The reproduction of animals is a way to maintain their species and demands a large amount of energy. The golden hamsters are seasonal breeders whose reproductive activities are regulated by photoperiod (length of day time in a day). The photic information received is transported to the pineal gland via many steps. Melatonin produced by the pineal gland affects the reproductive neuroendocrine system to manage reproductive activities. The major regulator neurons, secreting gonadotropin-releasing hormone, integrate all kinds of information to govern the reproductive frame hypothalamuspituitary-gonad axis. The elements impinging on the neurons are recently outspread. Thus the present review is to briefly survey the elements discovered newly and subjected to the active research realm and their correlations, focusing on the regulation of reproduction in mainly male golden hamsters as a representative animal.
It is well known that adipose tissue or body fat has been proved as a crucial component of brain-peripheral axis which can modulate the activities of reproductive hormonal axis in female mammals including rodents and human. Concerning the male reproduction, however, the role of adipose tissue has not been thoroughly studied. The present study was carried out to elucidate the effect of a high-fat (HF) diet on the reproductive system of postpubertal male rats. The HF diet (45% energy from fat, HF group) was applied to male rats from week 8 after birth for 4 weeks. The blood glucose levels, body and tissue weights were measured. Histological studies were performed to assess the structural alterations in the reproductive tissues. To determine the transcriptional changes of reproductive hormone-related genes in hypothalamus and pituitary, total RNAs were extracted and applied to the semi-quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR). Body weights (p<0.01) and blood glucose levels (p<0.01) of HF group were significantly higher than those of control animals. Similarly, the weights of epididymis (p<0.05), prostate (p<0.01), seminal vesicle (p<0.01) in HF group were higher than control levels. The weights of testis were not changed. The weights of kidney (p<0.001) and spleen (p<0.01) were significantly higher than control levels while the adrenal and pancreas weights were not changed. There were only slight alterations in the microstructures of accessory sex organs; the shape of luminal epithelial cells in epididymis from HF group were relatively thicker and bigger than those from control animals. In the semi-quantitative RT-PCR studies, the mRNA levels of hypothalamic GnRH (p<0.05) in HF group were significantly higher than those from the control animals. The mRNA levels of kisspeptin in HF group tend to be higher than control levels, the difference was not significant. Unlike the hypothalamic GnRH expression, the mRNA levels of pituitary $LH{\beta}$ and $FSH{\beta}$ were significantly decreased in HF group (p<0.05). The present study indicated that the 4-weeks feeding HF diet during the postpubertal period can alter the hypothalamus-pituitary (H-P) neuroendocrine reproductive system These results suggest that the increased body fat and the altered leptin input might disturb the H-P reproductive hormonal activities in male rats, and the changed activities seem to be responsible for the changes of tissue weights in accessory sex organs.
Kisspeptin has been reported to facilitate sexual maturation and ovulation by directly stimulating GnRH neurons via its receptor, GPR54. The KiSS-GPR54 system is playing an important role in the reproduction of several mammalian species. However, little is known about their function in fish. The aim of this study is to understand the physiological function and evolutionary conservation of KiSS-GPR54 system in teleost fish blacktip grouper, Epinephelus fasciatus. In the present study, we have partial cloned KiSS1, KiSS2 GPR54 mRNAs from a brain samples. Tissue distribution analysis using RT-PCR revealed that the KiSS1, KiSS2, GPR54 transcripts were expressed in different tissue. The KiSS-GPR54 system in gonadal of immature and mature stage were analyzed using qRT-PCR. The partial sequence of KiSS1, KiSS2, GPR54 were 232 bp, 304 bp, 613 bp long, respectively. KiSS1, KiSS2, GPR54 mRNAs are shown common expression in the brain. The amount of KiSS1, KiSS2 mRNAs expression were significantly higher in mature stage than immature stage. However GPR54 mRNA expression was higher in immature stage. These results are in good agreement with the hypothesis that KiSS-GPR54 system plays an important role in the regulation of reproductive function in the blacktip grouper.
Kisspeptins (KPs) encoded by the KiSS-1 gene are C-terminally amidated peptide products, including KP-10, KP-13, KP-14 and KP-54, which are endogenous agonists for the G-protein coupled receptor-54 (GPR54). Functional analyses have demonstrated fundamental roles of KiSS-1 in whole body homeostasis including sexual differentiation of brain, action on sex steroids and metabolic regulation of fertility essential for human puberty and maintenance of adult reproduction. In addition, intensive recent investigations have provided substantial evidence suggesting roles of Kisspeptin signalling via its receptor GPR54 in the suppression of metastasis with a variety of cancers. The present review highlights the latest studies regarding the role of Kisspeptins and the KiSS-1 gene in tumor progression and also suggests targeting the KiSS-1/GPR54 system may represent a novel therapeutic approach for cancers. Further investigations are essential to elucidate the complex pathways regulated by the Kisspeptins and how these pathways might be involved in the suppression of metastasis across a range of cancers.
In mammals, puberty is a process of acquiring reproductive competence, triggering by activation of hypothalamic kisspeptin (KiSS)-gonadotropin releasing hormone (GnRH) neuronal circuit. During peripubertal period, not only the external genitalia but the internal reproductive organs have to be matured in response to the hormonal signals from hypothalamic-pituitary-gonadal (H-P-G) axis. In the present study, we evaluated the maturation of male rat accessory sex organs during the peripubertal period using tissue weight measurement, histological analysis and RT-PCR assay. Male rats were sacrificed at 25, 30, 35, 40, 45, 50, and 70 postnatal days (PND). The rat accessory sex organs exhibited differential growth patterns compared to those of non-reproductive organs. The growth rate of the accessory sex organs were much higher than the those of non-reproductive organs. Also, the growth spurts occurred differentially even among the accessory sex organs; the order of prepubertal organ growth spurts is testis = epididymis > seminal vesicle = prostate. Histological study revealed that the presence of sperms in seminiferous tubules and epididymal ducts at day 50, indicating the puberty onset. The number of duct and the volume of duct in epididymis and prostate were inversely correlated during the experimental period. Our RT-PCR revealed that the levels of hypothalamic GnRH transcript were increased significantly on PND 40, suggesting the activation of hypothalamic GnRH pulse-generator before puberty onset. Studies on the peripubertal male accessory sex organs will provide useful references on the growth regulation mechanism which is differentially regulated during the period in androgen-sensitive organs. The detailed references will render easier development of endocrine disruption assay.
Jin, Ye Hwa;Park, Jin Woo;Kim, Jung-Hyun;Kwon, Joon Yeong
Development and Reproduction
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v.20
no.1
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pp.51-61
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2016
Neurokinin B (NKB) and neurokinin B related peptide (NKBRP) belong to tachykinin peptide family. They act as a neurotransmitter and/or neuromodulator. Mutation of NKB and/or its cognate receptor, NK3R resulted in hypogonadotropic hypogonadism in mammals, implying a strong involvement of NKB/NK3R system in controlling mammalian reproduction. Teleosts possess NKBRP as well as NKB, but their roles in fish reproduction need to be clarified. In this study, NKB and NKBRP coding gene (tac3) was cloned from Nile tilapia and sequenced. Based on the sequence, Nile tilapia NKB and NKBRP peptide were synthesized and their biological potencies were tested in vitro pituitary culture. The synthetic NKBRP showed direct inhibitory effect on the expression of GTH subunits at the pituitary level. This inhibitory effect was confirmed in vivo by means of intraperitoneal (ip) injection of synthetic NKB and NKBRP to mature female tilapia (20 pmol/g body weight [BW]). Both NKB and NKBRP had no effect on the plasma level of sex steroids, E2 and 11-KT. However, NKBRP caused declines of expression level of GnRH I, Kiss2 and tac3 mRNAs in the brain while NKB seemed to have no distinct effect. These results indicate some inhibitory roles of NKBRP in reproduction of mature female Nile tilapia, although their exact functions are not clear at the moment.
The buffalo is an important livestock resource in several countries of South Asia and the Mediterranean regions. However, reproductive efficiency is compromised due to known problems of biological and management origins, such as lack of animal selection and poor nutrition. Under optimal conditions puberty is attained at 15 to 18 months in river buffalo, 21 to 24 months in swamp buffalo and is influenced by genotype, nutrition, management and climate. However, under field conditions these values deteriorate up to a significant extant. To improve reproductive efficiency, several protocols of oestrus and ovulation synchronization have been adopted from their use in commercial cattle production. These protocols yield encouraging pregnancy rates of (30% to 50%), which are comparable to those achieved in buffaloes bred at natural oestrus. The use of sexed semen in buffalo heifers also showed promising pregnancy rates (50%) when compared with conventional non-sexed semen. Assisted reproductive technologies have been transferred and adapted to buffalo but the efficiency of these technologies are low. However, these latest technologies offer the opportunity to accelerate the genetic gain in the buffalo industry after improving the technology and reducing its cost. Most buffaloes are kept under the small holder farming system in developing countries. Hence, future research should focus on simple, adoptable and impact-oriented approaches which identify the factors determining low fertility and oestrus behaviour in this species. Furthermore, role of kisspeptin needs to be explored in buffalo.
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.
Liver cancer has a high prevalence, with majority of the cases presenting as hepatocellular carcinoma (HCC). The prognosis of metastatic HCC has hardly improved over the past decade, highlighting the necessity for liver cancer research. Studies have reported the ability of the KiSS1 gene to inhibit the growth or metastasis of liver cancer, but contradictory research results are also emerging. We, therefore, sought to investigate the effects of KiSS1 on growth and migration in human HCC cells. HepG2 human HCC cells were infected with lentivirus particles containing KiSS1. The overexpression of KiSS1 resulted in an increased proliferation rate of HCC cells. Quantitative polymerase chain reaction and immunoblotting revealed increased Akt activity, and downregulation of the G1/S phase cell cycle inhibitors. A significant increase in tumor spheroid formation with upregulation of β-catenin and CD133 was also observed. KiSS1 overexpression promoted the migratory, invasive ability, and metastatic capacity of the hepatocarcinoma cell line, and these effects were associated with changes in the expressions of epithelial mesenchymal transition (EMT)- related genes such as E-cadherin, N-cadherin, and slug. KiSS1 overexpression also resulted in dramatically increased tumor growth in the xenograft mouse model, and upregulation of proliferating cell nuclear antigen (PCNA) and Ki-67 in the HCC tumors. Furthermore, KiSS1 increased the angiogenic capacity by upregulation of the vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) and CD31. Based on these observations, we infer that KiSS1 not only induces HCC proliferation, but also increases the metastatic potential by increasing the migratory ability and angiogenic capacity.
Hyo-Eun Son;Young-Sik Kim;YongBin Kim;SeonTae Na;HongJun Kim
Herbal Formula Science
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v.31
no.4
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pp.373-388
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2023
Objectives : This study aimed to provide basic data for research by investigating non-clinical experimental studies on herbal medicines and its compounds for precocious puberty. Methods : A search was conducted for all literature until October 2023 using combinations of keywords such as precocious puberty, puberty, and chinese medicine in three databases (Pubmed, OASIS, and ScienceON). Results : 1. In animal experiments, studies were mainly conducted using a model that induced precocious puberty by subcutaneously administering danazol to SD rats on the 5th day after birth, and in cell experiments, precocious puberty was induced by treating GT1-7 cells with kisspeptin 10 or estradiol. 2. Anemarrhenae Rhizoma, Phellodendri Cortex, and Prunellae Spica were mainly used as herbal medicine to evaluate their efficacy on precocious puberty in non-clinical experiments. 3. Macroscopic observation, hematological analysis, histological analysis, and genetic analysis were performed as methods to analyze the experimental results. Conclusions : In this study, the effects of herbal medicine on precocious puberty and non-clinical research methods were confirmed. Based on the results of this study, it is expected that non-clinical effectiveness and mechanism research on materials that are clinically effective in Traditional Korean Medicine will be revitalized.
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