Objectives: The objective of this review was to summarize the primary role of three representative endocrine axes in aquatic vertebrates and discuss the effects on endocrine systems and their interactions in teleost fish after exposure to environmental contaminants. Methods: We summarized individual traits and mechanisms for hormonal and transcriptional interactions between the hypothalamic-pituitary-gonad (HPG), hypothalamic-pituitary-thyroid (HPT), and hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axes in fish. We also provided a brief discussion on the effects of nonylphenol-induced toxicity on endocrine systems and their interactions in fish as a demonstration of holistic explanation. Results: Currently-available data showed that thyroid dysfunction is associated with reproductive toxicity due to changes in steroidogenic gene expressions and sex hormone levels as well as gonad glands in fish. As an example, we demonstrated that exposure to nonylphenol could induce estrogenicity in male fish by decreasing thyroid hormones, which contributes to increased aromatase expression. Although the mechanisms are complicated and involved in multiple ways, a number of studies have shown that sex steroids influence the HPT axis or the HPA axis in fish, indicating bi-directional crosstalk. Critically missing is information on the primary target or toxicity mechanisms of environmental contaminants among the three endocrine axes, so further studies are needed to explore those possibilities. Conclusions: This review highlights the interactions between the HPG, HPT, and HPA axes in fish in order to better understand how these endocrine systems could interact with each other in situations of exposure to endocrine disrupting chemicals.
Objective: Stress is known to be an inhibitor of the reproductive hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis. However, the neural and molecular connections between stress and reproduction are not yet understood. It is well established that in both humans and rodents, kisspeptin (encoded by the kiss1 gene) is a strong stimulator of the HPG axis. In the present study we hypothesized that endocannabinoids, an important neuromodulatory system in the brain, can act on the HPG axis at the level of kiss1 expression to inhibit reproductive function under stress. Methods: Adult male Wistar rats were unilaterally implanted with an intracerebroventricular cannula. Afterwards, the animals were exposed to immobilization stress, with or without the presence of the cannabinoid CB1 receptor antagonist AM251 (1 ${\mu}g/rat$). Blood samples were collected through a retro-orbital plexus puncture before and after stress. Five hours after the stress, brain tissue was collected for reverse transcriptase-quantitative polymerase chain reaction measurements of kiss1 mRNA. Results: Immobilization stress (1 hour) resulted in a decrease in the serum luteinizing hormone concentration. Additionally, kiss1 gene expression was decreased in key hypothalamic nuclei that regulate gonadotrophin secretion, the medial preoptic area (mPOA), and to some extent the arcuate nucleus (ARC). A single central administration of AM251 was effective in blocking these inhibitory responses. Conclusion: These findings suggest that endocannabinoids mediate, at least in part, immobilization stress-induced inhibition of the reproductive system. Our data suggest that the connection between immobilization stress and the HPG axis is kiss1 expression in the mPOA rather than the ARC.
Numerous factors can affect the activities of hypothalamus-pituitary-gonad (HPG) hormonal axis, resulting in alteration of reproductive capacity or status such as onset of puberty and menopause. Soon after the finding of leptin, a multifunctional hormone secreted from adipocytes, a close relationship between reproduction and body energy balance have been manifested. Ghrelin, another multifunctional hormone from gastrointestinal tract, is an endogenous ligand of growth hormone secretagogue receptor (GHSR), and is thought to be a counterpart of leptin in the regulation of energy homeostasis. As expected, ghrelin can also modulate the reproductive capacity through the modulation of activities of HPG axis. This paper summarizes the current knowledge on the discovery, gene structures, tissue distribution and roles of ghrelin and GHSRs in mammalian reproduction in particular modulation of reproductive hormone secretion in HPG axis. Like POMC gene expression in pituitary gland, preproghrelin gene can generate a complex repertoire of transcripts which further undergo alternative splicing and posttranslational modifications. Concerning the roles of preproghrelin gene products in the control of body physiology except energy homeostasis, limited knowledge is available so far. Several lines of evidence, however, show the interplay of ghrelin between metabolism and reproduction. In rat and human, the distribution of ghrelin receptor GHSRs (GHSR1a and GHSR1b) has been confirmed not only in the hypothalamus and pituitary which were originally postulated as target of ghrelin but also in the testis and ovary. Expression of the preproghrelin gene in the brain and gonads was also verified, suggesting the local role (s) of ghrelin in HPG axis. Ghrelin might play a negative modulator in the secretions of hypothalamic GnRH, pituitary gonadotropins and gonadal steroids though the action on pituitary is still questionable. Recent studies suggest the involvement of ghrelin in regulation of puberty onset and possibly of menopause entry. It is now evident that ghrelin is a crucial hormomal component in 'brain-gut' axis, and is a strong candidate links between metabolism and reproduction. Opposite to that for leptin, ghrelin signaling is likely representing the 'hunger' state of body energy balance and is necessary to avoid the energy investment into reproduction which has not a top priority in maintaining homeostasis. Further researches are needed to gain a deep insight into the more precise action mechanism and role of ghrelin in reproduction, and to guarantee the successful biomedical applications.
Objective: The quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qPCR) is the most accurate and reliable technique for analysis of gene expression. Endogenous reference genes (RGs) have been used to normalize qPCR data, although their expression may vary in different tissues and experimental conditions. Verification of the stability of RGs in selected samples is a prerequisite for reliable results. Therefore, we attempted to identify the most stable RGs in the hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis in sows. Methods: The cycle threshold values of nine commonly used RGs (18S, HPRT1, GAPDH, RPL4, PPIA, B2M, YWHAZ, ACTB, and SDHA) from HPG axis-related tissues in the domestic sows in the different stages of estrus cycle were analyzed using two RG-finding programs, geNorm and Normfinder, to rank the stability of the pool of RGs. In addition, the effect of the most and least stable RGs was examined by normalization of the target gene, gonadotropin-releasing hormone (GnRH), in the hypothalamus. Results: PPIA, HPRT1, and YWHAZ were the most stable RGs in the HPG axis-related tissues in sows regardless of the stages of estrus cycle. In contrast, traditional RGs, including 18S and ACTB, were found to be the least stable under these experimental conditions. In particular, in the normalization of GnRH expression in the hypothalamus against several stable RGs, PPIA, HPRT1, and YWHAZ, could generate significant (p<0.05) elevation of GnRH in the preovulatory phase compared to the luteal phase, but the traditional RGs with the least stability (18S and ACTB) did not show a significant difference between groups. Conclusion: These results indicate the importance of verifying RG stability prior to commencing research and may contribute to experimental design in the field of animal reproductive physiology as reference data.
The hypothalamo-pituitary-gonadal hormone axis is centrally controlled by a complex regulatory network of excitatory and inhibitory signals, that is dormant during infantile and juvenile periods and activated at puberty. The kisspeptins are the peptide products of the KiSS-1 gene and the endogenous agonists for the G protein-coupled receptor 54(GPR54). Although KiSS-1 was initially discovered as a metastasis suppressor gene, a recent evidence suggests the KiSS-1/GPR54 system is a key regulator of the reproductive system. Yet the actual role of the KiSS-1/GPR54 system in the neuroendocrine control of gonadotropin secretion remains largely unexplored, the system could be the first missing link in the reproductive hormonal axis. Central or peripheral administration of kisspeptin stimulates the hypothalamic-pituitary-gonadal axis, increasing circulating gonadotropin levels in rodents, sheep, monkey and human models. These effects appear likely to be mediated via the hypothalamic GnRH neuron system, although kisspeptins may have direct effects on the anterior pituitary gland. The loss of function mutations of the GPR54(GPR54-/-) have been associated with lack of puberty onset and idiopathic hypogonadotropic hypogonadism(IHH). So kisspeptin infusion may provide a novel mechanism for HPG axis manipulation in disorders of the reproductive system.
Pubertal onset is known to result from reactivation of the hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis, which is controlled by complex interactions of genetic and nongenetic factors. Most cases of precocious puberty (PP) are diagnosed as central PP (CPP), defined as premature activation of the HPG axis. The cause of CPP in most girls is not identifiable and, thus, referred to as idiopathic CPP (ICPP), whereas boys are more likely to have an organic lesion in the brain. ICPP has a genetic background, as supported by studies showing that maternal age at menarche is associated with pubertal timing in their offspring. A gain of expression in the kisspeptin gene (KISS1), gain-of-function mutation in the kisspeptin receptor gene (KISS1R), loss-of-function mutation in makorin ring finger protein 3 (MKRN3), and loss-of-function mutations in the delta-like homolog 1 gene (DLK1) have been associated with ICPP. Other genes, such as gamma-aminobutyric acid receptor subunit alpha-1 (GABRA1), lin-28 homolog B (LIN28B), neuropeptide Y (NPYR), tachykinin 3 (TAC3), and tachykinin receptor 3 (TACR3), have been implicated in the progression of ICPP, although their relationships require elucidation. Environmental and socioeconomic factors may also be correlated with ICPP. In the progression of CPP, epigenetic factors such as DNA methylation, histone posttranslational modifications, and non-coding ribonucleic acids may mediate the relationship between genetic and environmental factors. CPP is correlated with short- and long-term adverse health outcomes, which forms the rationale for research focusing on understanding its genetic and nongenetic factors.
Kim, Dong Su;Kim, Hae Jung;Bang, Yu Jin;Go, Chang Min;Chung, Moon Yong;Kang, Suk Hoon
Anxiety and mood
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v.9
no.2
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pp.106-112
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2013
Objective : Several reports have found abnormal levels of androgen in post-traumatic stress disorder (PTSD) patients. This abnormality in androgen is hypothesized to due to chronic psychological stress effects on the hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) system. The present study was conducted to estimate serum testosterone levels in PTSD patients in comparison with normal subjects. Methods : Seventy-five male Korean veterans of the Vietnam War volunteered for the study, of which eleven were excluded because of incomplete psychological assessment. To measure basal serum testosterone, blood samples were collected between 8.00 and 9.30 a.m. The clinician administered PTSD scale (CAPS), the structured clinical interview for DSM-IV (SCID), Hamilton Anxiety Rating Scale (HAM-A), Hamilton Rating Scale for Depression (HAM-D), Mini International Neuropsychiatric Interview Plus (Korean version of MINI-Plus), CES-K (Korean version of combat exposure scale). Results : The serum testosterone level of PTSD patients ($5.4{\pm}2.5ng/mL$) was higher than that of a control group ($3.1{\pm}1.7ng/mL$, p<0.001). Testosterone levels were significantly correlated with CAPS (r=.38, p<.01), HAM-A (r=.35, p<.01) and HAM-D (r=.28, p<.01) in all subjects. Conclusion : The results of the present study suggest that chronic psychological stress affects the HPG system.
Recently many studies have reported that total and bioavailable androgens reduced in male and female athletes and that physical exercise reduces the body weight and increases the reproductive abnormalities such as oligomenorrhea, anovulation, inadequate luteal phase, and delayed puberty in women by the inhibition of the hypothalamic-pituitary-gonadal (HPG) axis . In addition, high mileage endurance 겨nning, psychological stress, and military endurance training in men also reduce the secretion of reproductive hormones. To investigate the efffcts of physical endurance exercise on the secretion of reproductive hormones in men, androgenic hormones from adrenal glands and testis were measured in serum by the conventional radioimmunoassays after long-term (more than3 months), short-term (1 week), and acute (1${sim}$2 hours) physical exercises. Androgenic hormones from adrenal glands and testis such as total testosterone (TT), free testosterone (fT), dehydroepiandrosterone (DHEA), and androstenedione (A) decreased after thesestrenuous endurance trainings, whereas ACTH, cortisol, and dehydroepiandrosterone sulfetes (DHEAS) increased. Conadotropins (LH and FSH) were not idluenced by the physical exercises. Based upon the present results, we assume that the decrease in adrenal and testicular androgens by physical endurance exercises might be associated with the reproductive abnormalities in athletes by unknown factor(s) in addition to the HPG axis disturbance.
Choi, Young Jae;Kim, Na Na;Shin, Hyun Suk;Choi, Cheol Young
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.27
no.4
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pp.479-487
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2014
Leptin plays an important role in energy homeostasis and reproductive function in fish, especially in reproduction. Migrating fish, such as salmonoids, are affected by external environmental factors, and salinity changes are a particularly important influence on spawning migrations. The aim of this study was to test whether changes in salinity affect the expression of leptin, estrogen receptors (ERs), and vitellogenin (VTG) in chum salmon (Oncorhynchus keta). The expression and activity of leptin, the expression of ERs and VTG, and the levels of estradiol-$17{\beta}$ and cortisol increased after the fish were transferred to FW, demonstrating that changes in salinity stimulate the HPG axis in migrating female chum salmon. These findings reveal details about the role of elevated leptin levels and sex steroid hormones in stimulating sexual maturation and reproduction in response to salinity changes in chum salmon.
Phthalate esters that are used as plasticizers and also found at low levels in foods such as dairy products are often mentioned as suspected endocrine disrupters. The purpose of the present study is to elucidate whether perinatal exposure to di-n-butyl phthalate(DBP), diisononyl phthalate (DINP) and di-2-ethylhexyl adipate (DEHA) affects several aspects of reproductive function in rats especially sexual differentiation of the brain. To this end, the dams were provided with pulverized soy-free diet containing 20, 200, 2,000 and 10,000 ppm of DBP, 40, 400, 4,000 and 20,000 ppm of DINP, or 480, 2,400 and 12,000 ppm of DEHA from gestational day (GD) 15 to postnatal day (PDN) 21, the day of weaning, and serum sex steroid hormone, gonadotropin levels and sexual behaviors after maturation were assessed. At Postnatal week (PNW) 20-21, serum levels of sex steroids and gonadotropins in both male and female rats, as well as estrous cyclicity in females, were not changed by perinatal exposure to DBP, DINP and DEHA, indicating that these chemicals did not affect sexual differentiation of the brain controlling the endocrine system of hypothalamo-pituitary-gonadal (HPG) axis. On the other hand, inhibitory influences on sexual behaviors, especially on ejaculation in males and lordosis in females, were observed by perinatal exposure to these chemicals. These results suggest that these chemicals may act directly on discrete regions of the hypothalamus regulating sexual behaviors, but not regulating gonadotropin secretion, thereby affect sexual differentiation of the brain with a resultant decrease in sex-specific behaviors in adulthood.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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