Bone homeostasis is maintained by a balance between activities of osteoblasts(bone forming cells) and osteoclasts (bone resorbing cells). The activities of these cells are closely regulated by multiple factors including hormones and cytokines. The cessation of estrogen at menopause disrupts the balanced regulation and is the main cause of osteoporosis in postmenopausal women. Recent molecular biological studies led to a discovery of tumor necrosis factor(TNF) and TNF receptor families genes that play critical roles in the regulation of osteoclast formation and function. RANKL (receptor activator of nuclear factor kappa B ligand; also called ODF, TRANCE, and OPGL) expressed on cells supporting osteoclast is essential for osteoclast differentiation, activation, and survival. RANK, the counter-receptor for RANKL, is expressed on progenitor and mature osteoclasts. The interaction between RANKL and RANK is requlated by a soluble decoy receptor OPG (osteoprotegerin). Gene knock out studies of these molecules showed profound effects on bone. These results prompted development of new strategies for treatment of bone diseases. Inhibition of osteoclast activity by blocking the RANKL-RANK interaction using OPG is being attempted. Research on the signaling pathways of RANK is also actively carried out. Screening natural products that inhibit the RANKL-RANK interaction or the activity of obteoclasts would be another effective means to a new drug target for bone resorbing diseases.
Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a serine-threonine kinase member of the cellular phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) pathway, which is involved in multiple biological functions by transcriptional and translational control. mTOR is a downstream mediator in the PI3K/Akt signaling pathway and plays a critical role in cell survival. In cancer, this pathway can be activated by membrane receptors, including the HER (or ErbB) family of growth factor receptors, the insulin-like growth factor receptor, and the estrogen receptor. In the present work, we congregated an electronic network of mTORC1 built on an assembly of data using natural language processing, consisting of 470 edges (activations/interactions and/or inhibitions) and 206 nodes representing genes/proteins, using the Cytoscape 3.6.0 editor and its plugins for analysis. The experimental design included the extraction of gene expression data related to five distinct types of cancers, namely, pancreatic ductal adenocarcinoma, hepatic cirrhosis, cervical cancer, glioblastoma, and anaplastic thyroid cancer from Gene Expression Omnibus (NCBI GEO) followed by pre-processing and normalization of the data using R & Bioconductor. ExprEssence plugin was used for network condensation to identify differentially expressed genes across the gene expression samples. Gene Ontology (GO) analysis was performed to find out the over-represented GO terms in the network. In addition, pathway enrichment and functional module analysis of the protein-protein interaction (PPI) network were also conducted. Our results indicated NOTCH1, NOTCH3, FLCN, SOD1, SOD2, NF1, and TLR4 as upregulated proteins in different cancer types highlighting their role in cancer progression. The MCODE analysis identified gene clusters for each cancer type with MYC, PCNA, PARP1, IDH1, FGF10, PTEN, and CCND1 as hub genes with high connectivity. MYC for cervical cancer, IDH1 for hepatic cirrhosis, MGMT for glioblastoma and CCND1 for anaplastic thyroid cancer were identified as genes with prognostic importance using survival analysis.
Synthetic pyrethroids (SPs) are the most common pesticides which are recently used for indoor pest control. The widespread use of SPs has resulted in the increased exposure to wild animals and humans. Recently, some SPs are suspected as endocrine disrupting chemicals (EDCs) and have been assessed for their potential estrogenicity by adopting various analyzing assays. In this study, we examined the estrogenic effects of lambda-cyhalothrin (LC) and cypermethrin (CP), the most commonly used pesticides in Korea, using BG-1 ovarian cancer cells expressing estrogen receptors (ERs). To evaluate the estrogenic activities of two SPs, LC and CP, we employed MTT assay and reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) in LC or CP treated BG-1 ovarian cancer cells. In MTT assay, LC ($10^{-6}M$) and CP ($10^{-5}M$) significantly induced the growth of BG-1 cancer cells. LC or CP-induced cell growth was antagonized by addition of ICI 182,720 ($10^{-8}M$), an ER antagonist, suggesting that this effect appears to be mediated by an ER-dependent manner. Moreover, RT-PCR results showed that transcriptional level of cyclin D1, a cell cycle-regulating gene, was significantly up-regulated by LC and CP, while these effects were reversed by co-treatment of ICI 182,780. However, p21, a cyclin D-ckd-4 inhibitor gene, was not altered by LC or CP. Moreover, $ER{\alpha}$ expression was not significantly changed by LC and CP, while down-regulated by E2. Finally, in xenografted mouse model transplanted with human BG-1 ovarian cancer cells, E2 significantly increased the tumor volume compare to a negative control, but LC did not. Taken together, these results suggest that LC and CP may possess estrogenic potentials by stimulating the growth of BG-1 ovarian cancer cells via partially ER signaling pathway associated with cell cycle as did E2, but this estrogenic effect was not found in in vivo mouse model.
BACKGROUND/OBJECFTIVES: The effect of St. John's Wort extract (SJW) on MG-63 cell proliferation and trabecular bone loss induced by ovariectomy was examined. MATERIALS/METHODS: Proliferation, expression of estrogen receptor (ER) ${\alpha}$ and ER ${\beta}$, and gene expressions of osteoprotegerin (OPG), osteocalcin (OC) and alkaline phosphatase (ALP) were examined in MG-63 cells treated with or without SJW. Ovariectomized rats were treated with SJW at the dose of 100 or 200 mg/kg/day, ${\beta}$-estradiol-3-benzoate (E2), or vehicle only (OVX-C), and sham operated rats were treated with vehicle only (Sham-C). Serum ALP and C-telopeptide (CTX), and femoral trabecular bone loss were examined. RESULTS: SJW increased MG-63 cell proliferation and expression of ER ${\alpha}$ and ER ${\beta}$, and positive effect was shown on gene expressions of ALP, OC and OPG. SJW also showed estrogen like effect on bone associated with slowing down in trabecular bone loss. Histopathology by H&E showed rats treated with SJW displayed denser structure in metaphyseal region of distal femur compared with rats in OVX-C. SJW was shown to reduce serum CTX in OVX rats. CONCLUSION: The present study provides new insight in preventing estrogen deficiency induced bone loss of SJW and possibility for its application in bone health supplement.
In aquatic invertebrates, particularly marine gastropods, organotin compounds induce irreversible sexual abnormality in females, which is termed imposex, at very low concentrations. Organotin compounds are agonists for nuclear receptors such as RXRs and $PPAR{\gamma}$. However, the imposex phenomenon has not been reported to act as an antagonist on estrogen receptors in other species, including vertebrates and invertebrates. In order to gain insights into the antagonistic activity of organotin compounds on estrogen receptors (ERs), we examined the inhibitive effect of these compounds on estradiol-dependent ${\beta}$-galactosidase activity using the yeast two-hybrid detection system consisting of a combination of the human estrogen receptor ($hER{\beta}$) ligand-binding domain and the co-activator steroid receptor co-activator-1 (SRC1). Tributyltin-hydroxide (TBT-OH) and triphenyltin-chlorine (TPT-Cl) exhibited an inhibitive effect on $E_2$-dependent transcriptional activity, similar to antagonistic chemicals such as 4-hydroxytamoxifen (OHT) or ICI 182,780, at a very low concentration of $10^{-14}$ M TBT or $10^{-10}$ M TPT, respectively. The yeast growth and transcriptional activity with transcriptional factor GAL4 did not exhibit any effect at the tested concentration of TBT or TPT. Moreover, the yeast two-hybrid system using the interaction between p53 and the T antigen of SV40 large did not describe any effect at the tested concentration of OHT or ICI 182,780. However, the interaction between p53 and T antigen was inhibited at a TBT or TPT concentration of $10^{-9}$ M, respectively. These results indicate that TBT and TPT act as inhibitors of ER-dependent reporter gene transcriptional activation and of the interaction between $hER{\beta}$ LBD and the co-activator SRC1 in the yeast two-hybrid system. Consequently, our data could partly explain the occurrence of organotin compound-induced imposex on the endocrine system of mammals, including humans.
Transcript profiling is a particularly valuable tool in the field of steroid receptor biology, as these receptors are ligand-activated transcription factors and therefore exert their initial effects through altering gene expression in responsive cells. Also, an awareness of endocrine disrupting chemicals (EDCs) and their potential screening methods to identify endocrine activity have been increased. Here we developed an in-house cDNA microarray, named KISTCHIP-400 ver. 1.0, with 416 clones, based on public database and research papers. These clones contained estrogen, androgen, thyroid hormone & receptors, sex hormone signal transduction & regulation, c-fos, c-myc, ps2 gene, metabolism related genes etc. Also, to validate the KISTCHIP-400 ver. 1.0, we investigated gene expression profiles with reference hormones, $10^{8}\;M\;17{\beta}-estradiol,\;10^{-7}\;M\;testosterone\;and\;10^{-7}\;M$ progesterone in MCF-7 cell line. As the results, gene expression profiles of three reference hormones were distinguished from each other with significant and identified 33 $17{\beta}-estradiol$ responsive genes. This study is in first step of validation for KISTCHIP-400 ver. 1.0, as following step transcriptional profile analysis on not only low concentrations of EDCs but suspected EDCs using KISTCHIP-400 ver. 1.0 is processing. Our results indicate that the developed microarray may be a useful laboratory tool for screening EDCs and elucidating endocrine disrupting mechanism.
Gene regulation in the brain is essential for long-term plasticity and memory formation. Despite this established notion, the quantitative translational map in the brain during memory formation has not been reported. To systematically probe the changes in protein synthesis during memory formation, our recent study exploited ribosome profiling using the mouse hippocampal tissues at multiple time points after a learning event. Analysis of the resulting database revealed novel types of gene regulation after learning. First, the translation of a group of genes was rapidly suppressed without change in mRNA levels. At later time points, the expression of another group of genes was downregulated through reduction in mRNA levels. This reduction was predicted to be downstream of inhibition of ESR1 (Estrogen Receptor 1) signaling. Overexpressing Nrsn1, one of the genes whose translation was suppressed, or activating ESR1 by injecting an agonist interfered with memory formation, suggesting the functional importance of these findings. Moreover, the translation of genes encoding the translational machineries was found to be suppressed, among other genes in the mouse hippocampus. Together, this unbiased approach has revealed previously unidentified characteristics of gene regulation in the brain and highlighted the importance of repressive controls.
Aggression can be defined as 'behavior intended to harm another' which can be seen both from humans and animals. However, trying to understand aggression in a simplistic view may make it difficult to develop an integrated approach. So, we tried to explain aggression in a multidisciplinary approach, affected by various factors such as neuroanatomical structures, neurotransmitter, genes, and sex hormone. Parallel with animal models, human aggression can be understood with two phenomena, offensive aggression and defensive aggression. Neurobiological model of aggression give a chance to explain aggression with an imbalance between prefrontal regulatory influences and hyper-reactivity of the subcortical areas involved in affective evaluation, finally in an aspect of brain organization. Serotonin and GABA usually inhibit aggression and norepinephrine while glutamate and dopamine precipitate aggressive behavior. As there is no one gene which has been identified as a cause of aggression, functions between gene to gene interaction and gene to environment interaction are being magnified. Contributions of sex hormone to aggression, especially molecular biologic interaction of testosterone and regulation of estrogen receptor have been emphasized during the research on aggression. This multidisciplinary approach on aggression with types, neurochemical bases, and animal models can bring integrated interpretation on aggression.
This study investigated whether increased adiposity is prevented by estrogen replacement in female ovariectomized (OVX) C57BL/6J mice, an animal model of human menopause and whether these metabolic changes reflect the inhibitory action of estrogen on peroxisome proliferator-activated receptor $\gamma$ ($PPAR{\gamma}$)-regulated gene expression. Treatment of $17{\beta}$-estradiol for the last one week of the experiment decreased high fat diet-induced body weight gain and white adipose tissue mass compared to OVX control mice. Histological analysis showed that administration of $17{\beta}$-estradiol to mice decreased the size of adipocytes in parametrial adipose tissue versus OVX control mice. In addition, $17{\beta}$-estradiol reduced the adipose expression of $PPAR{\gamma}$ as well as $PPAR{\gamma}$ target genes such as adipocyte fatty acid binding protein and tumor necrosis factor $\alpha$. These results suggest that $17{\beta}$-estradiol may inhibit adiposity through reducing the $PPAR{\gamma}$ activities in female OVX mice.
Lee Soo Yeun;Oh Seung Min;Lee Sang Ki;Chung Kyu Hyuck
Archives of Pharmacal Research
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제28권12호
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pp.1365-1375
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2005
The antiestrogenic effects of marijuana smoke condensate (MSC) and three major cannabinoids, i.e., $\bigtriangleup^{9}$-tetrahydrocannabinol (THC), cannabidiol (CBD), and cannabinol (CBN), were evaluated using in vitro bioassays, viz., the human breast cancer cell proliferation assay, the recombinant human estrogen receptor (ER) competitive binding assay, and the reporter gene assay. The inhibitory effects on estrogen were also examined using the ethoxyresorufin-Odeethylase (EROD) assay, the aromatase assay, and the 17$\beta$-estradiol ($E_{2}$) metabolism assay. The results showed that MSC induced the antiestrogenic effect via the ER-mediated pathway, while THC, CBD, and CBN did not have any antiestrogenic activity. This suggests that the combined effects of the marijuana smoke components are responsible for the antiestrogenicity of marijuana use. In addition, MSC induced the CYP1A activity and the $E_{2}$ metabolism, but inhibited the aromatase activity, suggesting that the antiestrogenic activity of MSC is also related to the indirect ER-dependent pathway, as a result of the depletion of the in situ $E_{2}$ level available to bind to the ER. In conclusion, pyrogenic products including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the non-polar fraction, which is the most biologically active fraction among the seven fractions of MSC, might be responsible for the antiestrogenic effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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