Early growth response protein 1 (Egr-1) expression by Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) involves MAPKs and PKB pathways

Un remodelage vasculaire anormal est à la base de la pathogenèse des maladies cardio-vasculaires (MCV) telles que l’athérosclérose et l’hypertension. Des dysfonctionnements au niveau de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires qui jouent un rôle primordial dans le remodelage vasculaire. L’insulin-like growth factor 1 (IGF-1), puissant facteur mitogène, contribue au développement des MCV, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, composantes clés impliquées dans les voies de croissance cellulaire. Ces molécules sont également impliquées dans la modulation de l’expression de nombreux facteurs de transcription, incluant le facteur Egr-1. Egr-1 est régulé à la hausse dans différents types de maladies vasculaires impliquant les voies de signalisation de croissance et de stress oxydant qui par ailleurs peuvent être déclenchées par l’IGF-1. Cependant, la question d’une possible modulation de l’expression d’Egr-1 dans les CMLV demeure inabordée; plus spécifiquement, la caractérisation de la voie de signalisation reliant l’action d’IGF-1 à l’expression d’Egr-1 reste à établir. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’implication de MAPK, PKB et des dérivés réactifs de l’oxygène (DRO) dans l’expression d’Egr-1 induite par l’IGF-1 dans les CMLV. L’IGF-1 a induit une augmentation marquée du niveau protéique de l’Egr-1 en fonction du temps et de la concentration utilisés. Cette augmentation a été inhibée en fonction des doses d’agents pharmacologiques qui ciblent les voies de signalisation de MAPK, PKB et DRO. De plus, l’expression du facteur de transcription, Egr-1, en réponse de l’IGF-1, a été atténuée suite à un blocage pharmacologique des processus cellulaires responsables de la synthèse d’ARN et de synthèse protéique. Pour conclure, on a démontré que l’IGF-1 stimule l’expression d’Egr-1 via les voies de signalisation, impliquant ERK1/2/JNK, PI3K/PKB. On a également proposé que les DRO jouent un rôle important dans ce processus. Dans l’ensemble, nous avons suggéré un nouveau mécanisme par lequel l’IGF-1 promeut la prolifération et l’hypertrophie cellulaire, processus à la base des anomalies vasculaires.

Association of early growth response-1 gene polymorphisms with total IgE and atopy in asthmatic children

Early growth response-1 (Egr-1) is expressed in human airways and found to modulate tumor necrosis factor, immunoglobulin E (IgE), airway responsiveness, and interleukin-13-induced inflammation in mice. We investigated the effects of Chinese-tagging singl

Early growth response genes 2 and 3 regulate the expression of Bcl6 and differentiation of T follicular helper cells

T follicular helper (Tfh) cells support differentiation of B cells to plasma cells and high affinity antibody production in germinal centers (GC) and Tfh differentiation requires the function of B cell lymphoma 6 (Bcl6). We have now discovered that early growth response gene (Egr) 2 and 3 directly regulate the expression of Bcl6 in Tfh cells which is required for their function in regulation of GC formation. In the absence of Egr2 and 3, the expression of Bcl6 in Tfh cells is defective leading to impaired differentiation of Tfh cells resulting in a failure to form GCs following virus infection and defects in production of anti-viral antibodies. Enforced expression of Bcl6 in Egr2/3 deficient CD4 T cells partially restored Tfh differentiation and GC formation in response to virus infection. Our findings demonstrate a novel function of Egr2/3 which is important for Tfh cell development and Tfh cell mediated B cell immune responses.

Stimulation of MMP-1 and CCL2 by NAMPT in PDL cells

Periodontitis is an inflammatory disease caused by pathogenic microorganisms and characterized by the destruction of the periodontium. Obese individuals have an increased risk of periodontitis, and elevated circulating levels of adipokines, such as nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT), may be a pathomechanistic link between both diseases. The aim of this in vitro study was to examine the regulation of periodontal ligament (PDL) cells by NAMPT and its production under inflammatory and infectious conditions. NAMPT caused a significant upregulation of 9 genes and downregulation of 3 genes, as analyzed by microarray analysis. Eight of these genes could be confirmed by real-time PCR: NAMPT induced a significant upregulation of EGR1, MMP-1, SYT7, ITPKA, CCL2, NTM, IGF2BP3, and NRP1. NAMPT also increased significantly the MMP-1 and CCL2 protein synthesis. NAMPT was significantly induced by interleukin-1β and the periodontal microorganism P. gingivalis. NAMPT may contribute to periodontitis through upregulation of MMP-1 and CCL2 in PDL cells. Increased NAMPT levels, as found in obesity, may therefore represent a mechanism whereby obesity could confer an increased risk of periodontitis. Furthermore, microbial and inflammatory signals may enhance the NAMPT synthesis in PDL cells and thereby contribute to the increased gingival and serum levels of this adipokine, as found in periodontitis. © 2013 Marjan Nokhbehsaim et al.

Identification of a Drosophila muscle development gene with structural homology to mammalian early growth response transcription factors.

In Drosophila, stripe (sr) gene function is required for normal muscle development. Some mutations disrupt embryonic muscle development and are lethal. Other mutations cause total loss of only a single muscle in the adult. Molecular analysis shows that sr encodes a predicted protein containing a zinc finger motif. This motif is homologous to the DNA binding domains encoded by members of the early growth response (egr) gene family. In mammals, expression of egr genes is induced by intercellular signals, and there is evidence for their role in many developmental events. The identification of sr as an egr gene and its pattern of expression suggest that it functions in muscle development via intercellular communication.

Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

Resveratrol inhibits the release of soluble fms-like tyrosine kinase (sFlt-1) from human placenta

Objective - Soluble vascular endothelial growth factor receptor–1 (also know as soluble fms-like tyrosine kinase [sFlt]-1) is a key causative factor of preeclampsia. Resveratrol, a plant phytoalexin, has antiinflammatory and cardioprotective properties. We sought to determine the effect of resveratrol on sFlt-1 release. Study Design - Human umbilical vein endothelial cells, transformed human trophoblast-8 (HTR/SVneo)-8/SVneo trophoblast cells, or placental explants were incubated with cytokines and/or resveratrol. Conditioned media were assayed for sFlt-1 by enzyme-linked immunosorbent assay and cell proteins used for Western blotting. Results - Resveratrol inhibited cytokine-induced release of sFlt-1 from normal placental explants and from preeclamptic placental explants. Preincubation of human umbilical vein endothelial cells or HTR-8/SVneo cells with resveratrol abrogated sFlt-1 release. Resveratrol prevented the up-regulation of early growth response protein-1 (Egr-1), a transcription factor necessary for induction of the vascular endothelial growth factor receptor–1 gene and caused up-regulation of heme oxygenase–1, a cytoprotective enzyme found to be dysfunctional in preeclampsia. Conclusion - In summary, resveratrol can inhibit sFlt-1 release and up-regulate heme oxygenase–1; thus, may offer therapeutic potential in preeclampsia.

Rapid behavioral and genomic responses to social opportunity.

From primates to bees, social status regulates reproduction. In the cichlid fish Astatotilapia (Haplochromis) burtoni, subordinate males have reduced fertility and must become dominant to reproduce. This increase in sexual capacity is orchestrated by neurons in the preoptic area, which enlarge in response to dominance and increase expression of gonadotropin-releasing hormone 1 (GnRH1), a peptide critical for reproduction. Using a novel behavioral paradigm, we show for the first time that subordinate males can become dominant within minutes of an opportunity to do so, displaying dramatic changes in body coloration and behavior. We also found that social opportunity induced expression of the immediate-early gene egr-1 in the anterior preoptic area, peaking in regions with high densities of GnRH1 neurons, and not in brain regions that express the related peptides GnRH2 and GnRH3. This genomic response did not occur in stable subordinate or stable dominant males even though stable dominants, like ascending males, displayed dominance behaviors. Moreover, egr-1 in the optic tectum and the cerebellum was similarly induced in all experimental groups, showing that egr-1 induction in the anterior preoptic area of ascending males was specific to this brain region. Because egr-1 codes for a transcription factor important in neural plasticity, induction of egr-1 in the anterior preoptic area by social opportunity could be an early trigger in the molecular cascade that culminates in enhanced fertility and other long-term physiological changes associated with dominance.

Régulation de l'expression de PPARγ dans l'arthrose

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative très répondue touchant les articulations. Elle est caractérisée par la destruction progressive du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale et le remodelage de l’os sous chondral. L’étiologie de cette maladie n’est pas encore bien définie. Plusieurs études ont été menées pour élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de l’OA. Les effets protecteurs du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes gamma (PPARγ) dans l'OA sont bien documentés. Il a été démontré que PPARγ possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-cataboliques. Aussi, plusieurs stimuli ont été impliqués dans la régulation de l’expression de PPARγ dans différents types cellulaires. Cependant, les mécanismes exacts responsables de cette régulation ainsi que le profil de l’expression de ce récepteur au cours de la progression de l’OA ne sont pas bien connus. Dans la première partie de nos travaux, nous avons essayé d’élucider les mécanismes impliqués dans l’altération de l’expression de PPARγ dans cette maladie. Nos résultats ont confirmé l’implication de l’interleukine-1β (IL-1β), une cytokine pro-inflammatoire, dans la réduction de l’expression de PPARγ au niveau des chondrocytes du cartilage articulaire. Cet effet coïncide avec l'induction de l’expression du facteur de transcription à réponse précoce de type 1 (Egr-1). En plus, la diminution de l'expression de PPARγ a été associée au recrutement d'Egr-1 et la réduction concomitante de la liaison de Sp1 au niveau du promoteur de PPARγ. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons évalué le profil d’expression de ce récepteur dans le cartilage au cours de la progression de cette maladie. Le cochon d’inde avec OA spontanée et le chien avec OA induite par rupture du ligament croisé antérieur (ACLT) deux modèles animaux d’OA ont été utilisés pour suivre l’expression des trois isoformes de PPARs : PPAR alpha (α), PPAR béta (β) et PPAR gamma (γ) ainsi que la prostaglandine D synthase hématopoïétique (H-PGDS) et la prostaglandine D synthase de type lipocaline (L-PGDS) deux enzymes impliquées dans la production de l’agoniste naturel de PPARγ, la 15-Deoxy-delta(12,14)-prostaglandine J(2) (15d-PGJ2). Nos résultats ont démontré des changements dans l’expression de PPARγ et la L-PGDS. En revanche, l’expression de PPARα, PPARβ et H-PGDS est restée stable au fil du temps. La diminution de l’expression de PPARγ dans le cartilage articulaire semble contribuer au développement de l’OA dans les deux modèles animaux. En effet, le traitement des chondrocytes par de siRNA dirigé contre PPARγ a favorisé la production des médiateurs arthrosiques tels que l'oxyde nitrique (NO) et la métalloprotéase matricielle de type 13 (MMP-13), confirmant ainsi le rôle anti-arthrosique de ce récepteur. Contrairement à ce dernier, le niveau d'expression de la L-PGDS a augmenté au cours de la progression de cette maladie. La surexpression de la L-PGDS au niveau des chondrocytes humains a été associée à la diminution de la production de ces médiateurs arthrosiques, suggérant son implication dans un processus de tentative de réparation. En conclusion, l’ensemble de nos résultats suggèrent que la modulation du niveau d’expression de PPARγ, de la L-PGDS et d’Egr-1 au niveau du cartilage articulaire pourrait constituer une voie thérapeutique potentielle dans le traitement de l’OA et probablement d’autres formes d'arthrite.

RNA binding by the Wilms tumor suppressor zinc finger proteins.

The Wilms tumor suppressor gene WT1 is implicated in the ontogeny of genito-urinary abnormalities, including Denys-Drash syndrome and Wilms tumor of the kidney. WT1 encodes Kruppel-type zinc finger proteins that can regulate the expression of several growth-related genes, apparently by binding to specific DNA sites located within 5' untranslated leader regions as well as 5' promoter sequences. Both WT1 and a closely related early growth response factor, EGR1, can bind the same DNA sequences from the mouse gene encoding insulin-like growth factor 2 (Igf-2). We report that WT1, but not EGR1, can bind specific Igf-2 exonic RNA sequences, and that the zinc fingers are required for this interaction. WT1 zinc finger 1, which is not represented in EGR1, plays a more significant role in RNA binding than zinc finger 4, which does have a counterpart in EGR1. Furthermore, the normal subnuclear localization of WT1 proteins is shown to be RNase, but not DNase, sensitive. Therefore, WT1 might, like the Kruppel-type zinc finger protein TFIIIA, regulate gene expression by both transcriptional and posttranscriptional mechanisms.

Régulation de l'expression de PPARγ dans l'arthrose

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative très répondue touchant les articulations. Elle est caractérisée par la destruction progressive du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale et le remodelage de l’os sous chondral. L’étiologie de cette maladie n’est pas encore bien définie. Plusieurs études ont été menées pour élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de l’OA. Les effets protecteurs du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes gamma (PPARγ) dans l'OA sont bien documentés. Il a été démontré que PPARγ possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-cataboliques. Aussi, plusieurs stimuli ont été impliqués dans la régulation de l’expression de PPARγ dans différents types cellulaires. Cependant, les mécanismes exacts responsables de cette régulation ainsi que le profil de l’expression de ce récepteur au cours de la progression de l’OA ne sont pas bien connus. Dans la première partie de nos travaux, nous avons essayé d’élucider les mécanismes impliqués dans l’altération de l’expression de PPARγ dans cette maladie. Nos résultats ont confirmé l’implication de l’interleukine-1β (IL-1β), une cytokine pro-inflammatoire, dans la réduction de l’expression de PPARγ au niveau des chondrocytes du cartilage articulaire. Cet effet coïncide avec l'induction de l’expression du facteur de transcription à réponse précoce de type 1 (Egr-1). En plus, la diminution de l'expression de PPARγ a été associée au recrutement d'Egr-1 et la réduction concomitante de la liaison de Sp1 au niveau du promoteur de PPARγ. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons évalué le profil d’expression de ce récepteur dans le cartilage au cours de la progression de cette maladie. Le cochon d’inde avec OA spontanée et le chien avec OA induite par rupture du ligament croisé antérieur (ACLT) deux modèles animaux d’OA ont été utilisés pour suivre l’expression des trois isoformes de PPARs : PPAR alpha (α), PPAR béta (β) et PPAR gamma (γ) ainsi que la prostaglandine D synthase hématopoïétique (H-PGDS) et la prostaglandine D synthase de type lipocaline (L-PGDS) deux enzymes impliquées dans la production de l’agoniste naturel de PPARγ, la 15-Deoxy-delta(12,14)-prostaglandine J(2) (15d-PGJ2). Nos résultats ont démontré des changements dans l’expression de PPARγ et la L-PGDS. En revanche, l’expression de PPARα, PPARβ et H-PGDS est restée stable au fil du temps. La diminution de l’expression de PPARγ dans le cartilage articulaire semble contribuer au développement de l’OA dans les deux modèles animaux. En effet, le traitement des chondrocytes par de siRNA dirigé contre PPARγ a favorisé la production des médiateurs arthrosiques tels que l'oxyde nitrique (NO) et la métalloprotéase matricielle de type 13 (MMP-13), confirmant ainsi le rôle anti-arthrosique de ce récepteur. Contrairement à ce dernier, le niveau d'expression de la L-PGDS a augmenté au cours de la progression de cette maladie. La surexpression de la L-PGDS au niveau des chondrocytes humains a été associée à la diminution de la production de ces médiateurs arthrosiques, suggérant son implication dans un processus de tentative de réparation. En conclusion, l’ensemble de nos résultats suggèrent que la modulation du niveau d’expression de PPARγ, de la L-PGDS et d’Egr-1 au niveau du cartilage articulaire pourrait constituer une voie thérapeutique potentielle dans le traitement de l’OA et probablement d’autres formes d'arthrite.

Mechanisms of KCC2 upregulation during development

Gamma-aminobutyric acid (GABA) acting through ionotropic GABAA receptors plays a crucial role in the activity of the central nervous system (CNS). It triggers Ca2+ rise providing trophic support in developing neurons and conducts fast inhibitory function in mature neuronal networks. There is a developmental change in the GABAA reversal potential towards more negative levels during the first two postnatal weeks in rodent hippocampus. This change provides the basis for mature GABAergic activity and is attributable to the developmental expression of the neuron-specific potassium chloride cotransporter 2 (KCC2). In this work we have studied the mechanisms responsible for the control of KCC2 developmental expression. As a model system we used hippocampal dissociated cultures plated from embryonic day (E) 17 mice embryos before the onset of KCC2 expression. We showed that KCC2 was significantly up-regulated during the first two weeks of culture development. Interestingly, the level of KCC2 upregulation was not altered by chronic pharmacological blockage of action potentials as well as GABAergic and glutamatergic synaptic transmission. By in silico analysis of the proximal KCC2 promoter region we identified 10 candidate transcription factor binding sites that are highly conserved in mammalian KCC2 genes. One of these transcription factors, namely early growth response factor 4 (Egr4), had similar developmental profile as KCC2 and considerably increased the activity of mouse KCC2 gene in neuronal cells. Next we investigated the involvement of neurotrophic factors in regulation of Egr4 and KCC2 expression. We found that in immature hippocampal cultures Egr4 and KCC2 levels were strongly up-regulated by brain derived neurotrophic factor (BDNF)and neurturin. The effect of neurotrophic factors was dependent on the activation of a mitogen activated protein kinase (MAPK) signal transduction pathway. Intact Egr4-binding site in proximal KCC2 promoter was required for BDNF-induced KCC2 transcription. In vitro data were confirmed by several in vivo experiments where we detected an upregulation of KCC2 protein levels after intrahippocampal administration of BDNF or neurturin. Importantly, a MAPK-dependent rise in Egr4 and KCC2 expression levels was also observed after a period of kainic acid-induced seizure activity in neonatal rats suggesting that neuronal activity might be involved in Egr4-mediated regulation of KCC2 expression. Finally we demonstrated that the mammalian KCC2 gene (alias Slc12a5) generated two neuron-specific isoforms by using alternative promoters and first exons. A novel isoform of KCC2, termed KCC2a, differed from the previously known KCC2b isoform by 40 unique N-terminal amino acid residues. KCC2a expression was restricted to CNS,remained relatively constant during postnatal development, and contributed 20 50% of total KCC2 mRNA expression in the neonatal mouse brainstem and spinal cord. In summary, our data provide insight into the complex regulation of KCC2 expression during early postnatal development. Although basal KCC2 expression seems to be intrinsically regulated, it can be further augmented by neurotrophic factors or by enhanced activity triggering MAPK phosphorylation and Egr4 induction. Additional KCC2a isoform, regulated by another promoter, provides basal KCC2 level in neonatal brainstem and spinal cord required for survival of KCC2b knockout mice.

Of mice, birds, and men: the mouse ultrasonic song system has some features similar to humans and song-learning birds.

Humans and song-learning birds communicate acoustically using learned vocalizations. The characteristic features of this social communication behavior include vocal control by forebrain motor areas, a direct cortical projection to brainstem vocal motor neurons, and dependence on auditory feedback to develop and maintain learned vocalizations. These features have so far not been found in closely related primate and avian species that do not learn vocalizations. Male mice produce courtship ultrasonic vocalizations with acoustic features similar to songs of song-learning birds. However, it is assumed that mice lack a forebrain system for vocal modification and that their ultrasonic vocalizations are innate. Here we investigated the mouse song system and discovered that it includes a motor cortex region active during singing, that projects directly to brainstem vocal motor neurons and is necessary for keeping song more stereotyped and on pitch. We also discovered that male mice depend on auditory feedback to maintain some ultrasonic song features, and that sub-strains with differences in their songs can match each other's pitch when cross-housed under competitive social conditions. We conclude that male mice have some limited vocal modification abilities with at least some neuroanatomical features thought to be unique to humans and song-learning birds. To explain our findings, we propose a continuum hypothesis of vocal learning.

Night-time neuronal activation of Cluster N in a day- and night-migrating songbird.

Magnetic compass orientation in a night-migratory songbird requires that Cluster N, a cluster of forebrain regions, is functional. Cluster N, which receives input from the eyes via the thalamofugal pathway, shows high neuronal activity in night-migrants performing magnetic compass-guided behaviour at night, whereas no activation is observed during the day, and covering up the birds' eyes strongly reduces neuronal activation. These findings suggest that Cluster N processes light-dependent magnetic compass information in night-migrating songbirds. The aim of this study was to test if Cluster N is active during daytime migration. We used behavioural molecular mapping based on ZENK activation to investigate if Cluster N is active in the meadow pipit (Anthus pratensis), a day- and night-migratory species. We found that Cluster N of meadow pipits shows high neuronal activity under dim-light at night, but not under full room-light conditions during the day. These data suggest that, in day- and night-migratory meadow pipits, the light-dependent magnetic compass, which requires an active Cluster N, may only be used during night-time, whereas another magnetosensory mechanism and/or other reference system(s), like the sun or polarized light, may be used as primary orientation cues during the day.

Specialized motor-driven dusp1 expression in the song systems of multiple lineages of vocal learning birds.

Mechanisms for the evolution of convergent behavioral traits are largely unknown. Vocal learning is one such trait that evolved multiple times and is necessary in humans for the acquisition of spoken language. Among birds, vocal learning is evolved in songbirds, parrots, and hummingbirds. Each time similar forebrain song nuclei specialized for vocal learning and production have evolved. This finding led to the hypothesis that the behavioral and neuroanatomical convergences for vocal learning could be associated with molecular convergence. We previously found that the neural activity-induced gene dual specificity phosphatase 1 (dusp1) was up-regulated in non-vocal circuits, specifically in sensory-input neurons of the thalamus and telencephalon; however, dusp1 was not up-regulated in higher order sensory neurons or motor circuits. Here we show that song motor nuclei are an exception to this pattern. The song nuclei of species from all known vocal learning avian lineages showed motor-driven up-regulation of dusp1 expression induced by singing. There was no detectable motor-driven dusp1 expression throughout the rest of the forebrain after non-vocal motor performance. This pattern contrasts with expression of the commonly studied activity-induced gene egr1, which shows motor-driven expression in song nuclei induced by singing, but also motor-driven expression in adjacent brain regions after non-vocal motor behaviors. In the vocal non-learning avian species, we found no detectable vocalizing-driven dusp1 expression in the forebrain. These findings suggest that independent evolutions of neural systems for vocal learning were accompanied by selection for specialized motor-driven expression of the dusp1 gene in those circuits. This specialized expression of dusp1 could potentially lead to differential regulation of dusp1-modulated molecular cascades in vocal learning circuits.