Combinatorial solid phase synthesis of multiply substituted 1,4-benzodiazepines and affinity studies on the CCK2 receptor (Part 1)

One hundred sixty-eight multiply substituted 1,4-benzodiazepines have been prepared by a five-step solid-phase combinatorial approach using syn-phase crowns as a solid support and a hydroxymethyl-phenoxy-acetamido linkage (Wang linker). The substituents of the 1,4-benzodiazepine scaffold have been varied in the -3, -5, -7, and 8-positions and the combinatorial library was evaluated in a cholecystokinin (CCK) radioligand binding assay. 3-Alkylated 1,4-benzodiazepines with selectivity towards the CCK-B (CCK2) receptor have been optimized on the lipophilic side chain, the ketone moiety, and the stereochemistry at the 3-position. Various novel 3-alkylated compounds were synthesized and [S]3-propyl-5-phenyl-1,4-benzodiazepin-2-one, [S]NV-A, has shown a CCK-B selective binding at about 180 nM. Fifty-eight compounds of this combinatorial library were purified by preparative TLC and 25 compounds were isolated and fully characterized by TLC, IR, APCI-MS, and 1H/13C-NMR spectroscopy.

GPCRTree:online hierarchical classification of GPCR function

G protein-coupled receptors (GPCRs) play important physiological roles transducing extracellular signals into intracellular responses. Approximately 50% of all marketed drugs target a GPCR. There remains considerable interest in effectively predicting the function of a GPCR from its primary sequence.

The use of site-directed mutagenesis to study GPCRs

G protein coupled receptors (GPCRs) are highly flexible and dynamic proteins, which are able to interact with diverse ligands, effectors, and regulatory proteins. Site-directed mutagenesis (SDM) is a powerful tool for providing insight into how these proteins actually work, both in its own right and when used in conjunction with information provided by other techniques such as crystallography or molecular modelling. Mutagenesis has been used to identify and characterise a myriad of functionally important residues, motifs and domains within the GPCR architecture, and to identify aspects of similarity and differences between the major families of GPCRs. This chapter presents the necessary information for undertaking informative SDM of these proteins. Whilst this is relevant to protein structure/function studies in -general, specific pitfalls and protocols suited to investigating GPCRs in particular will be highlighted.

GPCR-styrene maleic acid lipid particles (GPCR-SMALPs):their nature and potential

G-protein-coupled receptors (GPCRs) form the largest class of membrane proteins and are an important target for therapeutic drugs. These receptors are highly dynamic proteins sampling a range of conformational states in order to fulfil their complex signalling roles. In order to fully understand GPCR signalling mechanisms it is necessary to extract the receptor protein out of the plasma membrane. Historically this has universally required detergents which inadvertently strip away the annulus of lipid in close association with the receptor and disrupt lateral pressure exerted by the bilayer. Detergent-solubilized GPCRs are very unstable which presents a serious hurdle to characterization by biophysical methods. A range of strategies have been developed to ameliorate the detrimental effect of removing the receptor from the membrane including amphipols and reconstitution into nanodics stabilized by membrane scaffolding proteins (MSPs) but they all require exposure to detergent. Poly(styrene-co-maleic acid) (SMA) incorporates into membranes and spontaneously forms nanoscale poly(styrene-co-maleic acid) lipid particles (SMALPs), effectively acting like a 'molecular pastry cutter' to 'solubilize' GPCRs in the complete absence of detergent at any stage and with preservation of the native annular lipid throughout the process. GPCR-SMALPs have similar pharmacological properties to membrane-bound receptor, exhibit enhanced stability compared with detergent-solubilized receptors and being non-proteinaceous in nature, are fully compatible with downstream biophysical analysis of the encapsulated GPCR.

Rôle des récepteurs aux protéines G (GPR55, GPR91 et GPR99) dans la croissance et le guidage axonal au cours du développement du système visuel

Lors de l’attribution du prix Nobel de chimie aux docteurs Robert Leftkowitz et Brian Kobika pour leurs travaux essentiels sur les récepteurs couplés à des protéines G (RCPGs), Sven Lindin, membre du comité Nobel, a affirmé que « jusqu'à la moitié » des médicaments « reposent sur une action ciblant les RCPG ». En raison de leurs rôles importants, leurs mécanismes d'activation et l’action de leurs ligands, les RCPG demeurent les cibles potentielles de la majorité des recherches pour le développement de nouveaux médicaments et de leurs applications cliniques. Dans cette optique, nous avons concentré nos recherches à travers cette thèse pour élucider les rôles, les mécanismes d’action et les effets des ligands de trois RCPG : GPR55; GPR91 et GPR99 au cours du développement des axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). Les résultats de nos études confirment l’expression des récepteurs lors du développement embryonnaire, postnatal et adulte des CGRs ainsi qu’au cours de l’établissement de la voie rétinothalamique. In vitro, la modulation pharmacologique et génétique de l’activité de ces RCPGs réorganise la morphologie du cône de croissance des CGRs, celle des neurones corticaux et elle modifie la croissance axonale globale. De plus, les effets de la stimulation avec des ligands des ces trois RCPGs sur le guidage axonal varient d’aucun effet (GPR91 et GPR99) à la répulsion ou l’attraction (GPR55). La voie de signalisation MAPK-ERK1/2 joue un rôle essentiel dans la médiation des effets des ligands de ces récepteurs avec une implication de la voie de RhoA à hautes concentrations pour l’agoniste endogène de GPR55. In vivo, cette recherche démontre également l’implication de GPR55 dans les processus de sélection des cibles thalamiques et de raffinement au cours du développement du système nerveux visuel.

Rôle des récepteurs aux protéines G (GPR55, GPR91 et GPR99) dans la croissance et le guidage axonal au cours du développement du système visuel.

Lors de l’attribution du prix Nobel de chimie aux docteurs Robert Leftkowitz et Brian Kobika pour leurs travaux essentiels sur les récepteurs couplés à des protéines G (RCPGs), Sven Lindin, membre du comité Nobel, a affirmé que « jusqu'à la moitié » des médicaments « reposent sur une action ciblant les RCPG ». En raison de leurs rôles importants, leurs mécanismes d'activation et l’action de leurs ligands, les RCPG demeurent les cibles potentielles de la majorité des recherches pour le développement de nouveaux médicaments et de leurs applications cliniques. Dans cette optique, nous avons concentré nos recherches à travers cette thèse pour élucider les rôles, les mécanismes d’action et les effets des ligands de trois RCPG : GPR55; GPR91 et GPR99 au cours du développement des axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). Les résultats de nos études confirment l’expression des récepteurs lors du développement embryonnaire, postnatal et adulte des CGRs ainsi qu’au cours de l’établissement de la voie rétinothalamique. In vitro, la modulation pharmacologique et génétique de l’activité de ces RCPGs réorganise la morphologie du cône de croissance des CGRs, celle des neurones corticaux et elle modifie la croissance axonale globale. De plus, les effets de la stimulation avec des ligands des ces trois RCPGs sur le guidage axonal varient d’aucun effet (GPR91 et GPR99) à la répulsion ou l’attraction (GPR55). La voie de signalisation MAPK-ERK1/2 joue un rôle essentiel dans la médiation des effets des ligands de ces récepteurs avec une implication de la voie de RhoA à hautes concentrations pour l’agoniste endogène de GPR55. In vivo, cette recherche démontre également l’implication de GPR55 dans les processus de sélection des cibles thalamiques et de raffinement au cours du développement du système nerveux visuel.

Peroxisome Proliferator-Activated Receptor-γ Coactivator 1-α (PPARGC1A) Genetic Associations with Type 2 Diabetes in Three Ethnicities

Genetic heterogeneity, lifestyle factors, gene-gene or gene-environment interactions are the determinants of T2D which puts Hispanics and populations with African ancestry at higher risk of developing T2D. In this dissertation, the genetic associations of PPARGC1A polymorphisms with T2D and its related phenotypes (metabolic markers) in Haitian Americans (cases=110, controls=116), African Americans (cases=120, controls=124) and Cuban Americans (cases=160, controls=181) of South Florida were explored. Five single nucleotide polymorphisms of gene PPARGC1A were evaluated in each ethnicity for their disease association. In Haitian Americans, rs7656250 (OR= 0.22, pp=0.03) had significant protective association with T2D but had risk association in African Americans for rs7656250 (OR=1.02, p=0.96) and rs4235308 (OR=2.53, p=0.03). We found that in Haitian American females, both rs7656250 (OR=0.23, pp=0.03) had protective association with T2D. In African American females, rs7656250 (OR=1.14, p=0.78) had risk association whereas in males, it had significant protective effect (OR=0.37, p=0.04). However, the risk association exhibited by rs4235308 was stronger in African American females (OR=2.69, p=0.03) than males (OR=1.16, p=0.72). In Cuban Americans, only rs7656250 showed significant risk association with T2D (OR=6.87, p=0.02) which was stronger in females alone (OR=7.67, p=0.01). We also observed significant differences among correlations of PPARGC1A SNPs and T2D phenotypes. Positive correlation was observed for log Hs-CRP with rs3774907 (pp=0.03) in Cuban Americans respectively. Correlation of log A1C with rs7656250 (p=0.02) was positive in Cuban Americans while it was negative for rs3774907 in Haitian Americans (ppPPARGC1A correlations with T2D and its phenotypes among the three ethnicities studied (ii) the associations of PPARGC1A SNPs showed significant effect modification by sex. The findings suggest that variations in effects of PPARGC1A gene polymorphisms among three ethnicities and between sexes may have biomedical implications for the development of T2D as well as the phenotypes related to T2D.

Application of GPCR Structures for Modelling of Free Fatty Acid Receptors

Five G protein-coupled receptors (GPCRs) have been identified to be activated by free fatty acids (FFA). Among them, FFA1 (GPR40) and FFA4 (GPR120) bind long-chain fatty acids, FFA2 (GPR43) and FFA3 (GPR41) bind short-chain fatty acids and GPR84 binds medium-chain fatty acids. Free fatty acid receptors have now emerged as potential targets for the treatment of diabetes, obesity and immune diseases. The recent progress in crystallography of GPCRs has now enabled the elucidation of the structure of FFA1 and provided reliable templates for homology modelling of other FFA receptors. Analysis of the crystal structure and improved homology models, along with mutagenesis data and structure activity, highlighted an unusual arginine charge pairing interaction in FFA1-3 for receptor modulation, distinct structural features for ligand binding to FFA1 and FFA4 and an arginine of the second extracellular loop as a possible anchoring point for FFA at GPR84. Structural data will be helpful for searching novel small molecule modulators at the FFA receptors.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.

Wine phenolics: looking for a smooth mouthfeel

Each grape variety has its own phenolic profile. However, the concentration of the phenolic compounds present in wine mainly dependson winemaking processes. Phenolic compounds influence wine sensorial characteristics namely taste or mouthfeel, bitterness, astringency and color. Humans can perceive six basic tastes: sweet, salty; sour; umami; fat-taste and bitter taste. This last basic taste is considered as a defense mechanism against the ingestion of potential poisons. Some of the genes,encoding G-protein-coupled receptors - TAS2Rs, which translate for these distinct bitter compounds detectors have been identified. Different phenolic compounds activate distinguished combination of TAS2Rs. Astringency in wine is primarily driven by proanthocyanidins, soluble protein-proanthocyanidins complexes which diminish the protective salivary film and bind to the salivary pellicle; insoluble protein-proanthocyanidins complex and proanthocyanidins are rejected against salivary film and trigger astringency sensation via increasing friction. Thus, the aim of this review is to expand the knowledge about the role of wine phenolic compounds in wine sensorial properties, namely in bitterness and astringency phenomenon’s.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.

Analysis of the mouse transcriptome for genes involved in the function of the nervous system

We analyzed the mouse Representative Transcript and Protein Set for molecules involved in brain function. We found full-length cDNAs of many known brain genes and discovered new members of known brain gene families, including Family 3 G-protein coupled receptors, voltage-gated channels, and connexins. We also identified previously unknown candidates for secreted neuroactive molecules. The existence of a large number of unique brain ESTs suggests an additional molecular complexity that remains to be explored. A list of genes containing CAG stretches in the coding region represents a first step in the potential identification of candidates for hereditary neurological disorders.

Etude des propriétés dynamiques de la sécrétion régulée des vésicules glutamatergiques des astrocytes

RESUME GRAND PUBLICLe cerveau est composé de différents types cellulaires, dont les neurones et les astrocytes. Faute de moyens pour les observer, les astrocytes sont très longtemps restés dans l'ombre alors que les neurones, bénéficiant des outils ad hoc pour être stimulés et étudiés, ont fait l'objet de toutes les attentions. Le développement de l'imagerie cellulaire et des outils fluorescents ont permis d'observer ces cellules non électriquement excitables et d'obtenir des informations qui laissent penser que ces cellules sont loin d'être passives et participent activement au fonctionnement cérébral. Cette participation au fonctionnement cérébral se fait en partie par le biais de la libération de substances neuro-actives (appellées gliotransmetteurs) que les astrocytes libèrent à proximité des synapses permettant ainsi de moduler le fonctionnement neuronal. Cette libération de gliotransmetteurs est principalement causée par l'activité neuronale que les astrocytes sont capables de sentir. Néanmoins, nous savons encore peu de chose sur les propriétés précises de la libération des gliotransmetteurs. Comprendre les propriétés spatio-temporelles de cette libération est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. En utilisant des outils fluorescents récemment développés et en combinant différentes techniques d'imagerie cellulaire, nous avons pu obtenir des informations très précises sur la libération de ces gliotransmetteurs par les astrocytes. Nous avons ainsi confirmé que cette libération était un processus très rapide et qu'elle était contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit une organisation complexe de la machinerie supportant la libération des gliotransmetteurs. Cette organisation complexe semble être à la base de la libération extrêmement rapide des gliotransmetteurs. Cette rapidité de libération et cette complexité structurelle semblent indiquer que les astrocytes sont des cellules particulièrement adaptées à une communication rapide et qu'elles peuvent, au même titre que les neurones dont elles seraient les partenaires légitimes, participer à la transmission et à l'intégration de l'information cérébrale.RESUMEDe petites vésicules, les « SLMVs » ou « Synaptic Like MicroVesicles », exprimant des transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs) et libérant du glutamate par exocytose régulée, ont récemment été décrites dans les astrocytes en culture et in situ. Néanmoins, nous savons peu de chose sur les propriétés précises de la sécrétion de ces SLMVs. Contrairement aux neurones, le couplage stimulussécrétion des astrocytes n'est pas basé sur l'ouverture des canaux calciques membranaires mais nécessite l'intervention de seconds messagers et la libération du calcium par le reticulum endoplasmique (RE). Comprendre les propriétés spatio-temporelles de la sécrétion astrocytaire est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. Nous avons utilisé des outils fluorescents récemment développés pour étudier le recyclage des vésicules synaptiques glutamatergiques comme les colorants styryles et la pHluorin afin de pouvoir suivre la sécrétion des SLMVs à l'échelle de la cellule mais également à l'échelle des évènements. L'utilisation combinée de l'épifluorescence et de la fluorescence à onde évanescente nous a permis d'obtenir une résolution temporelle et spatiale sans précédent. Ainsi avons-nous confirmé que la sécrétion régulée des astrocytes était un processus très rapide (de l'ordre de quelques centaines de millisecondes). Nous avons découvert que cette sécrétion est contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit des compartiments cytosoliques délimités par le RE à proximité de la membrane plasmique et contenant les SLMVs. Cette organisation semble être à la base du couplage rapide entre l'activation des GPCRs et la sécrétion. L'existence de compartiments subcellulaires indépendants permettant de contenir les messagers intracellulaires et de limiter leur diffusion semble compenser de manière efficace la nonexcitabilité électrique des astrocytes. Par ailleurs, l'existence des différents pools de vésicules recrutés séquentiellement et fusionnant selon des modalités distinctes ainsi que l'existence de mécanismes permettant le renouvellement de ces pools lors de la stimulation suggèrent que les astrocytes peuvent faire face à une stimulation soutenue de leur sécrétion. Ces données suggèrent que la libération de gliotransmetteurs par exocytose régulée n'est pas seulement une propriété des astrocytes en culture mais bien le résultat d'une forte spécialisation de ces cellules pour la sécrétion. La rapidité de cette sécrétion donne aux astrocytes toutes les compétences pour pouvoir intervenir de manière active dans la transmission et l'intégration de l'information.ABSTRACTRecently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs), that express vesicular glutamate transporters (VGluTs) and are able to release glutamate by Ca2+-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Nevertheless, little is known about the specific properties of regulated secretion in astrocytes. Important differences may exist between astrocytic and neuronal exocytosis, starting from the fact that stimulus-secretion coupling in astrocytes is voltage independent, mediated by G-protein-coupled receptors and the release of Ca2+ from internal stores. Elucidating the spatiotemporal properties of astrocytic exo-endocytosis is, therefore, of primary importance for understanding the mode of communication of these cells and their role in brain signaling. We took advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses like styryl dyes and pHluorin in order to follow exocytosis and endocytosis of SLMVs at the level of the entire cell or at the level of single event. We combined epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate, with unprecedented temporal and spatial resolution, the events underlying the stimulus-secretion in astrocytes. We confirmed that exo-endocytosis process in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale. We discovered that SLMVs exocytosis is controlled by local and fast Ca2+ elevations; indeed submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum (ER) tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs. Such complex organization seems to support the fast stimulus-secretion coupling reported here. Independent subcellular compartments formed by ER, SLMVs and plasma membrane containing intracellular messengers and limiting their diffusion seem to compensate efficiently the non-electrical excitability of astrocytes. Moreover, the existence of two pools of SLMVs which are sequentially recruited suggests a compensatory mechanisms allowing the refill of SLMVs and supporting exocytosis process over a wide range of multiple stimuli. These data suggest that regulated secretion is not only a feature of cultured astrocytes but results from a strong specialization of these cells. The rapidity of secretion demonstrates that astrocytes are able to actively participate in brain information transmission and processing.

Human GnRH deficiency: a unique disease model to unravel the ontogeny of GnRH neurons.

Evolutionary survival of a species is largely a function of its reproductive fitness. In mammals, a sparsely populated and widely dispersed network of hypothalamic neurons, the gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neurons, serve as the pilot light of reproduction via coordinated secretion of GnRH. Since it first description, human GnRH deficiency has been recognized both clinically and genetically as a heterogeneous disease. A spectrum of different reproductive phenotypes comprised of congenital GnRH deficiency with anosmia (Kallmann syndrome), congenital GnRH deficiency with normal olfaction (normosmic idiopathic hypogonadotropic hypogonadism), and adult-onset hypogonadotropic hypogonadism has been described. In the last two decades, several genes and pathways which govern GnRH ontogeny have been discovered by studying humans with GnRH deficiency. More importantly, detailed study of these patients has highlighted the emerging theme of oligogenicity and genotypic synergism, and also expanded the phenotypic diversity with the documentation of reversal of GnRH deficiency later in adulthood in some patients. The underlying genetic defect has also helped understand the associated nonreproductive phenotypes seen in some of these patients. These insights now provide practicing clinicians with targeted genetic diagnostic strategies and also impact on clinical management.