A D2 dopamin (DA) receptor új, ún. béta-arrestin függő, jelátvivő mechanizmusának szerepe a prolaktin (PRL) elválasztás tónusos DAerg gátló szabályozásában.
Title in English
D2 dopamine receptor signaling and tonic inhibitory regulation of prolactin secretion
Keywords in Hungarian
Dopamin Hypophysis Prolaktin Arrestin Akt PP2A
Keywords in English
Dopamine Pituitary Prolactin Arrestin Akt PP2A
Discipline
Molecular and cellular neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)
34 %
Ortelius classification: Neurobiology
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)
33 %
Endocrinology (Council of Medical and Biological Sciences)
33 %
Ortelius classification: Endocrinology
Panel
Neurosciences
Department or equivalent
Neuromorphological and Neuroendocrine Research Laboratory (Office for Research Groups Attached to Universities and Other Institutions)
Participants
Bodnár, Ibolya Hechtl, Dániel Oláh, Márk
Starting date
2010-02-01
Closing date
2013-07-31
Funding (in million HUF)
17.795
FTE (full time equivalent)
3.39
state
closed project
Summary in Hungarian
A hipofízis elülső lebeny (AL) prolaktin (PRL) elválasztása a hypothalamus neuroendokrin dopaminerg (NEDA) neuronjainak tónusos gátló hatása alatt áll. A dopamin (DA) a NEDA neuronok terminálisaiból az eminentia medianaban a perikapilláris térbe ürül, majd onnan az un. hosszú portális ereken (LPV) keresztül az AL-be kerül, ahol D2 DA receptorokhoz (D2-R) kötődik, melynek hatására a receptorhoz kapcsolt intracelluláris kaszkád mechanizmusok révén a megfelelő (jelen esetben gátló) sejtválasz létrejön. E tónusos gátlás pontos mechanizmusa nem ismert. Korábbi vizsgálatainkban megfigyeltük, hogy szoptató állatokból származó mammotrop sejtek egy rövid szoptatási periódus után részlegesen érzéketlenné válnak a DA gátló hatásával szemben. Ez az ún. “deszenzitizáció” (és az ezzel párhuzamosan megjelenő “tolerancia”) a hypophysealis protein foszfatáz 2A (PP2A) aktivitásának szignifikáns csökkenésével jár együtt. Az általánosan ismert Gi/o-cAMP-PKA jelátvivő útvonal mellett, a D2-R stimulálása az agyalapi mirigyben, a p44/42 extracellulárisan szabályozott kináz (ERK 1/2) aktivitásának csökkenésével is járhat. A közelmúltban vált ismertté, hogy a corpos striatum D2-R jelátvitelében a beta-arrestin nem csupán a deszenzitizációban játszik szerepet, hanem, akár párhuzamosan, jelátvivő útvonalként is működhet. Ebben az un. beta-arrestin dependens (ugyanakkor G-fehérje independens) jelátviteli folyamatban, a DA folyamatos („tónusos”) jelenléte esetén, a beta-arrestin, protein kináz B (Akt) és a PP2A egymáshoz kapcsolódik, és a PP2A defoszforilálja az Akt-ot azaz inaktiválja a hozzá kötött kaszkád működését (a sejt túlélésének szabályozását). A hypophyseotrop DAerg rendszerben történő fiziológiás (szopás, stressz) és/vagy farmakológiai (DA bioszintézis gátló és/vagy D2-R antagonista) beavatkozás utáni ERK1/2, Akt és GSK alpha/beta foszforiláció megváltozásának részletes vizsgálatát tervezzük. Előkísérleteink eredményeink egyértelműen arra utalnak, hogy a hypophysis mammotrop sejtekben az Akt inaktiváció (defoszforiláció) és a DA tónusos gátló hatása szelektív és specifikus módon összefügg. Ez a kapcsolat magyarázatot adhat a tónusos DAerg gátlás mechanizmusára, továbbá a hypophysis mammotrop sejteken tapasztalt “tolerancia” és “dependencia” szétválásának jelenségére is.
Summary
Secretion of prolactin (PRL) in the anterior lobe (AL) of the pituitary gland is under a persistent (tonic) inhibitory control exerted by the neuroendocrine dopamine (NEDA) neurons of the mediobasal hypothalamus. DA released at the median eminence from the NEDA terminals is transported to the AL through the long portal vessels (LPV), where it binds to D2 DA receptors (D2R) that affects intracellular cascade mechanisms resulting the appropriate (inhibition) cellular response. The mechanism of this inhibition is still enigmatic. We have previously observed that mammotropes obtained from lactating rats become partially resistant to DA inhibition following a brief suckling period compared to non-suckled mothers. This, so-called “desensitization” (or “tolerance”) to DA is mediated through by a significant reduction of protein phosphatase 2A (PP2A) activity in the pituitary gland. Besides the known Gi/o-cAMP-PKA pathway, stimulation of D2R leads to a decrease in activated p44/42 extracellular-regulated kinase (ERK1/2) of the pituitary gland. Recently, a new signal-transduction pathway has been described in relation with the striatal D2R that is an arrestin dependent (as well as G-protein independent) mechanism. In this signalling, arrestin is coupled with PP2A that dephosphorylates, therefore, inactivates protein kinase B (Akt). Detailed characterization of changes in phosphorylation of ERK1/2 and Akt following physiological (suckling) and/or pharmacological manipulations of the NEDA system using intact and gene deficiens (arrestin, GSK and D2R KO) animals may help us to explain the exact mechanism of the tonic DA inhibition and the dissociation between “tolerance” and “dependence”.
Final report
Results in Hungarian
Vizsgálatainkban megállapítottuk, hogy a dopamin tartós szinaptikus, extracelluláris jelenléte az arrestin2-Akt-PP2A komplex létrejöttét eredményezi a hypophysis elülső lebenyében is, tehát igazoltunk egy új, ún. GSK-függő jelátvitel bekapcsolódását, amelynek fiziológiás jelentősége még nem teljesen ismert. A dopamin farmakológiás megvonása, ill. a szoptatás a D2-receptorok jelátviteli rendszerében jól kimutatható foszforilációs változásokhoz vezetnek. Azáltal, hogy hímekben a dopamin megvonás (HAL, raclopride, MpT) hatására az Akt és a MAP-kináz foszforilációja jelentősen megemelkedik (mert Akt--arrestin2-PP2A komplex szétkapcsolt állapotba kerül), az alternatív jelátvitel (GSK3) a háttérbe szorul. Ehhez az állapothoz nagymértékben hasonlít az a fiziológiás állapot, amikor laktáló állatokban a szopási stimulus növeli az Akt és a MAPK foszforilációját. A MAPK működése a prolaktin-szekréció szabályozásában közvetlenül nem érintett. A dopamin farmakológiás megvonása és a szoptatási stimulus tehát nagyon hasonló receptoriális mechanizmust kapcsol szét - feltehetőleg a cAMP-mediált jelátvitellel összhangban – így azt gondoljuk, hogy e két rendszer időbeli együttműködése teremtheti meg a tónusos dopaminerg gátlás alapját. A -arrestin függő jelátviteli mechanizmus részletesebb megismerése nemcsak a laktáció során fellépő fiziológiás változások pontosabb feltérképezése céljából fontos, de jelentős többlet információt adhat a különféle DAerg diszfunkcióval járó, a környezeti károsító tényezők kiváltotta kórképek (pl. Parkinson-kór, drog-abúzus stb.) hátterének megismerésében, ill. azok hatékonyabb kezelésében is.
Results in English
It has been demonstrated first time that physiological and pharmacological manipulations of neuroendocrine dopaminerg (NEDA) neurons result in a definitive change of dopamine (DA)-mediated signaling coupled with the -arrestin-Akt-PP2A complex. Pharmacological depletion of DA, parallel with the plasma PRL response, resulted in a distinct increase in the phosphorilation states of Akt in the anterior lobe of the pituitary gland without any detectable changes in cAMP. However the downstream elements of the cascade are not fully understood yet, but involvement of the above mentioned anti-apoptotic pathway is un-doubtful.
Systematic, intraperitoneal (i.p) administration of D2-receptor antagonist haloperidol (HAL) or the most selective raclopride ( RAC) elevated the level of pAkt in the anterior lobe of male, ovarectomized as well as lactating female rats indicating the uncoupling of the above mentiones complex therefore the functional role of a -arrestin-dependent signaling mechanism. Since the suckling stimulus results in a similar increase of PAkt, we can conclude that this alternative signaling mechanism must have been the major player in the mediation of tonic DAerg inhibition of pituitary prolactin secretion.
Hashizume T, Sawada T, Yaegashi T, Saito H, Ahmed AE, Goto Y, Nakajima Y, Jin J, Kasuya E, Nagy GM.: Characteristics of prolactin-releasing response to salsolinol in vivo in cattle., Domest Anim Endocrinol. Jul; 39(1):21-5., 2010
Könczöl K, Bodnár I, Zelena D, Pintér O, Papp SR, Palkovits M, Nagy GM, Tóth EZs.: Nesfatin-1 activates the hypothalamo-pituitary-adrenal axis., Neurochemistry International Oct;57(3):189-97., 2010
Cservenák M, Bodnár I, Usdin TB, Palkovits M, Nagy GM, Dobolyi A.: Tuberoinfundibular Peptide of 39 Residues Is Activated during Lactation and Participates in the Suckling-Induced Prolactin Release in Rat., Endocrinology. Dec;151(12):5830-40., 2010
Heinzlmann A, Köves K, Nagy GM.: Effect of concomitant progesterone administration or the effect of removal of estrogen capsule on changes caused by long-term estrogen treatment in pituitary VIP immunore, Endocrine Jun; 37(3):396-402,, 2010
Fehér P; Oláh M; Bodnár I; Hechtl D; Bácskay I; Juhász B; Nagy GM; Vecsernyés M: Dephosphorylation/inactivation of tyrosine hydroxylase at the median eminence of the hypothalamus is required for suckling-induced prolactin and adrenocorticotrop hormone responses., Brain Res Bull; 82: 141-5, 2010
Terada M; Oláh M; Nagy GM; Taniguchi K; Sato F; Muranaka S; Fungfuang W; Kromkuhn P; Nakada T; Yokosuka M; Saito TR: Plasma prolactin concentrations and copulatory behavior after salsolinol injection in male rats., Reprod Med Biol; 9: 205-9, 2010
Bodnár I; Oláh M; Hechtl D; Wenger T; Góth M; Rettori V; Nagy GM: Role of CB1 cannabinoid receptor in the modulation of pituitary hormone secretion., Front Neurosci online, 2010
Oláh M, Bodnár I; Galit D, Tóth EB, Vecsernyés M, Nagy GM. :: Role of Salsolinol in the Regulation of Pituitary Prolactin and Peripheral Dopamine Release., Reproductive Medicine and Biology. 10(3):143-151., 2011
Bodnar I, Toth EZs, Dobolyi A, Olah M, Nagy GM,: Evidence for the Existence of a Local Sympatho-Endocrine System in the Adenohypophysis of Mice: Expression of Catecholamine-Synthesizing Enzymes in Hormone-Producing Cell, Endocr Rev, Vol. 32 (03_MeetingAbstracts): P1-359, 2011
Oláh M: Új hypothalamo-hypophysealis mechanizmusok szerepe a hypophysis hormonürítésének szabályozásában., PhD Dissertation, Semmmelweis University, 2011
Sawada T; Nakajima Y; Yeagashi T; Saito H; Goto Y; Jin J; Sawai K; Fülöp F; Nagy GM; Hashizume T: Effects of salsolinol on the release of prolactin in male goats., Tokohu J Anim Sci Tech; 60: 116-22, 2011
Hashizume T, Sawada T, Nakajima Y, Yaegashi T, Saito H, Goto Y, Jin J, Fülöp F, Nagy GM.: Bromocriptine inhibits salsolinol-induced prolactin release in male goats., Anim Sci J. 83(1):63-67,, 2012
Yaegashi T; Jin J; Sawada T; Saito H; Fülöp F; Nagy GM; Hashizume T: Effects of photoperiod on salsolinol-induced prolactin secretion in goats., Anim Sci J; 83: 418-25, 2012
Tóth EB; Vecsernyés M; Zelles T; Kádár K; Nagy GM: Role of peripheral and brain-derived dopamine (DA) in immune regulation., Adv Neuroimm Biol; 3: 111-55, 2012
Hashizume T; Yeagashi T; Jin J; sawai K; Fülöp F; Nagy GM: Effects of melatonin on salsolinol-induced prolactin secretion in goats., Anim Sci J;, 2012
Reinhoffer V; Oláh M; Vecsernyés M; Tóth EB; Nagy GM: The regulation of pituitary prolactin secretion: hypothalamic, intrapituitary and intracellular factors and signaling mechanisms., Prolactin, Nagy GM and Tóth BE (eds), InTech, January 23, 2013
Saito TR, Oláh M, Terada M, Nagy GM: The role of prolactin in the regulation of male copulatory behavior, Prolactin, Nagy GM and Tóth EB (eds), InTech, January 23, 2013
Nagy GM and Tóth EB: Prolactin, InTech, January 23, 2013
