This review focuses on modulation of growth hormone (GH) and its downstream actions on periparturient dairy cows undergoing physiological and metabolic adaptations. During the periparturient period, cows experience a negative energy balance implicating that the feed intake does not meet the total energy demand for the onset of lactation. To regulate this metabolic condition, key hormones of somatotropic axis such as GH, IGF-I and insulin must coordinate adaptations required for the preservation of metabolic homeostasis. The hepatic GHR1A transcript and GHR protein are reduced at parturition, but recovers on postpartum. However, plasma IGF-I concentration remains low even though hepatic abundance of the GHR and IGF-I mRNA return to pre-calving value. This might be caused by alternation in IGFBPs and ALS genes, which consequently affect the plasma IGF-I stability. Plasma insulin level declines in a parallel manner with the decrease in plasma IGF-I after parturition. Increased GH stimulates the lipolytic effects and hepatic glucose synthesis to meet the energy requirement for mammary lactose synthesis, suggesting that GH antagonizes insulin-dependent glucose uptake and attenuates insulin action to decrease gluconeogenesis.
The somatotropic axis plays a key role in proliferation and differentiation of avian organs during both pre- and posthatching periods. This review discusses the complexity of regulation of the endocrine system for chicken development and growth by growth hormone (GH), insulin-like growth factor (IGF), and IGF binding protein (IGFBP). In addition, the thyrotropic axis, including thyrotropin-releasing hormone (TRH) and thyroid hormones ($T_4$ and $T_3$), is also involved in the GH-secreting pattern. In mammals, IGFI and -II are always sequestered in a 150 kDa non-covalent ternary complex. This complex consists of one molecule each of IGF-I or IGF-II, IGFBP-3 or IGFBP-5 and an acid labile subunit (ALS). Chick ALS is identified in different strains for the first time, and further investigation of the expression of ALS on developmental stage and ALS effect on IGF bioavailability may be addressed in the future.
Journal of mucopolysaccharidosis and rare diseases
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v.1
no.2
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pp.54-59
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2015
Purpose: Growth hormone (GH) therapy substantially improves several cognitive functions in PWS. However, the molecular mechanisms underlying the beneficial effects of GH on cognition remain unclear in PWS. In this study, we investigated the effects of recombinant human GH on the gene expression of GABAB receptor subunits and GH/insulin-like growth factor (IGF) axis genes in the brain regions of PWS-mimicking mice (Snord116del). Methods: Snord116del mice were injected subcutaneously with 1.0 mg/kg GH or saline, once daily for 7 days. The collected brain tissues were analyzed for mRNA content using quantitative PCR (qPCR) in the cerebellum, hippocampus, and cerebral cortex. Results: GH increased the mRNA expression level of the $GABA_{B1}$ receptor subunit ($GABA_{BR1}$) and IGF-1R in the cerebellum. Furthermore, a significant positive correlation was found between the level of $GABA_{BR1}$ mRNA and the expression of the IGF-1R transcript. GH also induced an increase in the mRNA expression of IGF-2 and IGF-2R in the cerebellum. Conclusion: These data indicate that GH may provide beneficial effects on cognitive function through its influences on the expression of $GABA_{BR1}$ and GH/IGF-1 axis genes in PWS patients.
Background: Preexisting type 2 diabetes mellitus (T2DM) affects the prognosis and mortality of patients with some cancers. Insulin like growth factor (IGF) and insulin receptor (IR) signaling axes play important roles in both cancer and diabetes development. We aimed to explore the expression characteristics of proteins in IGF/IR axis in non-small cell lung cancer (NSCLC) cases with preexisting T2DM. Methods: Fifty-five NSCLC patients with preexisting T2DM were retrospectively included and matched by 55 NSCLC without diabetes at a 1:1 ratio. The expression of proteins in IGF/IR axis was detected by immunohistochemical staining. Clinicopathological data were collected to analyze their relationship with the protein expression. Results: Both IGF 1 receptor (IGF-1R) and insulin receptor substrate 2 (IRS-2) showed higher expression in the NSCLC with T2DM group, compared with those without T2DM. The high expression of IGF-1R and IRS-2 were found to be negatively associated with lymph node metastases and T staging in the T2DM group, respectively, and IRS-2 expression was also found more in the subgroup whose T2DM duration was more than 4 years. No difference was detected in the expression of IRS-1, IGF-1, IGF-2, IGFBP3, IR and mTOR between groups with or without T2DM. Conclusion: Our study found higher expression of IGF-1R and IRS-2 proteins in NSCLC patients with preexisting T2DM, and that there was an association with early stage NSCLC, which suggested that IGF signaling may play an important early event in development of NSCLC associated with diabetes.
The somatotropic (GH-IGF-I) axis consists of many hormonal and nutritional factors that control GH release from the somatotrophs in the anterior pituitary. The GH-releasing substances are GHRH and GHS (GHRP or ghrelin), while the GH release-inhibiting substances are somatostatin (SRIF), insulin-like growth factor-I (IGF-I), leptin and glucocorticoids. However, there is evidence showing that nutrition is involved in the control of the somatotropic axis. In addition, weaning is a drastic event for neonates because their alimentary and endocrine circumstances are changed due to the switch, even if gradual, from a liquid milk diet to one composed of such solids as hay and grains. The biological role of ghrelin is one of the hormonal factors that have been focused on ever since ghrelin was discovered at the end of the last century. A 27-amino acid peptide that is mainly synthesized and released from the abomasum epithelium, ghrelin has not been fully evaluated in relation to the somatotropic axis of the ruminant. It has also proven difficult even to investigate the cellular mechanisms of ghrelin action, because this hormone exerts animal-species-dependent actions via a complex set of intracellular signaling pathways. This is also the case for the action of leptin. Another substance, IGF-I, shows a partial inhibitory action on GH secretion in the ruminant. The effect of nutrition is also different among animal species. This is evident by the fact that undernutrition suppresses the circulating GH levels in rodents, but increases it in ruminants and humans. Recently, weaning has been shown to change the postprandial GH responses in ruminants; milk feeding increases, but hay and concentrate feeding suppress, the postprandial circulating GH levels. Even if the postprandial GH level is increased, the ghrelin level is decreased by milk feeding. Macronutrients also possess stimulatory and inhibitory actions on GH secretion in vivo and in vitro. These findings indicate the complexity of the control mechanisms of the somatotropic axis. In the present review, we summarize recent findings on the factors controlling the axis of the ruminant.
Growth hormone (GH) is known as one of the main osmoregulators in euryhaline teleosts during seawater (SW) adaptation. Many of the physiological actions of GH are mediated through insulin-like growth factor-I (IGF-I), and the GH/IGF-I axis is associated with osmoregulation of fish during SW acclimation. However, little information is available on the response of fish IGF-II to hyperosmotic stress. Here we present the first cloned IGF-I and IGF-II cDNAs of marine medaka, Oryzias dancena, and an analysis of the molecular characteristics of the genes. The marine medaka IGF-I cDNA is 1,340 bp long with a 257-bp 5' untranslated region (UTR), a 528 bp 3' UTR, and a 555-bp open reading frame (ORF) encoding a propeptide of 184 amino acid (aa) residues. The full-length marine medaka IGF-II cDNA consists of a 639 bp ORF encoding 212 aa, a 109 bp 5' UTR, and a 416 bp 3' UTR. Homology comparison of the deduced aa sequences with other IGF-Is and IGF-IIs showed that these genes in marine medaka shared high structural homology with orthologs from other teleost as well as mammalian species, suggesting high conservation of IGFs throughout vertebrates. The IGF-I mRNA level increased following transfer of marine medaka from freshwater (FW) to SW, and the expression level was higher than that of the control group, which was maintained in FW. This significantly elevated IGF-I level was maintained throughout the experiment (14 days), suggesting that in marine medaka, IGF-I is deeply involved in the adaptation to abrupt salinity change. In contrast to IGF-I, the increased level of marine medaka IGF-II mRNA was only maintained for a short period, and quickly returned a level similar to that of the control group, suggesting that marine medaka IGF-II might be a gene that responds to acute stress or one that produces a supplemental protein to assist with the osmoregulatory function of IGF-I during an early phase of salinity change.
Growth retardation is a common consequenc of chronic kidney disease (CKD) in childhood. Many recent clinical and experimental data indicate that growth failure in CKD is mainly due to a relative GH insensitivity and functional IGF-I deficiency. Glucocorticoids also glucocorticoids interfere with the integrity of the somatotropic hormone axis at various levels. Over the past 10 years, recombinant growth hormone (rhGH) has been used to help short children with chronic kidney disease. A GH dosage of 0.35 mg/kg/week (28 IU/$m^2$/week) appears efficient and safe. Some clinical trial data show that final height will be within the normal target height range when GH treatment is continued for many years without remarkable adverse events.
Purpose: Insulin-like growth factor(IGF)-I and -II are peptide growth factor whose activity is modulated by interaction with the family of six IGF-binding proteins(IGFBPs). IGF-I is detected in rat kidney and has metabolic and growth effects. This study was designed to examine temporal expression of IGFBPs in kidney during renal development and postischemic regeneration in rat. Method: The expression of IGFBPs in kidney during renal development from 15th day of gestation to adult life by using Northern blot analysis. We also examined the renal IGF-IGFBP axis in uremic rat by using Northern blot and immunohistochemistry. Results: The mRNA of IGFBP-1 and -3 were not or barely detected in fetal stages. However, the mRNA level of IGFBP-1 and -3 were increased gradually from day 7 after birth to adult. In contrast, the mRNA of IGFBP-2 and -5 were highly expressed in fetal stages and maintained almost same levels until day 7 (IGFBP-2) or day 30 (IGFBP-5) after birth, then their levels decreased markedly. The mRNA of IGFBP-4 were expressed moderately in fetal kidney and increased gradually after birth. Interestingly, the mRNA of IGFBP-1 and-4 were induced up to 3-5 fold during maximum regeneration period and were recovered to normal levels after acute ischemic injury. In contrast, the mRNA level of IGFBP-3 and-IGFBPrP-1 were decreased slightly at 1 day after ischemic injury, then recovered to normal level during maximum regeneration period. Conclusion: There were differential expressions of IGFBPs in kidney that can modulate IGF action on developing, differentiating, maintaining, and regenerating renal structure and function.
Background: 2-Ethylhexyl diphenyl phosphate (EHDPP) is widely used as a flame-retardant plasticizer in the production of polyvinyl chloride, adhesives, and food packaging. This chemical has been frequently detected in water, sediment, and indoor environments, and its lipophilicity raises concerns about bioaccumulation. Objectives: In this study, the effects of EHDPP on the development, behavioral changes, and growth hormone (GH) endocrine system of zebrafish larvae were investigated. Methods: Fertilized embryos were exposed to various concentrations (control, solvent control, 0.07, 0.7, 7, 70, and 700 ㎍/L) of EHDPP for 96 h. Developmental toxicity endpoints were observed daily. Behavioral changes under light-dark-light conditions and changes in hormones and genes related to GH/insulin-like growth factors (IGFs) axis were determined. Results: Significant decreases in survival, body length and moving distance were observed in zebrafish larvae exposed to 70 and 700 ㎍/L EHDPP. The concentrations of GH and IGF-1 were significantly decreased in zebrafish larvae exposed to 70 and 700 ㎍/L EHDPP. This change was well supported by changes in the transcription of genes involved in GH, IGF, IGF receptors, and IGF binding proteins. Conclusions: Our observations showed that exposure to 70 and 700 ㎍/L EHDPP could disrupt the feedback circuits of the GH/IGFs axis, ultimately leading to developmental toxicity, hypoactivity, and mortality.
Park, Sok;Sung, Ki-Woon;Lee, Jin;Lee, Cheon-Ho;Lee, Young-Jun;Yoo, Young-June;Park, Kyoung-Shil;Min, Byung-Jin;Shin, Yong-Sub;Kim, Jung-Suk;Jung, Hun
Journal of Life Science
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v.22
no.4
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pp.516-523
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2012
The purpose of this study was to investigate the effect of exercise and/or L-arginine on abdominal fat, IGF-1 on GH/IGF-1 axis, fibrinogen, and PAI-1 in aged and obese rats. Male Sprague-Dawley rats were treated with a D-galactose aging inducing agent (50 mg/kg) given intraperitoneally for 12 weeks. Thirty-two male Sprague-Dawley rats were treated and divided into four groups: aging-high fat diet group (AG+HF), AG+HF with L-arginine intake group (AG+LA), AG+HF with exercise group (AG+EX), and AG+EX with L-arginine intake group (AG+LA+EX). The experimental rats underwent treadmill training (60 min/day, 6 days/week at 0% gradient) for 12 weeks. L-arginine was given orally (150 mg/kg/day) for 12 weeks. After the experiment, blood was collected from the left ventricle and abdominal fat was extracted. The results showed that GH was significantly increased in AG+EX and AG+AL+EX. IGF-1 was significantly increased in both the AG+AL+EX and AG+EX group ($p$<0.05), while fibrinogen and PAI-1 were not significantly different among the groups. Abdominal fat was significantly decreased in the AG+LA, AG+EX, and AG+LA+EX groups ($p$<0.05) compared with the AG+HF group. In conclusion, this study suggests that exercise alone or L-arginine alone or a combination not only increases the GH and IGF-1 concentration, but also decreases the abdominal fat mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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