A study of factors regulating the autonomous proliferation of the steroid hormone-induced LJ6195 murine reproductive tract tumor

Neonatal estrogen treatment of BALB/c mice results in the unregulated proliferation of the cervicovaginal epithelium and eventually tumorigenesis. The conversion of the normally estrogen responsive cyclic proliferation of the vaginal epithelium to a continuous estrogen-independent pattern of growth is a complex phenomenon. The aim of this study was to gain an understanding of the mechanism(s) by which steroid hormone administration during a critical period of development alters the cyclic proliferation of vaginal epithelium, ultimately leading to carcinogenesis in the adult animal.^ The LJ6195 murine cervicovaginal tumor was induced by treating newborn female BALB/c mice with 20 $\mu$g 17$\beta$-estradiol plus 100 $\mu$g progesterone for the first 5 days after birth. In contrast to proliferation of the normal vaginal epithelium, proliferation of LJ6195 is not regulated by estradiol. Northern blot analysis of RNA from vaginal tracts of normal mice, neonatal-estrogen treated mice, and LJ6195 indicate that there is an alteration in the expression of several genes such as the estrogen receptor, c-fos, and HER2/neu. In response to neonatal estrogen treatment, the estrogen receptor is down regulated in the murine vaginal tract. Therefore, the estrogen-independent nature of this tissue is established as early as 3 months after treatment. There is strong evidence that the proliferation of LJ6195 is regulated through an autocrine growth pathway. The LJ6195 tumor expresses mRNA for the epidermal growth factor receptor. In addition, conditioned medium from the LJ6195 tumor cell line contains a growth factor(s) with epidermal growth factor-like activity. Conditioned medium from the LJ6195 cell line stimulated the proliferation of the EGF-dependent COMMA D mouse mammary gland cell line in a dose-dependent manner. The addition of an anti-mEGF-antibody to LJ6195 cell cultures significantly decreased growth. These results suggest that the EGF-receptor mediated growth pathway may play a role in regulating the estrogen-independent proliferation of the LJ6195 tumor. ^

{\it In vivo\/} induction of DNA changes in cervicovaginal epithelium by perinatal estrogen exposure

Epidemiological studies have associated estrogens with human neoplasm such as the endometrium, cervix, vagina, breast, and liver. Perinatal exposure to natural (17$\beta$-estradiol (17$\beta$-E$\sb2)\rbrack$ and synthetic (diethylstilbestrol (DES)) estrogens induces neoplastic changes in humans and rodents. Previous studies demonstrated that neonatal 17$\beta$-E$\sb2$ treatment increased the nuclear DNA content of mouse cervicovaginal epithelium that preceded histologically evident neoplasia. In order to determine whether this effect was specific to 17$\beta$-E$\sb2,$ associated with chromosomal changes, and relevant to the human, female BALB/c mice were treated neonatally with either 17$\alpha$-estradiol (17$\alpha$-E$\sb2)$ and 5$\beta$-dihydrotestosterone ($5\beta$-DHT), both inactive steroids in adult reproductive tissue, or 17$\beta$-E$\sb2.$ Ten-day-old mice received pellet implants of 17$\beta$-E$\sb2,$ 17$\alpha$-E$\sb2,$ $5\beta$-DHT, or cholesterol. Seventy-day-old cervicovaginal tracts were examined histologically and flow cytometrically. 17$\beta$-E$\sb2$-treated animals were evaluated by fluorescent in situ hybridization (FISH) using a probe specific for chromosome 1. Trisomy of chromosomes 1, 7, 11, and 17 was evaluated by FISH in cervicovaginal material from 19 DES-exposed and 19 control patients.^ $17\beta$-E$\sb2, 17\alpha$-E$\sb2$, and $5\beta$-DHT-induced dramatic developmental and histological changes in the cervicovaginal tract, including hypospadia, hyperplasia, and persistent cornification. The changes induced by 17$\alpha$-E$\sb2$ were equivalent to 17$\beta$-E$\sb2.$ Neonatal 17$\alpha$-E$\sb2$-induced adenosquamous cervicovaginal tumors at 24 months. 17$\alpha$-E$\sb2$ and $5\beta$-DHT significantly increased the nuclear DNA content over control animals, but at significantly lower levels than 17$\beta$-E$\sb2.$ DNA ploidy changes were highest (80%) in animals treated neonatally and secondarily with 17$\beta$-E$\sb2.$ Secondary 17$\alpha$-E$\sb2$ and $5\beta$-DHT administration, unlike 17$\beta$-E$\sb2,$ didn't significantly increase DNA content. Chromosome 1 trisomy incidence was 66% in neonatal 17$\beta$-E$\sb2$-treated animals. Trisomy was evident in 4 DES-exposed patients: one patient with trisomy of chromosomes 1, 7, and 11; one patient with chromosome 7 trisomy; and two patients with chromosome 1 trisomy. These data demonstrated the biological effects of 17$\alpha$-E$\sb2$ and $5\beta$-DHT were age-dependent, 17$\alpha$-E$\sb2$ was equivalent to 17$\beta$-E$\sb2$ and tumorigenic when administered neonatally, and histological changes were not steroid specific. Chromosomal changes were associated with increased nuclear DNA content and chromosomal changes may be an early event in the development of tumors in human DES-exposed tissues. ^

Expression and hormonal regulation of Muc-1 at the apical surface of mouse uterine epithelial cells and its role in modulating embryo implantation

Previous studies from our lab have established that large molecular weight mucin glycoproteins are major apically-disposed components of mouse uterine epithelial cells in vitro (Valdizan et al., (1992) J. Cell. Physiol. 151:451-465). The present studies demonstrate that Muc-1 represents one of the apically-disposed mucin glycoproteins of mouse uterine epithelia, and that Muc-1 protein and mRNA expression are regulated in the peri-implantation stage mouse uterus by ovarian steroids. Muc-1 expression is high in the proestrous and estrous stages, and decreases during diestrous. Both Muc-1 protein and mRNA levels decline to barely detectable levels by day 4 of pregnancy, i.e., prior to the time of blastocyst attachment. In contrast, Muc-1 expression in the cervix and vagina is maintained during this same period. Delayed implantation was established in pregnant mice by ovariectomy and maintained by administration of exogenous progesterone. Initiation of implantation was triggered by coinjection of progesterone maintained mice with a nidatory dose of 17$\beta$-estradiol. Muc-1 levels in the uterine epithelia of progesterone maintained mice declined to similar low levels as observed on day 4 of normal pregnancy. Coinjection of estradiol did not alter Muc-1 expression suggesting that down-regulation of Muc-1 is a progesterone dominated event. This was confirmed in ovariectomized, non-pregnant mice which displayed stimulation of Muc-1 expression following 6 hr of estradiol injection. Estradiol stimulated Muc-1 expression was inhibited by the pure antiestrogen, ICI 164,384. While progesterone alone had no effect on Muc-1 expression, it antagonized estradiol action in this regard. Injection of pregnant mice with the antiprogestin, RU 486, a known implantation inhibitor, on day 3 of pregnancy restored high level expression of Muc-1 mRNA on day 4, indicating that down-regulation of Muc-1 is progesterone receptor-mediated. Muc-1 appears to function as an anti-adhesive molecule at the apical cell surface of mouse uterine epithelial cells. Treatment of polarized cultures of mouse uterine epithelial cells with O-sialoglycoprotein endopeptidase reduced mucin expression in vitro, by about 50%, and converted polarized uterine epithelia to a functionally receptive state. Similarly, ablation of Muc-1 in Muc-1 null mice resulted in polarized uterine epithelia that were functionally receptive as compared to their wild-type counterparts in vitro. Collectively, these data indicate that Muc-1 and other mucins function as anti-adhesive molecules and that reduction or removal of these molecules is a prerequisite for the generation of a receptive uterine state. ^

THE ESTROGENIC PROPERTIES OF O,P'-DDT

o,p'-DDT is a major component of the pesticide DDT (dichlorodiphenyltrichloro ethane, technical grade). Although possessing little insecticidal ability, the o,p'- isomer has two major biological activities which affect mammalian reproductive systems: it is estrogenic, and it induces hepatic mixed function oxidase enzymes. The focus of this work is the characterization of the estrogenic properties of o,p'-DDT in rodents.^ Initial studies examined the ability of o,p'-DDT to bind to and interact with elements of the estrogen receptor system. In an in vitro assay, DDT was shown to compete with 17(beta)-estradiol (E(,2)) for binding to cytoplasmic estrogen receptors (R(,c)) from normal and neoplastic tissues in two rodent species. The following phenomena were studied by measuring receptor levels from uteri (whole uteri and/or uterine cell types) taken from immature ovariectomized rats given one acute injection of o,p'-DDT or E(,2): the translocation of the R(,c) to the nucleus, nuclear receptor (R(,n)) retention patterns, and the subsequent reappearance of R(,c) in the cytoplasm.^ The magnitude and temporal patterns of the biological responses of uteri from similar immature rats were compared following o,p'-DDT and E(,2) exposure. The responses examined included increased "Induced Protein" synthesis (in vitro); and uterine wet weight, DNA synthesis and mitosis (in vivo).^ From dose-response data, correlations were made between R(,n) levels and levels of subsequent biological responses. The aim was to lend support to the premise that biological responses to o,p'-DDT exposure occur as a result of its interaction with the classical estrogen receptor system. Correlation coefficients of 0.95 to 0.98 were obtained between R(,n) levels and levels of responses examined, strongly supporting this hypothesis.^ Finally, o,p'-DDT was shown to be as effective as E(,2) in supporting the growth of a transplantable estrogen-responsive mammary tumor in adult rats (although it was unable to support the growth of a transplantable estrogen-dependent renal tumor in hamsters). While the positive result cannot be directly extrapolated to human or animal exposure to environmental estrogens, it suggests that hyperplastic responses of estrogen sensitive tissues should be considered as a possible toxicity of o,p'-DDT, related compounds having estrogenic properties, and other environmental estrogens. ^

An estrogen receptor pathway regulates the telogen-anagen hair follicle transition and influences epidermal cell proliferation.

The hair follicle is a cyclic, self renewing epidermal structure which is thought to be controlled by signals from the dermal papilla, a specialized cluster of mesenchymal cells within the dermis. Topical treatments with 17-beta-estradiol to the clipped dorsal skin of mice arrested hair follicles in telogen and produced a profound and prolonged inhibition of hair growth while treatment with the biologically inactive stereoisomer, 17-alpha-estradiol, did not inhibit hair growth. Topical treatments with ICI 182,780, a pure estrogen receptor antagonist, caused the hair follicles to exit telogen and enter anagen, thereby initiating hair growth. Immunohistochemical staining for the estrogen receptor in skin revealed intense and specific staining of the nuclei of the cells of the dermal papilla. The expression of the estrogen receptor in the dermal papilla was hair cycle-dependent with the highest levels of expression associated with the telogen follicle. 17-beta-Estradiol-treated epidermis demonstrated a similar number of 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdUrd) S-phase cells as the control epidermis above telogen follicles; however, the number of BrdUrd S-phase basal cells in the control epidermis varied according to the phase of the cycle of the underlying hair follicles and ranged from 2.6% above telogen follicles to 7.0% above early anagen follicles. These findings indicate an estrogen receptor pathway within the dermal papilla regulates the telogen-anagen follicle transition and suggest that diffusible factors associated with the anagen follicle influence cell proliferation in the epidermis.

Human prostate tumor growth in athymic mice: inhibition by androgens and stimulation by finasteride.

When the human prostate cancer cell line, LNCaP 104-S, the growth of which is stimulated by physiological levels of androgen, is cultured in androgen-depleted medium for > 100 passages, the cells, now called LNCaP 104-R2, are proliferatively repressed by low concentrations of androgens. LNCaP 104-R2 cells formed tumors in castrated male athymic nude mice. Testosterone propionate (TP) treatment prevented LNCaP 104-R2 tumor growth and caused regression of established tumors in these mice. Such a tumor-suppressive effect was not observed with tumors derived from LNCaP 104-S cells or androgen receptor-negative human prostate cancer PC-3 cells. 5 alpha-Dihydrotestosterone, but not 5 beta-dihydrotestosterone, 17 beta-estradiol, or medroxyprogesterone acetate, also inhibited LNCaP 104-R2 tumor growth. Removal of TP or implantation of finasteride, a 5 alpha-reductase inhibitor, in nude mice bearing TP implants resulted in the regrowth of LNCaP 104-R2 tumors. Within 1 week after TP implantation, LNCaP 104-R2 tumors exhibited massive necrosis with severe hemorrhage. Three weeks later, these tumors showed fibrosis with infiltration of chronic inflammatory cells and scattered carcinoma cells exhibiting degeneration. TP treatment of mice with LNCaP 104-R2 tumors reduced tumor androgen receptor and c-myc mRNA levels but increased prostate-specific antigen in serum- and prostate-specific antigen mRNA in tumors. Although androgen ablation has been the standard treatment for metastatic prostate cancer for > 50 years, our study shows that androgen supplementation therapy may be beneficial for treatment of certain types of human prostate cancer and that the use of 5 alpha-reductase inhibitors, such as finasteride or anti-androgens, in the general treatment of metastatic prostate cancer may require careful assessment.

Estrogen reduces atherosclerotic lesion development in apolipoprotein E-deficient mice.

We have studied the effects of endogenous and exogenous estrogen on atherosclerotic lesions in apolipoprotein E-deficient mice. Female mice ovariectomized (OVX) at weaning displayed increases (P < 0.01) in fatty streak lesions in the proximal aorta and aortic sinus compared with female mice with intact ovarian function. These differences between the OVX and sham controls were apparent in both chow- and "Western-type" diet-fed mice. Moreover, increases in lesion size following OVX occurred without changes in plasma cholesterol. Hormone replacement with subdermal 17-beta-estradiol pellets releasing either 6, 14, or 28 micrograms/day significantly decreased (P < 0.001) atherosclerotic lesion area in both male and OVX female mice. In contrast, neither 17-alpha-estradiol (28 micrograms/day) or tamoxifen (85 micrograms/day) affected lesion progression in OVX female mice. In the Western diet-fed group, exogenous estradiol markedly reduced plasma cholesterol and triglycerides, whereas, in animals fed the chow diet, exogenous estrogen and tamoxifen treatment only decreased plasma and very low density lipoprotein triglycerides. However, lesion area was only weakly correlated with plasma cholesterol and triglycerides, 0.35 and 0.44 tau values, respectively (P < 0.01). In summary, in the apolipoprotein E-deficient mouse 17-beta-estradiol protects against atherosclerotic lesion formation, and this can only be partially explained through effects on plasma lipoprotein levels.

Ligand-dependent, transcriptionally productive association of the amino- and carboxyl-terminal regions of a steroid hormone nuclear receptor.

The estrogen receptor (ER), a 66-kDa protein that mediates the actions of estrogens in estrogen-responsive tissues, is a member of a large superfamily of nuclear hormone receptors that function as ligand-activated transcription factors. ER shares a conserved structural and functional organization with other members of this superfamily, including two transcriptional activation functions (AFs), one located in its amino-terminal region (AF-1) and the second located in its carboxyl-terminal, ligand-binding region (AF-2). In most promoter contexts, synergism between AF-1 and AF-2 is required for full ER activity. In these studies, we demonstrate a functional interaction of the two AF-containing regions of ER, when expressed as separate polypeptides in mammalian cells, in response to 17 beta-estradiol (E2) and antiestrogen binding. The interaction was transcriptionally productive only in response to E2, and was eliminated by point or deletion mutations that destroy AF-1 or AF-2 activity or E2 binding. Our results suggest a definitive mechanistic role for E2 in the activity of ER--namely, to alter receptor conformation to promote an association of the amino- and carboxyl-terminal regions, leading to transcriptional synergism between AF-1 and AF-2. The productive re assembly of two portions of ER expressed in cells as separate polypeptides demonstrates the evolutionarily conserved modular structural and functional organization of the nuclear hormone receptors. The ligand-dependent interaction of the two AF-containing regions of ER allows for the assembly of a complete activation function from two distinct regions within the same protein, providing a mechanism for hormonally regulated transcription.

Cannabinoid ligand-receptor signaling in the mouse uterus.

Using RNA (Northern) blot hybridization and reverse transcription-PCR, we demonstrate that the brain-type cannabinoid receptor (CB1-R) mRNA, but not the spleen-type cannabinoid receptor (CB2-R) mRNA, is expressed in the mouse uterus and that this organ has the capacity to synthesize the putative endogenous cannabinoid ligand, anandamide (arachidonylethanolamide). The psychoactive cannabinoid component of marijuana--delta 9-tetrahydrocannabinol (THC)--or anandamide, but not the inactive and nonpsychoactive cannabidiol (CBD), inhibited forskolin-stimulated cyclic AMP formation in the mouse uterus, which was prevented by pertussis toxin pretreatment. These results suggest that uterine CB1-R is coupled to inhibitory guanine nucleotide-binding protein and is biologically active. Autoradiographic studies identified ligand binding sites ([3H]anandamide) in the uterine epithelium and stromal cells, suggesting that these cells are perhaps the targets for cannabinoid action. Scatchard analysis of the binding of [3H]WIN 55212-2, another cannabinoid receptor ligand, showed a single class of high-affinity binding sites in the endometrium with an apparent Kd of 2.4 nM and Bmax of 5.4 x 10(9) molecules per mg of protein. The gene encoding lactoferrin is an estrogen-responsive gene in the mouse uterus that was rapidly and transiently up-regulated by THC, but not by CBD, in ovariectomized mice in the absence of ovarian steroids. This effect, unlike that of 17 beta-estradiol (E2), was not influenced by a pure antiestrogen, ICI 182780, suggesting that the THC-induced uterine lactoferrin gene expression does not involve estrogen receptors. We propose that the uterus is a new target for cannabinoid ligand-receptor signaling.

La riproduzione nei rettili: nuove prospettive e sviluppi futuri

L’allevamento in cattività dei rettili è in costante crescita negli ultimi anni e richiede conoscenze mediche sempre più specialistiche per far fronte ai numerosi problemi legati a questi animali. Il corretto approccio medico prevede una profonda conoscenza delle specie prese in esame dal momento che la maggior parte delle problematiche riproduttive di questi animali sono legate ad una non corretta gestione dei riproduttori. L’apparato riproduttore dei rettili è estremamente vario a seconda delle specie prese in considerazione. Sauri ed ofidi possiedono due organi copulatori denominati emipeni e posizionati alla base della coda caudalmente alla cloaca che vengono estroflessi alternativamente durante l’accoppiamento per veicolare lo spera all’interno della cloaca della femmina. In questi animali il segmento posteriore renale è chiamato segmento sessuale, perché contribuisce alla formazione del fluido seminale. Tale porzione, durante la stagione dell’accoppiamento, diventa più voluminosa e cambia drasticamente colore, tanto che può essere confusa con una manifestazione patologica. I cheloni al contrario possiedono un unico pene che non viene coinvolto nella minzione. In questi animali. I testicoli sono due e sono situati all’interno della cavità celomatica in posizione cranioventrale rispetto ai reni. I testicoli possono variare notevolmente sia come forma che come dimensione a seconda del periodo dell’anno. Il ciclo estrale dei rettili è regolato, come pure nei mammiferi, dagli ormoni steroidei. La variazione di questi ormoni a livello ematico è stata studiato da diversi autori con il risultato di aver dimostrato come la variazione dei dosaggi degli stessi determini l’alternanza delle varie fasi del ciclo riproduttivo. La relazione tra presenza di uova (anche placentari) ed alti livelli di progesterone suggerisce che questo ormone gioca un ruolo importante nelle riproduzione delle specie ovipare per esempio stimolando la vascolarizzazione degli ovidutti durante i tre mesi in cui si ha lo sviluppo delle uova. Il 17-beta estradiolo è stato descritto come un ormone vitellogenico grazie alla sua capacità di promuovere lo sviluppo dei follicoli e la formazione di strati protettivi dell’uovo. L’aumento del livello di estradiolo osservato esclusivamente nelle femmine in fase vitellogenica è direttamente responsabile della mobilizzazione delle riserve materne in questa fase del ciclo. Va sottolineato come il progesterone sia in effetti un antagonista dell’estradiolo, riducendo la vitellogenesi e intensificando gli scambi materno fetali a livello di ovidutto. Le prostaglandine (PG) costituiscono un gruppo di molecole di origine lipidica biologicamente attive, sintetizzate sotto varie forme chimiche. Sono noti numerosi gruppi di prostaglandine ed è risputo che pesci, anfibi, rettili e mammiferi sintetizzano una o più prostaglandine partendo da acidi grassi precursori. Queste sostanze anche nei rettili agiscono sulla mucosa dell’utero aumentandone le contrazioni e sui corpi lutei determinandone la lisi. La maturità sessuale dei rettili, dipende principalmente dalla taglia piuttosto che dall’età effettiva dell’animale. In cattività, l’alimentazione e le cure dell’allevatore, possono giocare un ruolo fondamentale nel raggiungimento della taglia necessaria all’animale per maturare sessualmente. Spesso, un animale d’allevamento raggiunge prima la maturità sessuale rispetto ai suoi simili in natura. La maggior parte dei rettili sono ovipari, ovvero depongono uova con guscio sulla sabbia o in nidi creati appositamente. La condizione di ovoviviparità è riscontrabile in alcuni rettili. Le uova, in questo caso, vengono ritenute all’interno del corpo, fino alla nascita della progenie. Questa può essere considerata una strategia evolutiva di alcuni animali, che in condizioni climatiche favorevoli effettuano l’ovo deposizione, ma se il clima non lo permette, ritengono le uova fino alla nascita della prole. Alcuni serpenti e lucertole sono vivipari, ciò significa che l’embrione si sviluppa all’interno del corpo dell’animale e che è presente una placenta. I piccoli fuoriescono dal corpo dell’animale vivi e reattivi. La partenogenesi è una modalità di riproduzione asessuata, in cui si ha lo sviluppo dell’uovo senza che sia avvenuta la fecondazione. Trenta specie di lucertole e alcuni serpenti possono riprodursi con questo metodo. Cnemidophorus uniparens, C. velox e C. teselatus alternano la partenogenesi a una riproduzione sessuata, a seconda della disponibilità del maschio. La maggior parte dei rettili non mostra alcuna cura materna per le uova o per i piccoli che vengono abbandonati al momento della nascita. Esistono tuttavia eccezioni a questa regola generale infatti alcune specie di pitoni covano le uova fino al momento della schiusa proteggendole dai predatori e garantendo la giusta temperatura e umidità. Comportamenti di guardia al nido sono poi stati documentati in numerosi rettili, sia cheloni che sauri che ofidi. Nella maggior parte delle tartarughe, la riproduzione è legata alla stagione. Condizioni favorevoli, possono essere la stagione primaverile nelle zone temperate o la stagione umida nelle aree tropicali. In cattività, per riprodurre queste condizioni, è necessario fornire, dopo un periodo di ibernazione, un aumento del fotoperiodo e della temperatura. L’ atteggiamento del maschio durante il corteggiamento è di notevole aggressività, sia nei confronti degli altri maschi, con i quali combatte copiosamente, colpendoli con la corazza e cercando di rovesciare sul dorso l’avversario, sia nei confronti della femmina. Infatti prima della copulazione, il maschio insegue la femmina, la sperona, la morde alla testa e alle zampe e infine la immobilizza contro un ostacolo. Il comportamento durante la gravidanza è facilmente riconoscibile. La femmina tende ad essere molto agitata, è aggressiva nei confronti delle altre femmine e inizia a scavare buche due settimane prima della deposizione. La femmina gravida costruisce il nido in diverse ore. Scava, con gli arti anteriori, buche nel terreno e vi depone le uova, ricoprendole di terriccio e foglie con gli arti posteriori. A volte, le tartarughe possono trattenere le uova, arrestando lo sviluppo embrionale della prole per anni quando non trovano le condizioni adatte a nidificare. Lo sperma, inoltre, può essere immagazzinato nell’ovidotto fino a sei anni, quindi la deposizione di uova fertilizzate può verificarsi senza che sia avvenuto l’accoppiamento durante quel ciclo riproduttivo. I comportamenti riproduttivi di tutte le specie di lucertole dipendono principalmente dalla variazione stagionale, correlata al cambiamento di temperatura e del fotoperiodo. Per questo, se si vuole far riprodurre questi animali in cattività, è necessario valutare per ogni specie una temperatura e un’illuminazione adeguata. Durante il periodo riproduttivo, un atteggiamento caratteristico di diverse specie di lucertole è quello di riprodurre particolari danze e movimenti ritmici della testa. In alcune specie, possiamo notare il gesto di estendere e retrarre il gozzo per mettere in evidenza la sua brillante colorazione e richiamare l’attenzione della femmina. L’aggressività dei maschi, durante la stagione dell’accoppiamento, è molto evidente, in alcuni casi però, anche le femmine tendono ad essere aggressive nei confronti delle altre femmine, specialmente durante l’ovo deposizione. La fertilizzazione è interna e durante la copulazione, gli spermatozoi sono depositati nella porzione anteriore della cloaca femminile, si spostano successivamente verso l’alto, dirigendosi nell’ovidotto, in circa 24-48 ore; qui, fertilizzano le uova che sono rilasciate nell’ovidotto dall’ovario. Negli ofidi il corteggiamento è molto importante e i comportamenti durante questa fase possono essere diversi da specie a specie. I feromoni specie specifici giocano un ruolo fondamentale nell’attrazione del partner, in particolar modo in colubridi e crotalidi. La femmina di queste specie emette una traccia odorifera, percepita e seguita dal maschio. Prima dell’accoppiamento, inoltre, il maschio si avvicina alla femmina e con la sua lingua bifida o con il mento, ne percorre tutto il corpo per captare i feromoni. Dopo tale comportamento, avviene la copulazione vera e propria con la apposizione delle cloache; gli emipeni vengono utilizzati alternativamente e volontariamente dal maschio. Durante l’ovulazione, il serpente aumenterà di volume nella sua metà posteriore e contrazioni muscolari favoriranno lo spostamento delle uova negli ovidotti. In generale, se l’animale è oviparo, avverrà una muta precedente alla ovo deposizione, che avviene prevalentemente di notte. Gli spermatozoi dei rettili sono morfologicamente simili a quelli di forme superiori di invertebrati. La fecondazione delle uova, da parte di spermatozoi immagazzinati nel tratto riproduttivo femminile, è solitamente possibile anche dopo mesi o perfino anni dall’accoppiamento. La ritenzione dei gameti maschili vitali è detta amphigonia retardata e si ritiene che questa caratteristica offra molti benefici per la sopravvivenza delle specie essendo un adattamento molto utile alle condizioni ambientali quando c’è una relativa scarsità di maschi conspecifici disponibili. Nell’allevamento dei rettili in cattività un accurato monitoraggio dei riproduttori presenta una duplice importanza. Permette di sopperire ad eventuali errori di management nel caso di mancata fertilizzazione e inoltre permette di capire quale sia il grado di sviluppo del prodotto del concepimento e quindi di stabilire quale sia il giorno previsto per la deposizione. Le moderne tecniche di monitoraggio e l’esperienza acquisita in questi ultimi anni permettono inoltre di valutare in modo preciso lo sviluppo follicolare e quindi di stabilire quale sia il periodo migliore per l’accoppiamento. Il dimorfismo sessuale nei serpenti è raro e anche quando presente è poco evidente. Solitamente nei maschi, la coda risulta essere più larga rispetto a quella della femmina in quanto nel segmento post-cloacale vi sono alloggiati gli emipeni. Il maschio inoltre, è generalmente più piccolo della femmina a parità di età. Molti cheloni sono sessualmente dimorfici sebbene i caratteri sessuali secondari siano poco apprezzabili nei soggetti giovani e diventino più evidenti dopo la pubertà. In alcune specie si deve aspettare per più di 10 anni prima che il dimorfismo sia evidente. Le tartarughe di sesso maschile tendono ad avere un pene di grosse dimensioni che può essere estroflesso in caso di situazioni particolarmente stressanti. I maschi sessualmente maturi di molte specie di tartarughe inoltre tendono ad avere una coda più lunga e più spessa rispetto alle femmine di pari dimensioni e la distanza tra il margine caudale del piastrone e l’apertura cloacale è maggiore rispetto alle femmine. Sebbene la determinazione del sesso sia spesso difficile nei soggetti giovani molti sauri adulti hanno dimorfismo sessuale evidente. Nonostante tutto comunque anche tra i sauri esistono molte specie come per esempio Tiliqua scincoides, Tiliqua intermedia, Gerrhosaurus major e Pogona vitticeps che anche in età adulta non mostrano alcun carattere sessuale secondario evidente rendendone molto difficile il riconoscimento del sesso. Per garantire un riconoscimento del sesso degli animali sono state messe a punto diverse tecniche di sessaggio che variano a seconda della specie presa in esame. L’eversione manuale degli emipeni è la più comune metodica utilizzata per il sessaggio dei giovani ofidi ed in particolare dei colubridi. I limiti di questa tecnica sono legati al fatto che può essere considerata attendibile al 100% solo nel caso di maschi riconosciuti positivi. L’eversione idrostatica degli emipeni esattamente come l’eversione manuale degli emipeni si basa sull’estroflessione di questi organi dalla base della coda, pertanto può essere utilizzata solo negli ofidi e in alcuni sauri. La procedura prevede l’iniezione di fluido sterile (preferibilmente soluzione salina isotonica) nella coda caudalmente all’eventuale posizione degli emipeni. Questa tecnica deve essere eseguita solo in casi eccezionali in quanto non è scevra da rischi. L’utilizzo di sonde cloacali è il principale metodo di sessaggio per gli ofidi adulti e per i sauri di grosse dimensioni. Per questa metodica si utilizzano sonde metalliche dello spessore adeguato al paziente e con punta smussa. Nei soggetti di genere maschile la sonda penetra agevolmente al contrario di quello che accade nelle femmine. Anche gli esami radiografici possono rendersi utili per il sessaggio di alcune specie di Varani (Varanus achanturus, V. komodoensis, V. olivaceus, V. gouldi, V. salvadorii ecc.) in quanto questi animali possiedono zone di mineralizzazione dei tessuti molli (“hemibacula”) che possono essere facilmente individuate nei maschi. Diversi studi riportano come il rapporto tra estradiolo e androgeni nel plasma o nel liquido amniotico sia un possibile metodo per identificare il genere sessuale delle tartarughe. Per effettuare il dosaggio ormonale, è necessario prelevare un campione di sangue di almeno 1 ml ad animale aspetto che rende praticamente impossibile utilizzare questo metodo di sessaggio nelle tartarughe molto piccole e nei neonati. L’ecografia, volta al ritrovamento degli emipeni, sembra essere un metodo molto preciso, per la determinazione del sesso nei serpenti. Uno studio compiuto presso il dipartimento di Scienze Medico Veterinarie dell’Università di Parma, ha dimostrato come questo metodo abbia una sensibilità, una specificità e un valore predittivo positivo e negativo pari al 100%. La radiografia con mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata possono essere utilizzate nel sessaggio dei sauri, con buoni risultati. Uno studio, compiuto dal dipartimento di Scienze Medico Veterinarie, dell’Università di Parma, ha voluto mettere a confronto diverse tecniche di sessaggio nei sauri, tra cui l’ecografia, la radiografia con e senza mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata con e senza mezzo di contrasto. I risultati ottenuti, hanno dimostrato come l’ecografia non sia il mezzo più affidabile per il riconoscimento degli emipeni e quindi del sesso dell’animale, mentre la radiografia e la tomografia computerizza con mezzo di contrasto siano tecniche affidabili e accurate in queste specie. Un metodo valido e facilmente realizzabile per il sessaggio dei cheloni anche prepuberi è la cistoscopia. In un recente studio la cistoscopia è stata effettuata su quindici cheloni deceduti e venticinque cheloni vivi, anestetizzati. In generale, questo metodo si è dimostrato non invasivo per le tartarughe, facilmente ripetibile in diversi tipi di tartarughe e di breve durata. Tra le principali patologie riproduttive dei rettili le distocie sono sicuramente quelle che presentano una maggior frequenza. Quando si parla di distocia nei rettili, si intendono tutte quelle situazioni in cui si ha una mancata espulsione e deposizione del prodotto del concepimento entro tempi fisiologici. Questa patologia è complessa e può dipendere da diverse cause. Inoltre può sfociare in malattie sistemiche a volte molto severe. Le distocie possono essere classificate in ostruttive e non ostruttive in base alle cause. Si parla di distocia ostruttiva quando si verificano delle condizioni per cui viene impedito il corretto passaggio delle uova lungo il tratto riproduttivo (Fig.13). Le cause possono dipendere dalla madre o dalle caratteristiche delle uova. Nel caso di distocia non ostruttiva le uova rinvenute sono solitamente di dimensioni normali e la conformazione anatomica della madre è fisiologica. L’eziologia è da ricercare in difetti comportamentali, ambientali e patologici. Non esistono sintomi specifici e patognomonici di distocia. La malattia diviene evidente e conclamata solamente in presenza di complicazioni. Gli approcci terapeutici possibili sono vari a seconda della specie animale e della situazione. Fornire un’area adeguata per la nidiata: se la distocia non è ostruttiva si può cercare di incoraggiare l’animale a deporre autonomamente le uova creando un idoneo luogo di deposizione. Il trattamento medico prevede la stimolazione della deposizione delle uova ritenute mediante l’induzione con ossitocina. L’ossitocina viene somministrata alle dosi di 1/3 UI/kg per via intramuscolare. Uno studio condotto presso l’Università veterinaria di Parma ha comparato le somministrazioni di ossitocina per via intramuscolare e per via intravenosa, confrontando le tempistiche con le quali incominciano le contrazioni e avviene la completa ovodeposizione e dimostrando come per via intravenosa sia possibile somministrare dosi più basse rispetto a quelle riportate solitamente in letteratura ottenendo comunque un ottimo risultato. Nel caso in cui il trattamento farmacologico dovesse fallire o non fosse attuabile, oppure in casi di distocia ostruttiva è possibile ricorrere alla chirurgia. Per stasi follicolare si intende la incapacità di produrre sufficiente quantità di progesterone da corpi lutei perfettamente funzionanti. Come per la distocia, l’eziologia della stasi follicolare è variegata e molto ampia: le cause possono essere sia ambientali che patologiche. La diagnosi clinica viene fatta essenzialmente per esclusione. Come per la distocia, anche in questo caso l’anamnesi e la raccolta del maggior quantitativo di informazioni è fondamentale per indirizzarsi verso il riconoscimento della patologia. Per prolasso si intende la fuoriuscita di un organo attraverso un orifizio del corpo. Nei rettili, diversi organi possono prolassare attraverso la cloaca: la porzione terminale dell’apparato gastroenterico, la vescica urinaria, il pene nel maschio (cheloni) e gli ovidutti nella femmina. In sauri e ofidi gli emipeni possono prolassare dalle rispettive tasche in seguito ad eccesiva attività sessuale97. La corretta identificazione del viscere prolassato è estremamente importante e deve essere effettuata prima di decidere qualsiasi tipologia di trattamento ed intervento. Nei casi acuti e non complicati è possibile la riduzione manuale dell’organo, dopo un accurato lavaggio e attenta pulizia. Se questo non dovesse essere possibile, l’utilizzo di lubrificanti e pomate antibiotiche garantisce all’organo una protezione efficiente. Nel caso in cui non si sia potuto intervenire celermente e l’organo sia andato incontro a infezione e congestione venosa prolungata con conseguente necrosi, l’unica soluzione è l’amputazione

The role of redox signaling in the molecular mechanism of tamoxifen resistance in breast cancer.

The emergence of tamoxifen or aromatase inhibitor resistance is a major problem in the treatment of breast cancer. The molecular signaling mechanism of antiestrogen resistance is not clear. Understanding the mechanisms by which resistance to these agents arise could have major clinical implications for preventing or circumventing it. Therefore, in this dissertation we have investigated the molecular mechanisms underlying antiestrogen resistance by studying the contributions of reactive oxygen species (ROS)-induced redox signaling pathways in antiestrogen resistant breast cancer cells. Our hypothesis is that the conversion of breast tumors to a tamoxifen-resistant phenotype is associated with a progressive shift towards a pro-oxidant environment of cells as a result of oxidative stress. The hypothesis of this dissertation was tested in an in vitro 2-D cell culture model employing state of the art biochemical and molecular techniques, including gene overexpression, immunoprecipitation, Western blotting, confocal imaging, ChIP, Real-Time RT-PCR, and anchorage-independent cell growth assays. We observed that tamoxifen (TAM) acts like both an oxidant and an antioxidant. Exposure of tamoxifen resistant LCC2 cell to TAM or 17 beta-estradiol (E2) induced the formation of reactive oxidant species (ROS). The formation of E2-induced ROS was inhibited by co-treatment with TAM, similar to cells pretreated with antioxidants. In LCC2 cells, treatments with either E2 or TAM were capable of inducing cell proliferation which was then inhibited by biological and chemical antioxidants. Exposure of LCC2 cells to tamoxifen resulted in a decrease in p27 expression. The LCC2 cells exposed to TAM showed an increase in p27 phosphorylation on T157 and T187. Conversely, antioxidant treatment showed an increase in p27 expression and a decrease in p27 phosphorylation on T157 and T187 in TAM exposed cells which were similar to the effects of Fulvestrant. In line with previous studies, we showed an increase in the binding of cyclin E-Cdk2 and in the level of p27 in TAM exposed cells that overexpressed biological antioxidants. Together these findings highly suggest that lowering the oxidant state of antiestrogen resistant LCC2 cells, increases LCC2 susceptibility to tamoxifen via the cyclin dependent kinase inhibitor p27.

Étude de l'influence du variant d'histone H2A.Z sur l'organisation des nucléosomes aux enhancers liés par le récepteur alpha de l'oestrogène

L'identité et la réactivité cellulaires sont établies, maintenues et modulées grâce à l'orchestration de programmes transcriptionnels spécifiques. Les éléments régulateurs, des régions particulières de la chromatine responsables de l'activation ou de la répression des gènes, sont au coeur de cette opération. Ces dernières années, de nombreuses études ont révélé le rôle central des « enhancers » dans ce processus. En effet, des centaines de milliers « enhancers » seraient éparpillés dans le génome humain, majoritairement dans sa portion non-codante, et contrairement au promoteur, leur activation varierait selon le type ou l'état cellulaire ou en réponse à une stimulation physiologique, pathologique ou environnementale. Les « enhancers » sont, en quelque sorte, des carrefours où transitent une multitude de protéines régulées par les signaux intra- et extra-cellulaires et un dialogue s'établit entre ces diverses protéines et la chromatine. L'identification des « enhancers ainsi qu'une compréhension de leur mode de fonctionnement sont donc cruciales, tant au plan fondamental que clinique. La chromatine joue un rôle indéniable dans l'activité des éléments régulateurs, tant par sa composition que par sa structure, en régulant, entre autres, l'accessibilité de l'ADN. En effet, l'ADN des régions régulatrices est bien souvent masqué par un nucléosome occlusif, lequel doit être déplacé ou évincé afin de permettre la liaison des protéines régulatrices, notamment les facteurs de transcription (FTs). Toutefois, la contribution de la composition de la chromatine à ce processus reste incomprise. Le variant d'histone H2A.Z a été identifié comme une composante de la chromatine aux régions accessibles, dont des « enhancers » potentiels. Toutefois son rôle y est inconnu, bien que des études récentes suggèrent qu'il pourrait jouer un rôle important dans la structure de la chromatine à ces régions. Par ailleurs, un lien étroit existe entre H2A.Z et la voie de signalisation des oestrogènes (notamment la 17-[beta]-estradiol (E2)). Ainsi, H2A.Z est essentiel à l'expression de plusieurs gènes cibles de l'E2. Les effets de l'E2 sont en partie exercés par un FT, le récepteur alpha des oestrogènes (ER[alpha]), lequel se lie à l'ADN suite à son activation, et ce majoritairement à des « enhancers », et permet l'établissement d'un programme transcriptionnel spécifique. Cette thèse vise à définir le rôle d'H2A.Z aux « enhancers », et plus particulièrement son influence sur l'organisation des nucléosomes aux « enhancers » liés par ER[alpha]. D'abord, mes travaux effectués à l'échelle du génome ont démontré qu'H2A.Z n'est présent qu'à certains ER[alpha]-« enhancers » actifs. Cette particularité a fait en sorte que nous avons pu comparer directement les « enhancers » actifs occupés par H2A.Z à ceux non-occupés, afin de mettre en évidence sa relation à l'environnement chromatinien. Étonnamment, il est apparu qu'H2A.Z n'introduit pas une organisation unique ou particulière des nucléosomes aux « enhancers ». Par ailleurs, nos résultats montrent qu'H2A.Z joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des « enhancers ». En effet, nous avons observé que suite à leur activation par l'E2, les « enhancers » occupés par H2A.Z recrutent l'ARN polymérase II (ARNPII) et produisent un transcrit. Ils recrutent également RAD21, une composante du complexe cohésine impliqué, entre autres, dans des interactions chromosomiques entre « enhancers » et promoteurs. De façon intéressante, nous avons mis en évidence que ces trois évènements, connus pour leur importance dans l'activité des « enhancers », sont dépendants d'H2A.Z. Ainsi, la présence d'H2A.Z à l' « enhancer » pourrait permettre un environnement chromatinien favorable à trois aspects clés de l'activité des « enhancers » : la présence de l'ARNPII, la transcription et la formation d'une boucle d'interaction, et par la suite, de par la proximité « enhancer »-promoteur ainsi créée, augmenter la concentration d'ARNPII à proximité du promoteur favorisant l'expression du gène cible. Un tel rôle central d'H2A.Z dans l'activité d' « enhancers » spécifiques pourrait participer à un mécanisme épigénétique ciblé de la régulation de l'expression des gènes.

Fluorine-18-labeled estrogens, progestins and corticosteroids for receptor-based imaging of breast tumors and target areas of the brain

Estrogens can be labeled with the positron-emitting radionuclide fluorine-18 (t$\sb{1/2}$ = 110 min) by fluoride ion (n-Bu$\sb4$N$\sp{18}$F) displacement of a 16$\beta$-trifluoromethanesulfonate (triflate) derivative of the corresponding estrone 3-triflate, and purification by HPLC. That sequence has been used to synthesize the 11$\beta$-methoxy 1 and 11$\beta$-ethyl 2 analogues of the breast tumor imaging agent, 16$\alpha$-($\sp{18}$F) fluoro-17$\beta$-estradiol (FES). Tissue distribution studies of 1 and 2 in immature female rats show high selectivity for target tissue (T, uterus) vs non-target (NT, muscle and lung), with T/NT ratios being 43 and 17 at one hour after injection for 1 and 2, respectively. The parent estrogen FES has previously been shown to display an intermediate value for tissue selectivity.

Chronic exposure to sub-lethal concentration of a glyphosate-based herbicide alters hormone profiles and affects reproduction of female Jundia (Rhamdia quelen)

This work was carried out to verify the effect of a glyphosate-based herbicide on Jundia hormones (cortisol, 17 beta-estradiol and testosterone), oocyte and swim-up fry production. Earthen ponds containing Jundia females were contaminated with glyphosate (3.6 mg/L); blood samples were collected from eight females from each treatment immediately before, or at 1, 10, 20 30 and 40 days following contamination. A typical post-stress rise in cortisol levels was observed at the 20th and 40th days following exposure to glyphosate. At the 40th day, 17 beta-estradiol was decreased in the exposed females. A similar number of oocytes were stripped out from females from both groups, however, a lower number of viable swim-up fry were obtained from the herbicide exposed females, which also had a higher liver-somatic index (LSI). The results indicate that the presence of glyphosate in water was deleterious to Rhamdia quelen reproduction, altering steroid profiles and egg viability. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cortisol disrupts the ability of estradiol-17β to induce the LH surge in ovariectomized ewes

Stress disrupts the preovulatory luteinizing hormone (LH) surge in females, but the mechanisms are unknown. We tested the hypothesis that cortisol compromises the ability of estrogen to induce a preovulatory-like LH surge in ovariectomized ewes in both the breeding and nonbreeding season. Luteinizing hormone surges were induced in ovariectomized ewes by treatment with progesterone followed by a surge-inducing estradiol-17β (E2) stimulus using a crossover design. The experiment was replicated in the breeding and nonbreeding seasons. Cortisol reduced the incidence of LH surges irrespective of season. Cortisol increased the latency from E2 stimulus to the onset of the surge in the breeding season only and suppressed the LH surge amplitude during both seasons (P < 0.01). We conclude that cortisol can interfere with the LH surge in several ways: delay, blunt, and in extreme cases prevent the E2-induced LH surge. Furthermore, the effect of cortisol to delay the E2-induced LH surge is more pronounced in the breeding season. These results show that cortisol disrupts the positive feedback effect of E2 to trigger an LH surge and suggest the involvement of multiple mechanisms.