (SCFA) closely related to the ketone body ß-hydroxybutyrate (BHB), which is considered to be the major energy substrate during prolonged exercise or starvation. During fasting, serum growth hormone (GH) rises concomitantly with the accumulation of BHB and butyrate. Interactions between GH, ketone bodies and SCFA during the metabolic adaptation to fasting have been poorly investigated to date. In this study, we examined the effect of butyrate, an endogenous agonist for the two G-protein-coupled receptors (GPCR), GPR41 and 43, on non-stimulated and GH-releasing hormone (GHRH)-stimulated hGH secretion. Furthermore, we investigated the potential role of GPR41 and 43 on the generation of butyrate-induced intracellular Ca2+ signal and its ultimate impact on hGH secretion. To study this, wt-hGH was transfected into a rat pituitary tumour cell line stably expressing the human GHRH receptor. Treatment with butyrate promoted hGH synthesis and improved basal and GHRH-induced hGH-secretion. By acting through GPR41 and 43, butyrate enhanced intracellular free cytosolic Ca2+. Gene-specific silencing of these receptors led to a partial inhibition of the butyrate-induced intracellular Ca2+ rise resulting in a decrease of hGH secretion. This study suggests that butyrate is a metabolic intermediary, which contributes to the secretion and, therefore, to the metabolic actions of GH during fasting.