Single-nucleotide polymorphism analysis of GH, GHR, and IGF-1 genes in minipigs

Tibetan (TB) and Bama (BM) miniature pigs are two popular pig breeds that are used as experimental animals in China due to their small body size. Here, we analyzed single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in gene fragments that are closely related to growth traits [growth hormone (GH), growth hormone receptor (GHR), and insulin-like growth factor (IGF)-1)] in these pig breeds and a large white (LW) control pig breed. On the basis of the analysis of 100 BMs, 108 TBs, and 50 LWs, the polymorphic distribution levels of GH, GHR, and IGF-1 were significantly different among these three pig breeds. According to correlation analyses between SNPs and five growth traits - body weight (BW), body length (BL), withers height (WH), chest circumference (CC), and abdomen circumference (AC) - three SNP loci in BMs and four SNP loci in TBs significantly affected growth traits. Three SNP sites in BMs and four SNP sites in TBs significantly affected growth traits. SNPs located in the GH gene fragment significantly affected BL and CC at locus 12 and BL at locus 45 in BMs, and also BW, WH, CC, and AC at locus 45 and WH and CC at locus 93 in TBs. One SNP at locus 85 in the BM GHR gene fragment significantly affected all growth traits. All indices were significantly reduced with a mixture of alleles at locus 85. These results provide more information regarding the genetic background of these minipig species and indicate useful selection markers for pig breeding programs.

Ghrelin attenuates the growth of HO-8910 ovarian cancer cells through the ERK pathway

Ovarian cancer is one of the most common causes of death from gynecologic tumors and is an important public health issue. Ghrelin is a recently discovered bioactive peptide that acts as a natural endogenous ligand of the growth hormone secretagogue receptor (GHSR). Several studies have identified the protective effects of ghrelin on the mammalian reproductive system. However, little research has been done on the effects of ghrelin on ovarian cancer cells, and the underlying mechanisms of these effects. We sought to understand the potential involvement of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) in ghrelin-mediated inhibition of growth of the ovarian line HO-8910. We applied different concentrations of ghrelin and an inhibitor of the ghrelin receptor (D-Lys3-GHRP-6) to HO-8910 cells and observed the growth rate of cells and changes in phosphorylation of the MAPKs ERK1/2, JNK and p38. We discovered that ghrelin-induced apoptosis of HO-8910 cells was though phosphorylated ERK1/2, and that this phosphorylation (as well as p90rsk phosphorylation) was mediated by the GHSR. The ERK1/2 pathway is known to play an essential part in the ghrelin-mediated apoptosis of HO-8910 cells. Hence, our study suggests that ghrelin inhibits the growth of HO-8910 cells primarily through the GHSR/ERK pathway.

Contrôle de l'expression de la protéine PHEX et rôle de PHEX et FGF23 dans la minéralisation par les cellules MC3T3

PHEX est une protéine importante dans le processus de minéralisation osseuse. Des mutations ou la délétion d’une partie de ce gène causent l’hypophosphatémie liée au chromosome X (XLH). Cette maladie est caractérisée par une hypophosphatémie, accompagnée de défauts de minéralisation, de rachitisme et de lésions ostéomalaciques. Avec l’hypophosphatémie, les taux circulants de vitamine D devraient être augmentés, ce qui n’est pas le cas d’où une régulation anormale de la production de vitamine D a lieu. Cependant, malgré le fait que cette protéine soit une peptidase, aucun substrat physiologique n’a encore été répertorié pour PHEX. PHEX est une protéine membranaire de type II de la famille M13 des métalloendopeptidases à zinc possédant un court domaine N-terminal cytosolique, un segment transmembrannaire d’environ 20 acides aminés et une large portion C-terminale extracellulaire où se trouve le site actif de l’enzyme. PHEX est exprimée de façon majoritaire dans les os et dans les dents et elle apparaît à l’initiation de la minéralisation. Les patients souffrant de XLH et la souris Hyp, qui est un modèle animal de la maladie humaine, montrent des quantités importantes de la protéine FGF23. De plus, FGF23 est impliqué dans une autre maladie reliée au métabolisme du phosphate, l’hypophosphatémie rachitique autosomale dominante (ADHR) où des mutations de FGF23 causent sensiblement les mêmes symptômes que XLH. FGF23 est produit principalement par les ostéoblastes et les ostéocytes. FGF23 cause une hypophosphatémie par la diminution de l’expression du cotransporteur NaPi de type II, responsable de la réabsorption du phosphate rénal. L’hypothèse proposée dans la littérature serait que PHEX activerait ou inactiverait des peptides importants pour la minéralisation osseuse. Plus spécifiquement, l’activation ou l’inactivation de ces peptides aurait pour rôle de réguler les quantités de FGF23. Selon l’hypothèse mentionnée précédemment, la régulation de PHEX pourrait donc avoir un effet sur la minéralisation. Une quantité croissante de données sur la régulation de PHEX sont maintenant disponibles. Par exemple, la vitamine D diminue l’expression de PHEX tandis que les glucocorticoïdes et l’hormone de croissance augmentent son expression. Dans une première étude, nous avons voulu déterminer si un peptide relié à la minéralisation osseuse, le PTHrP1-34, pouvait réguler l’expression de PHEX. Nous avons déterminé que le PTHrP1-34 peut réguler de façon négative l’expression de PHEX dans les cellules UMR-106, une lignée cellulaire ostéoblastique. Cette régulation passe par la voie de l’AMPc/protéine kinase A. De plus, cette diminution d’expression est également observée au jour 7 dans des cultures primaires d’ostéoblastes de rat en minéralisation. Par la suite, nous avons étudié un mutant de PHEX, le mutant E4Q retrouvé chez un patient souffrant de XLH, où la mutation se retrouve dans le domaine cytosolique de PHEX. Cette mutation n’interfère pas avec le site catalytique de l’enzyme puisque ce mutant de PHEX peut tout aussi bien cliver un substrat synthétique que la protéine sauvage. Il a été déterminé que cette mutation annule un motif di-acide. Nous avons démontré que ce motif di-acide est responsable de la liaison de PHEX à COPII, responsable de la formation de vésicules de sécrétion. De plus, il semblerait que ce motif soit important, probablement par son interaction avec COPII, à l’incorporation de PHEX dans des vésicules de calcification, lesdites vésicules étant importantes dans le processus de minéralisation. Finalement, des essais de compétitions ont démontré que la minéralisation pouvait être perturbée lorsque l’on surexprimait la queue cytosolique sauvage de PHEX, contrairement à la queue mutée. Ceci suggère possiblement que l’interaction avec COPII menant à l’incorporation de PHEX dans les vésicules de calcification ou d’autres protéines comprenant de tels motifs pourrait être importante pour la minéralisation. Finalement, la dernière étude porte sur la protéine FGF23. Nous avons démontré, par la surexpression de FGF23 dans la lignée MC3T3 d’ostéoblastes de souris, que cette surexpression a un effet sur la sénescence de ces cellules. En effet, des essais de sénescence ont montré l’augmentation de celle-ci lorsque FGF23 est surexprimé. Par contre, la prolifération n’est pas altérée. De plus, il semblerait que la différenciation soit plus rapide, tel qu’observé par une minéralisation survenant plus tôt, mais n’étant pas plus importante. Bref, la surexpression de FGF23 semblerait faire en sorte que les ostéoblastes se différencient plus rapidement et passent donc à un état de sénescence prématuré comparativement aux cellules sauvages. Ceci est en accord avec la littérature où KLOTHO, un cofacteur de FGF23 permettant sa liaison avec une plus grande affinité sur son récepteur, lorsqu’inactivé démontre un phénotype similaire au vieillissement incluant un phénotype de sénescence.

Étude des mécanismes associés aux effets bénéfiques de la restriction calorique sur la fonction somatotrope du rat vieillissant.

Dans les cellules somatotropes, la liaison du facteur de libération de l’hormone de croissance (GHRH) à son récepteur (GHRH-R) stimule la synthèse et la sécrétion de l’hormone de croissance (GH) ainsi que la prolifération cellulaire. Chez les mammifères, le vieillissement est caractérisé par une diminution de la sécrétion de GH, liée à une perte de sensibilité des somatotropes au GHRH. Chez le rat âgé, des modifications de niveaux d'ARNm du GHRH-R et une diminution d'affinité et de capacité de liaison du GHRH sont rapportés. Au cours du vieillissement, une augmentation des niveaux de glucose et d’acides gras libres sérique suggère qu’une gluco- ou lipotoxicité puisse contribuer au dysfonctionnement de la fonction somatotrope. À ce jour, la restriction calorique modérée de longue durée (RCMLD) constitue l’intervention la plus efficace pour prévenir ou retarder les détériorations liées à l’âge. Des études ont montré des effets bénéfiques de la RCMLD sur l’axe somatotrope au cours du vieillissement via un maintien des paramètres de liaison du GHRH-R. Compte tenu de l’importance de cet axe, la compréhension des mécanismes menant à la somatopause ainsi que ceux associés aux effets bénéfiques de la RCMLD s’avère importante. Les objectifs principaux de la présente thèse étaient : 1) de déterminer les effets de la RCMLD chez le rat, sur le GHRH-R hypophysaire et la sensibilité des somatotropes au GHRH, 2) d’identifier les mécanismes associés à la somatopause et aux effets bénéfiques de la RCMLD, et 3) de préciser les effets d’une gluco-ou lipotoxicité sur l’axe somatotrope de rats et leur implication dans la somatopause. Des rats de 8 mois ont été soumis à une restriction calorique de 40% jusqu’à l’âge de 18-20 mois et ont été comparés à des rats jeunes et âgés nourris ad libitum. Cette étude a permis de mettre en évidence des effets bénéfiques de la RCMLD sur la régulation et la fonctionnalité du GHRH-R et de proposer que le glucose et les acides gras libres (AGL) circulants soient impliqués dans le vieillissement de la somatotrope. Une étude de micro-puce à ADN à permis d’identifier des gènes associés à des mécanismes de protection et de réparation des dommages cellulaires mis en place dans l’hypophyse antérieure au cours du vieillissement et par la RCMLD. Finalement, les effets d’un stress gluco- ou lipotoxique sur la fonction somatotrope ont été étudiés chez des rats de 2 et 6 mois, infusés 72 h avec une solution de glucose ou d’Intralipides, mimant les niveaux circulants de glucose et d’AGL retrouvés chez le rat âgé. Les résultats obtenus montrent que la glucotoxicité affecte la régulation de certains gènes de la somatotrope, dont le GHRH-R, et suggèrent que la capacité de réponse à ce type de stress est altérée. Les mécanismes par lesquels la glucotoxicité exerce ces effets pourraient inclure la génération de stress oxydant. L’ensemble de ces résultats proposent de nouvelles pistes mécanistiques qui pourraient contribuer au retardement de la somatopause et, ultimement, à l’élaboration de nouvelles stratégies d’intervention nutritionnelles ou pharmacologiques ciblant les mêmes voies que la RCMLD, avec une efficacité similaire ou supérieure.

Use of global gene expression patterns in mechanistic studies of oestrogen action in MCF7 human breast cancer cells

Over the years, the MCF7 human breast cancer cell line has provided a model system for the study of cellular and molecular mechanisms in oestrogen regulation of cell proliferation and in progression to oestrogen and antioestrogen independent growth. Global gene expression profiling has shown that oestrogen action in MCF7 cells involves the coordinated regulation of hundreds of genes across a wide range of functional groupings and that more genes are down regulated than upregulated. Adaptation to long-term oestrogen deprivation, which results in loss of oestrogen-responsive growth, involves alterations to gene patterns not only at early time points (0-4 weeks) but continuing through to later times (20-55 weeks), and even involves alterations to patterns of oestrogen-regulated gene expression. Only 48% of the genes which were regulated >= 2-fold by oestradiol in oestrogen-responsive cells retained this responsiveness after long-term oestrogen deprivation but other genes developed de novo oestrogen regulation. Long-term exposure to fulvestrant, which resulted in loss of growth inhibition by the antioestrogen, resulted in some very large fold changes in gene expression up to 10,000-fold. Comparison of gene profiles produced by environmental chemicals with oestrogenic properties showed that each ligand gave its own unique expression profile which suggests that environmental oestrogens entering the human breast may give rise to a more complex web of interference in cell function than simply mimicking oestrogen action at inappropriate times. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Phylogenetic utility of more axillary growth (MAX4 ) - like genes: a case study in Digitalis / Isoplexis (Plantaginaceae)

We present the first assessment of phylogenetic utility of a potential novel low-copy nuclear gene region in flowering plants. A fragment of the MORE AXILLARY GROWTH 4 gene (MAX4, also known as RAMOSUS1 and DECREASED APICAL DOMINANCE1), predicted to span two introns, was isolated from members of Digitalis/Isoplexis. Phylogenetic analyses, under both maximum parsimony and Bayesian inference, were performed and revealed evidence of putative MAX4-like paralogues. The MAX4-like trees were compared with those obtained for Digitalis/Isoplexis using ITS and trnL-F, revealing a high degree of incongruence between these different DNA regions. Network analyses indicate complex patterns of evolution between the MAX4 sequences, which cannot be adequately represented on bifurcating trees. The incidence of paralogy restricts the use of MAX4 in phylogenetic inference within the study group, although MAX4 could potentially be used in combination with other DNA regions for resolving species relationships in cases where paralogues can be clearly identified.

Chronic supplementation of beta-hydroxy-beta methylbutyrate (HM beta) increases the activity of the GH/IGF-I axis and induces hyperinsulinemia in rats

Objective: Beta-hydroxy-beta-methylbutyrate (HM beta) is a metabolite of leucine widely used for improving sports performance. Although limp is recognized to promote anabolic or anti-catabolic effects on protein metabolism, the impact of its long-term use on skeletal muscle and/or genes that control the skeletal protein balance is not fully known. This study aimed to investigate whether chronic HM beta treatment affects the activity of GH/IGF-I axis and skeletal muscle IGF-I and myostatin mRNA expression. Design: Rats were treated with HK beta (320 mg/kg BW) or vehicle, by gavage, for 4 weeks, and killed by decapitation. Blood was collected for evaluation of serum insulin, glucose and IGF-I concentrations. Samples of pituitary, liver, extensor digitorum longus (EDL) and soleus muscles were collected for total RNA or protein extraction to evaluate the expression of pituitary growth hormone (GH) gene (mRNA and protein), hepatic insulin-like growth factor I (IGF-I) mRNA, skeletal muscle IGF-I and myostatin mRNA by Northern blotting/real time-PCR, or Western blotting. Results: Chronic HM beta treatment increased the content of pituitary GH mRNA and GH, hepatic IGF-I mRNA and serum IGF-I concentration. No changes were detected on skeletal muscle IGF-I and myostatin mRNA expression. However, the HIM-treated rats although normoglycemic, exhibited hyperinsulinemia. Conclusions: The data presented herein extend the body of evidence on the potential role of HM beta-treatment in stimulating GH/IGF-I axis activity. In spite of this effect, HM beta supplementation also induces an apparent insulin resistance state which might limit the beneficial aspects of the former results, at least in rats under normal nutritional status and health conditions. (C) 2010 Growth Hormone Research Society. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

T3 acutely increases GH mRNA translation rate and GH secretion in hypothyroid rats

Cytoskeleton controls the stability of transcripts, by mechanisms that involve mRNAs and eEF1A attachment to it. Besides, it plays a key role in protein synthesis and secretion, which seems to be impaired in somatotrophs of hypothyroid rats, whose cytoskeleton is disarranged. This study investigated the: eEF1A and GH mRNA binding to cytoskeleton plus GH mRNA translation rate and GH secretion, in sham-operated and thyroidectomized rats treated with T3 or saline, and killed 30 min thereafter. Thyroidectomy reduced: (a) pituitary F-actin content, and eEF1A plus GH mRNA binding to it; (b) GH mRNA recruitment to polysome; and (c) liver IGF-1 mRNA expression, indicating that GH mRNA stability and translation rate, as well as GH secretion were impaired. T3 acutely reversed all these changes, which points toward a nongenomic action of T3 on cytoskeleton rearrangement, which might contribute to the increase on GH mRNA translation rate and GH secretion. (C) 2009 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Gene expression profiling reveals molecular marker candidates of laryngeal squamous cell carcinoma

Laryngeal squamous cell carcinoma is very common in head and neck cancer, with high mortality rates and poor prognosis. In this study, we compared expression profiles of clinical samples from 13 larynx tumors and 10 non-neoplastic larynx tissues using a custom-built cDNA microarray containing 331 probes for 284 genes previously identified by informatics analysis of EST databases as markers of head and neck tumors. Thirty-five genes showed statistically significant differences (SNR >= 11.01, p <= 0.001) in the expression between tumor and non-tumor larynx tissue samples. Functional annotation indicated that these genes are involved in cellular processes relevant to the cancer phenotype, such as apoptosis, cell cycle, DNA repair, proteolysis, protease inhibition, signal transduction and transcriptional regulation. Six of the identified transcripts map to intronic regions of protein-coding genes and may comprise non-annotated exons or as yet uncharacterized long ncRNAs with a regulatory role in the gene expression program of larynx tissue. The differential expression of 10 of these genes (ADCY6, AES, AL2SCR3, CRR9, CSTB, DUSP1, MAP3K5, PLAT, UBL1 and ZNF706) was independently confirmed by quantitative real-time RT-PCR. Among these, the CSTB gene product has cysteine protease inhibitor activity that has been associated with an antimetastatic function. Interestingly, CSTB showed a low expression in the tumor samples analyzed (p<0.0001). The set of genes identified here contribute to a better understanding of the molecular basis of larynx cancer, and provide candidate markers for improving diagnosis, prognosis and treatment of this carcinoma.

Cloning, sequencing and expression analysis of the equine hepcidin gene by real-time PCR

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effects of polymorphic microsatellites in the regulatory region of IGF1 and GHR on growth and carcass traits in beef cattle

Growth hormone (GH), insulin-like growth factors 1 and 2 (IGF1 and IGF2) and their associated binding proteins and transmembrane receptors (GHR, IGF1R and IGF2R) play an important role in the physiology of mammalian growth. The objectives of the present study were to estimate the allele and genotype frequencies of microsatellite markers located in the 5'-regulatory region of the IGF1 and GHR genes in beef cattle belonging to different genetic groups and to determine effects of these markers on growth and carcass traits in these animals under an intensive production system. For this purpose, genotyping was performed on 384 bulls including 79 Nellore, 30 Canchim (5/8 Charolais + 3/8 Zebu) and 275 crossbred animals originating from crosses of Simmental (1/2 Simmental, n = 30) and Angus (1/2 Angus, n = 245) sires with Nellore females. The effects of substituting L allele for S allele of GHR microsatellite across Nellore, Canchim and 1/2 Angus were significant for weight gain and body weight (P < 0.05). The IGF1 microsatellite allele substitutions of 229 for 225 within Nellore group and of 225 for 229 within 1/2 Angus were not significant for any of the traits.

Assessment of GH1, CAPN1 and CAST polymorphisms as markers of carcass and meat traits in Bos indicus and Bos taurus-Bos indicus cross beef cattle

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

GH overexpression causes muscle hypertrophy independent from local IGF-I in a zebrafish transgenic model

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Growth factors and glucose homeostasis in diabetic rats: effects of exercise training

To investigate the alterations of glucose homeostasis and variables of the insulin-like growth factor-I (IGF- 1) growth system in sedentary and trained diabetic (TD) rats, Wistar rats were divided into sedentary control (SC), trained control (TC), sedentary diabetic (SD), and TD groups. Diabetes was induced by Alloxan (35 mg kg(-1) b.w.). Training program consisted of swimming 5 days week(-1), 1 h day(-1), during 8 weeks. Rats were sacrificed and blood was collected for determinations of serum glucose, insulin, growth hormone (GH), IGF-1, and IGF binding protein-3(IGFBP-3). Muscle and liver were removed to evaluate glycogen content. Cerebellum was extracted to determinate IGF-1 content. Diabetes decreased serum GH, IGF-1, IGFBP-3, liver glycogen, and cerebellum IGF-1 peptide content in baseline condition. Physical training recovered liver glycogen and increased serum and cerebellum IGF-1 peptide in diabetic rats. Physical training induces important metabolic and hormonal alterations that are associated with an improvement in glucose homeostasis and serum and cerebellum IGF-1 concentrations. Copyright (C) 2009 John Wiley & Sons, Ltd.