Gonadotropin-releasing hormone (GnRH), synthesized in the hypothalamus, plays a pivotal role in the regulation of vertebrate reproduction. Since molecular isoforms of GnRH and their receptors (GnRHR) have been isolated in a broad range of vertebrate species, GnRH and GnRHR provide an excellent model for understanding the molecular co-evolution of a peptide ligand-receptor pair. Vertebrate species possess multiple forms of GnRH, which have been created through evolutionary mechanisms such as gene/chromosome duplication, gene deletion and modification. Similar to GnRHs, GnRH receptors (GnRHR) have also been diversified evolutionarily. Comparative ligand-receptor interaction studies for non-mammalian and mammalian GnRHRs combined with mutational mapping studies of GnRHRs have aided the identification of domains or motifs responsible for ligand binding and receptor activation. Here we discuss the molecular basis of GnRH-GnRHR co-evolution, particularly the structure-function relationship regarding ligand selectivity and signal transduction of mammalian and non-mammalian GnRHRs.
Soeun Moon;Bokyeong Yun;Minju Lee;Eunji Seok;Jinah Ha;Hyunwon Yang
한국발생생물학회지:발생과생식
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제28권1호
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pp.1-12
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2024
Gonadotropin-releasing hormone (GnRH), a critical hormone produced in the hypothalamus, is essential for regulating reproductive processes. It has also been demonstrated the presence of GnRH and its receptors (GnRHR) in ovarian and uterine tissues, but little was known about the regulation mechanism of their expression in these organs and ovarian aging. Therefore, the aim of this study was to investigate the expression of GnRHR in the ovary and uterus of mice, particularly after high-dose gonadotropin treatments and in relation to aging. Quantitative real-time-PCR (qRT-PCR) revealed that pituitary gland had the highest GnRHR expression in both young and aged mice. In addition, liver expression was higher in young mice, whereas thymus expression was higher in aged mice. GnRHR mRNA was present in the ovaries of both young and aged mice but nearly undetectable in the uterus of aged mice. We next examined the expression of GnRHR in the ovary and uterus in response to high-dose administration of pregnant mare serum gonadotropin (PMSG). After PMSG administration, GnRH mRNA levels were significantly decreased in the ovary but increased in the uterus. The expression of GnRH mRNA in these organs showed opposite trends to that of GnRHR expression. These results suggest the involvement of GnRH in age-related reproductive decline and the potential effects of high-dose gonadotropin treatments on reproductive organ function.
Gonadotropin-releasing hormone receptor (GnRHR) gene is expressed at the anterior pituitary gland and plays a key role in gonad development. This study aimed to investigate molecular genetic characteristics of the GnRHR gene and elucidate the effects of single nucleotide polymorphisms (SNPs) of GnRHR gene on sex steroid level in Japanese flounder (Paralichthys olivaceus). We used polymerase chain reaction single-strand conformation polymorphism (PCR-SSCP) and sequencing of the GnRHR gene in 75 individuals. We identified three SNPs in the GnRHR gene: P1 locus (C759A and C830T) in the coding region of exon2 which were both linked together and P2 locus (G984T) in the coding region of exon3, which added a new transcript factor (ADR1) and a new methylation site (CG). Only C830T of P1 leads to amino acid changes Thr266Ile. Statistical analysis showed that P1 was significantly associated with $17{\beta}$-estradiol ($E_2$) level (p<0.01) and gonadosomatic index (GSI) (p<0.05). Individuals with genotype BB of P1 had significantly higher serum $E_2$ levels (p<0.01) and GSI (p<0.05) than those of genotype AA or AB. Another SNP, P2, synonymous mutation, was significantly associated with GSI (p<0.05). Individuals with genotype AB of P2 had significantly higher GSI (p<0.05) than that of genotype AA. In addition, there was a significant association between one diplotype based on three SNPs and reproductive traits. The genetic effects for both serum $E_2$ level and GSI of diplotype D4 were super diplotypes (p<0.05). These results suggest that the SNPs in Japanese Flounder GnRHR are associated with $E_2$ level and GSI.
Wang, Chengbing;Oh, Da Young;Maiti, Kaushik;Kwon, Hyuk Bang;Cheon, Jun;Hwang, Jong-Ik;Seong, Jae Young
Molecules and Cells
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제25권1호
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pp.91-98
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2008
The Glu/$Asp^{7.32}$ residue in extracellular loop 3 of the mammalian type-I gonadotropin-releasing hormone receptor (GnRHR) interacts with $Arg^8$ of GnRH-I, conferring preferential ligand selectivity for GnRH-I over GnRH-II. Previously, we demonstrated that the residues (Ser and Pro) flanking Glu/$Asp^{7.32}$ also play a role in the differential agonist selectivity of mammalian and non-mammalian GnRHRs. In this study, we examined the differential antagonist selectivity of wild type and mutant GnRHRs in which the Ser and Pro residues were changed. Cetrorelix, a GnRH-I antagonist, and Trptorelix-2, a GnRH-II antagonist, exhibited high selectivity for mammalian type-I and non-mammalian GnRHRs, respectively. The inhibitory activities of the antagonists were dependent on agonist concentration and subtype. Rat GnRHR in which the Ser-Glu-Pro (SEP) motif was changed to Pro-Glu-Val (PEV) or Pro-Glu-Ser (PES) had increased sensitivity to Trptorelix-2 but decreased sensitivity to Cetrorelix. Mutant bullfrog GnRHR-1 with the SEP motif had the reverse antagonist selectivity, with reduced sensitivity to Trptorelix-2 but increased sensitivity to Cetrorelix. These findings indicate that the residues flanking $Glu^{7.32}$ are important for antagonist as well as agonist selectivity.
Jin, Ye Hwa;Park, Jin Woo;Kim, Jung-Hyun;Kwon, Joon Yeong
한국발생생물학회지:발생과생식
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제17권1호
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pp.45-53
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2013
The action of melatonin within the body of animals is known to be mediated by melatonin receptors. Three different types of melatonin receptors have been identified so far in fish. However, which of these are specifically involved in puberty onset is not known in fish. We cloned and analyzed the sequence of melatonin receptor 1a (mel 1a) gene in Nile tilapia Oreochromis niloticus. In addition, we examined the tissue distribution of gene expressions for three types of receptors, mel 1a, 1b and lc and investigated which of them is involved in the onset of puberty by comparing their expression with that of gonadotropin-releasing hormone receptor I (GnRHr I) gene using quantitative real-time PCR from 1 week post hatch (wph) to 24 wph. The mel 1a gene of Nile tilapia consisted of two exons and one bulky intron between them. Mel 1a gene was found to be highly conserved gene showing high homology with the corresponding genes from different teleost. All three types of melatonin receptor genes were expressed in the brain, eyes and ovary in common. Expression of mel 1a gene was the most abundant and ubiquitous among 3 receptors in the brain, liver, gill, ovary, muscle, eye, heart, intestine, spleen and kidney. Mel 1b and mel 1c genes were, however, expressed in fewer tissues at low level. During the development post hatch, expressions of both mel 1a and GnRHr I genes significantly increased at 13 wph which was close to the putative timing of puberty onset in this species. These results suggest that among three types of receptors mel 1a is most likely associated with the action of melatonin in the onset of puberty in Nile tilapia.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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