The Neurosteroid Progesterone Underlies Estrogen Positive Feedback of the LH Surge

Our understanding the steroid regulation of neural function has rapidly evolved in the past decades. Not long ago the prevailing thoughts were that peripheral steroid hormones carried information to the brain which passively responded to these steroids. These steroid actions were slow, taking hours to days to be realized because they regulated gene expression. Over the past three decades, discoveries of new steroid receptors, rapid membrane-initiated signaling mechanisms, and de novo neurosteroidogenesis have shed new light on the complexity of steroids actions within the nervous system. Sexual differentiation of the brain during development occurs predominately through timed steroid-mediated expression of proteins and long term epigenetic modifications. In contrast across the estrous cycle, estradiol release from developing ovarian follicles initially increases slowly and then at proestrus increases rapidly. This pattern of estradiol release acts through both classical genomic mechanisms and rapid membrane-initiated signaling in the brain to coordinate reproductive behavior and physiology. This review focuses on recently discovered estrogen receptor-α membrane signaling mechanisms that estradiol utilizes during estrogen positive feedback to stimulate de novo progesterone synthesis within the hypothalamus to trigger the luteinizing hormone (LH) surge important for ovulation and estrous cyclicity. The activation of these signaling pathways appears to be coordinated by the rising and waning of estradiol throughout the estrous cycle and integral to the negative and positive feedback mechanisms of estradiol. This differential responsiveness is part of the timing mechanism triggering the LH surge

DISTURBANCE OF THE PROGESTERONE AND ITS METABOLITES SYNTHESIS IN THE DEVELOPMENT OF NEUROLOGICAL DISORDERS IN CHILDREN AFTER CYTOMEGALOVIRUS INFECTION DURING PREGNANCY

Cytomegalovirus (CMV) infection is one of the causes of congenital neurological disorders and the virus itself is the most common viral  agent causing an imbalance in the production of placenta  progesterone and its neuroactive metabolites – allopregnenolone and 5α-dihydroprogesterone. The aim was to evaluate the concentration  of progesterone and its metabolites – 5α-dihydroprogesterone and  allopregnenolone – in placenta during exacerbation of CMV infection  in the first trimester of pregnancy, and the impact of these  disturbances on the development of neurological disorders in children. We examined 30 pregnant women with exacerbation of  CMV infection in the first trimester of pregnancy and 30 pregnant  women with latent disease; and later their newborns. The enzyme  immunoassay was used to determine  concentration of progesterone  in placenta; the histochemical method – to determine 5α-dihydroprogesterone and allopregnenolone. Newborns underwent  neurosonography studies. Exacerbation of CMV infection in the first  trimester of pregnancy decreased progesterone in placenta by 1.3  times, 5α-dihydroprogesterone – by 1.73 times and allopregnenolone – by 2 times. Ultrasound examination of the brain  showed ventriculomegaly, periventricular ischemia, and pseudocysts  in newborns up to one year from mothers with exacerbation of CMV  during pregnancy. Later, minimal brain dysfunctions were manifested by motor disorders, increased general, vegetative excitability, and a  tendency to digestive and sleep disorders. The data obtained  indicate that the exacerbation of CMV infection in the first trimester  of pregnancy is interrelated with a decrease in the concentration of progesterone and its metabolites (5α-dihydroprogesterone, allopregnenolone) in the placenta and development of neurological dysfunction in newborns

Neurosteroids and maternal behaviour

Maternal behaviour is exhibited by female rats post partum. This includes, nest building, nursing, pup retrieval, licking and grooming. Lactating mothers also show maternal defense behaviour with aggression directed against conspecifics. This behaviour has been attributed, in part, to the dramatic changes in steroid and neuropeptide hormones that accompany pregnancy and parturition.Peripheral steroid release is required for normal parturition and lactation. The brain is also a target for steroid hormones and evidence suggests that central release of steroid and peptides can induce many maternal behaviour. Neurosteroids are known to modulate a wide range of neurotransmitter and receptor systems in the central nervous system. They affect primary excitatory and inhibitory systems (glutamate and gamma amino butyric acid (GABA), and so regulate a range of behaviours including learning, anxiety, cognition, sexual behaviour and aggression. 5a- reductase type 1 (5a -R) and 3a- hydroxysteroid dehydrogenase (3a -HSD) are the two enzymes involved in the synthesis of neurosteroids; allopregnenolone (Allop) and tetrahydrodeoxycorticosterone (THDOC) in the brain from progesterone and deoxycorticosterone, respectively. In this study, brain regions such as the supraoptic nucleus (SON), medial amygdala (mAmyg), medial preoptic nucleus (MPO), bed nucleus of stria terminalis (BNST), and paraventricular nucleus (PVN) were activated in lactating mothers following the exhibition of maternal aggressive behaviour. Using immunocytochemistry for the immediate early gene (Fos -IR) as a marker of neuronal activation, there were approximately two to three folds more Fos -immunoreactive (Fos -IR) cells, in each brain region analysed in the aggressive lactating dams compared with non -aggressive controls.In brain regions such as the SON, mAmyg, MPO, BNST and PVN the Fos -IR cells were also double labelled for 5a -R and 3a -HSD. Glutamic acid decarboxylase (GAD) labelled cells were also observed in these brain regions but there were no Fos -IR cells labelled for GAD in any of the brain regions analysed. Together these results implicate neurosteroids in the exhibition of maternal aggression. Activation of cells containing the enzymes 5a -R and 3a -HSD suggest that neurosteroid synthesis in specific brain regions may play a role in regulating aggressive behaviour perhaps through the GABAergic mechanism, but further work is warranted

Gelsemine and Gelsemium sempervirens L. Extracts in Animal Behavioral Test: Comments and Related Biases

[no abstract available

Premenstrual enhancement of snake detection in visual search in healthy women

It is well known that adult humans detect images of snakes as targets more quickly than images of flowers as targets whether the images are in color or gray-scale. When such visual searches were performed by a total of 60 adult premenopausal healthy women in the present study to examine whether their performance would fluctuate across the phases of the menstrual cycle, snake detection was found to become temporarily enhanced during the luteal phase as compared to early or late follicular phases. This is the first demonstration of the existence of within-individual variation of the activity of the fear module, as a predictable change in cognitive strength, which appears likely to be due to the hormonal changes that occur in the menstrual cycle of healthy women

Effects of the neuroesteroid allopregnenolone on ovarian morpho-physiology. Potential clinical veterinary application

Los esteroides sintetizados y metaboliza-dos en el sistema nervioso central (SNC) se denominan neuroesteroides y poseen un alto potencial de uso far-macológico en la regulación endócrina del síndrome pre menstrual y post menopáusico. En este trabajo se aborda el efecto potencial sobre la fertilidad y aspectos de la bio-logía reproductiva de la hembra. Allopregnenolona (ALLO) es un metabolito activo de progesterona (Pg). Presenta propiedades a nivel del SNC tales como la reducción de la ansiedad y la potenciación de la memoria. Su concentra-ción varía durante el ciclo estral, la preñez y en situaciones de estrés. Previamente probamos que ALLO administra-da intracerebroventricular (icv) en una dosis farmacológi-ca (6µM) ejerce efectos sobre parámetros reproductivos. Produjo inhibición de la hormona luteinizante (LH), de la ovulación y de la receptividad sexual; indujo un aumento de los niveles de Pg y prolactina sérica. A nivel central se conoce que actúa sobre el receptor GABA, pero en ovario aún se desconocen los mecanismos de acción. Hipoteti-zamos que el efecto de ALLO podría extenderse a la mor-fo-fisiología ovárica. Determinamos, con la misma dosis los efectos de ALLO i.c.v. sobre el proceso de regresión lútea, la concentración de Pg ovárica y sérica, el proceso de apoptosis en folículos y la morfometría ovárica junto con la evaluación de la proliferación celular y la angiogé-nesis en cuerpos lúteos. Objetivos: evaluar el efecto de la administración de ALLO intrabursa a las 24 y 120 h (2 estros consecutivos) sobre la apoptosis, la angiogénesis y sobre la morfo-fisiología ová-rica de la rata adulta en ciclo. Determinar mediante una curva dosis/respuesta la dosis efectiva en este modelo experimental

Efectos del Neuroesteroide Allopregnenolona sobre receptores de progesterona ováricos

Allopregnenolona (ALLO) es un neuroesteroide y el principal metabolito activo de progesterona. Presenta múltiples propiedades a nivel del SNC tales como la reducción de la ansiedad, la potenciación de la memoria y el aprendizaje, así como efectos neuroprotectores. Su concentración varía durante el ciclo estral, la preñez y en situaciones de estrés. Previamente probamos que ALLO, icv en dosis farmacológica (6µM) ejerce efectos sobre diversos parámetros reproductivos. Produjo una inhibición de la secreción de hormona luteinizante (LH), la ovulación y la receptividad sexual, además, indujo un aumento de los niveles de Pg y prolactina sérica. A nivel central se conoce que ejerce sus efectos a través del receptor GABAA, pero en el ovario aún se desconocen los mecanismos de acción. Hipotetizamos que el efecto de ALLO se extiende hacia la morfo-fisiología ovárica. Determinamos, entonces, los efectos de ALLO i.c.v. sobre la expresión de receptores de progesterona clásicos (RP) en el ovario

Il parametro "Residence Time" predice l'efficacia neurosteroidogenica e l'attivita ansiolitica di un ligando indirizzato alla proteina TSPO

Il Traslocatore proteico 18kDa (TSPO) è una proteina costituita da cinque domini transmembrana, localizzata sulla membrana mitocondriale esterna, in particolare nei punti di contatto tra membrana esterna ed interna del mitocondrio. Nonostante il TSPO sia una proteina ubiquitaria, risulta altamente espresso nei tessuti steroidogenici quali rene, surrene e gonadi a livello periferico, e nella glia a livello centrale. Studi in vivo e in vitro hanno dimostrato che il TSPO fa parte del complesso multiproteico che determina la traslocazione del colesterolo dal citoplasma alla membrana mitocondriale interna (considerato lo stadio limitante la steroidogenesi), dove l’enzima citocromo P450 CYP11A1 lo converte in pregnenolone, il precursore di tutti gli steroidi. A livello centrale tali steroidi prendono il nome di neurosteroidi ed hanno la capacità di modulare l’attività del sistema nervoso. Dato il coinvolgimento di queste molecole endogene in numerose funzioni del SNC e dato che alterazioni dei loro livelli sono state osservate in disordini psichiatrici di diverso tipo tra cui disturbi dell’ansia, depressione e schizofrenia, il TSPO risulta un promettente target farmacologico e i suoi ligandi, quali promotori della neurosteroidogenesi, sono stati proposti come innovativi strumenti terapeutici. Tali molecole, così come le benzodiazepine, mostrano un’azione ansiolitica senza, tuttavia, esercitare i tipici effetti collaterali delle benzodiazepine. I programmi tradizionali di drug discovery basati sull’affinità di legame hanno permesso di ottenere composti altamente affini al TSPO a cui però spesso non corrisponde un’elevata efficacia steroidogenica. Infatti uno dei problemi più ricorrenti riguardo i ligandi del TSPO consiste nella mancanza di correlazione tra affinità di legame ed efficacia steroidogenica. Questo fenomeno ha limitato non solo l’identificazione di composti lead durante i programmi di drug discovery ma ha anche messo in dubbio la specificità degli effetti osservati. Studi recenti hanno mostrato che l’affinità di un farmaco per il suo target non definisce direttamente la sua azione biologica e la sua efficacia, che possono invece essere correlate al tempo che il farmaco spende in contatto con il suo target. Tale parametro è noto come “Residence Time” (RT) e corrisponde al reciproco della costante cinetica di dissociazione (koff). Nel presente lavoro di tesi è stato determinato il valore di RT di alcuni ligandi del TSPO, tra cui composti appartenenti alla classe dei PIGA (composti a struttura fenil-indol-gliossilammidica) e l’XBD173 (chiamato anche Emapunil o AC-5216), un promettente candidato ansiolitico. È stato quindi investigato se il parametro RT è in grado di stimare in maniera più accurata l’efficacia steroidogenica dei ligandi del TSPO rispetto all’affinità di legame. Il valore di RT è stato determinato tramite saggi di binding radioattivo di associazione competitiva su membrane di rene e surrene di ratto utilizzando come probe radioattivo il PK11195 triziato, un ligando classico del TSPO. Successivamente è stata valutata la capacità di tali composti di stimolare la steroidogenesi in un modello di glia (cellule di glioma di ratto, C6) attraverso un saggio immunoenzimatico in termini di produzione di pregnenolone. Infine, per due dei composti testati, PIGA1138 (lungo RT) e PIGA720 (breve RT), in collaborazione con un gruppo di ricerca di farmacologi, è stata valutata l’attività ansiolitica in vivo utilizzando il test Elevated Plus Maze. I dati ottenuti hanno dimostrato che ligandi caratterizzati da un lungo RT sono associati con un’alta efficacia steroidogenica indipendentemente dall’affinità di legame e inoltre presentano un’attività ansiolitica in vivo. Infine per ottimizzare la selezione di ligandi basata sul parametro RT nei processi di drug discovery, è stato messo a punto un metodo di screening più rapido rispetto al laborioso saggio cinetico di associazione competitiva. Questo nuovo approccio richiede due soli tempi di incubazione per testare ogni ligando e sebbene questo metodo non permetta di quantificare esattamente il valore di RT, tramite il parametro noto come “Indice Cinetico” (KI) è possibile predire se un ligando presenta un lungo o breve RT. Nel caso in cui un ligando presenti un lungo RT, questo può successivamente essere determinato con esattezza con il saggio cinetico di associazione competitiva