P fragner, s L lee 1 and s aratan de Leon



Yüklə 192,55 Kb.
Pdf görüntüsü
tarix26.09.2018
ölçüsü192,55 Kb.
#70779


Differential regulation of the TRH gene promoter by

triiodothyronine and dexamethasone in pancreatic islets

P Fragner, S L Lee

1

and S Aratan de Leon

INSERM U-30, Mécanisme d’Action Cellulaire des Hormones, Hôpital Necker-Enfants-Malades, 149 Rue de Sèvres, Paris, France

1

Division of Endocrinology, Diabetes, Metabolism and Molecular Medicine, New England Medical Center Hospitals, Boston, Massachusetts, USA



(Requests for offprints should be addressed to S Aratan de Leon, Institut National de Santé et Recherche Médicale, INSERM Unité 30,

Hôpital Necker-Enfants-Malades, 149 Rue de Sèvres, 75743 Paris Cedex 15, France; Email: aratan

@necker.fr)

Abstract

TRH was initially found in the hypothalamus and regu-

lates TSH secretion. TRH is also produced by insulin-

containing -cells. Endogenous TRH positively regulates

glucagon secretion and attenuates pancreatic exocrine

secretion. We have previously shown that triiodothyronine

(T

3

) down-regulates pre-pro-TRH gene expression in vivo



and in vitro. The present study was designed to determine

the initial impact of T

3

on rat TRH gene promoter and to



compare this e

ffect with that of dexamethasone (Dex).

Primary islet cells and neoplastic cells (HIT T-15 and RIN

m5F) were transiently transfected with fragments of the

5 -flanking sequence of TRH fused to the luciferase

reporter gene. The persistence of high TRH concen-

trations in fetal islets in culture, probably due to trans-

activating factors, allowed us to explore how T

3

and Dex


regulate the TRH promoter activity in transfected cells

and whether the hormone e

ffect is dependent on the cell

type considered. TRH gene promoter activity is inhibited

by T

3

in primary but not neoplastic cells and stimulated by



Dex in both primary and neoplastic cells of islets. These

findings validate previous in vivo and in vitro studies and

indicate the transcriptional impact of these hormones on

TRH gene expression in the pancreatic islets.



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98

Introduction

Thyrotropin-releasing hormone (TRH) was originally iso-

lated from the hypothalamus (Boler et al. 1969, Burgus

et al. 1969) but is also synthesized in the islets of

Langerhans and localized in insulin-containing cells

(Aratan-Spire et al. 1984a, 1990, Leduque et al. 1987,

1989). Unlike major islet hormones, however, the highest

concentrations of TRH and pre-pro-TRH(160–169)

(pp-TRH) are detected during the early development of

neonatal rat pancreas (Aratan-Spire et al. 1984a, Ebiou

et al. 1992a) and human fetal pancreas (Leduque et al.

1986). This suggests that TRH gene products are involved

in the regulation or growth of fetal islets in an as yet

undefined way.

Hypothalamic TRH stimulates thyrotropin (TSH) se-

cretion (Boler et al. 1969, Burgus et al. 1969). Pancreatic

TRH is involved in the stimulation of glucagon secretion

(Ebiou et al. 1992b) and the inhibition of exocrine pan-

creatic secretion (Fragner et al. 1997). TRH

/

mice



showed obvious hypothyroidism and exhibited hyper-

glycemia accompanied by impaired insulin secretion, but

thyroid hormone replacement does not correct the deficit

in insulin secretion (Yamada et al. 1997). However,

despite its biological contribution as a regulatory peptide in

the adult pancreas, the physiological significance of TRH

in islet development remains an open question. Hence, a

clear picture of the hormonal control of TRH gene

expression may shed light on this point.

The thyroid hormone and the glucocorticoids exert

pleiotropic e

ffects on the endocrine pancreas. Previous

studies have shown that triiodothyronine (T

3

) selectively



inhibits the islet TRH content and secretion. The TRH

content (mRNA and peptide) of the pancreas of hypothy-

roid rats is elevated and this is reversed by exogenous T

3

replacement (Fragner et al. 1998). Conversely, T



3

pro-


duced a dose-dependent decrease in TRH mRNA and

the TRH content in fetal islets in culture (Fragner et al.

1999). In contrast, the synthetic glucocorticoid, dexam-

ethasone (Dex), up-regulates TRH mRNA and TRH of

the pituitary cells in culture (Bruhn et al. 1994), a thyroid

cell line (Tavianini et al. 1989) and in fetal islets in culture

(P Fragner & S Aratan de Leon, unpublished observations).

Two lines of evidence point to T

3

and Dex having a direct



influence on pp-TRH gene expression; the presence of

nuclear T

3

receptors in the pancreas (Lee et al. 1989) and



T

3

receptor binding site consensus sequences in the TRH



promoter (Stevenin & Lee 1995). A glucocorticoid regu-

latory element (GRE) is present on the TRH gene

promoter (Lee et al. 1988) and the pancreatic

-cells are

the only islet cells bearing the glucocorticoid receptor

(Fischer et al. 1990, Delaunay et al. 1997). The DNA

91

Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98

0022–0795/01/0170–091

 2001 Society for Endocrinology Printed in Great Britain

Online version via http://www.endocrinology.org




elements mediating the negative regulation of pp-TRH

gene promoter by T

3

were localized in the promoter-



proximal region between

83 and +46 (Balkan et al.

1998) (Fig. 1). The present study was therefore carried out

to demonstrate the impact of two hormones, thyroid

hormone and glucocorticoid, on the transcription of TRH

gene and to validate previous data (Fragner et al. 1998,

1999), using the transient transfection of several TRH

promoter constructs in neoplastic islet cells and fetal islets

in culture. The persistence of high TRH gene expression

throughout the islet culture period (Scharfmann et al.

1988, Aratan-Spire et al. 1990, Ebiou et al. 1992a) suggests

the presence of high levels of transactivating factors. The

fetal islet in culture are therefore an appropriate model for

investigating the regulation of TRH promoter. The study

of the hormonal regulation of TRH gene promoter

may help link potentially the regulation of TRH gene

expression to islet development and function.

Materials and Methods

TRH promoter constructs

These contain the Pst-Pvu II fragment of rat TRH

genomic

DNA.


Promoter

truncations

(

554/


+84,

242/+84 and

113/+84) were created using

restriction endonucleases. The promoter fragments of

di

fferent lengths were cloned upstream of the luciferase



gene in the vector pA3 LUC (Fig. 1). This vector contains

a trimerized SV40 poly(A) termination site that prevents

transcription readthrough (Wood et al. 1989).

Cell culture

RIN m5F and HIT T-15 are two pancreatic islet cell lines

and 3T3 is a fibroblastic cell line. RIN m5F and 3T3 cells

were cultured in RPMI-1640 and HIT T-15 cells in

DMEM. All the standard media contained 10% fetal

calf serum (FCS) unless otherwise indicated. Cells were

routinely cultured in 5% CO

2

and 95% humidified air at



37 C.

Preparation of islets

Fetal islets were prepared according to Hellerström et al.

(1979). Briefly, fetuses were removed from pregnant

Wistar rats at 21 days of gestation. The day of mating was

considered to be day 0. The fetal pancreases were removed

aseptically, placed in cold Hanks’ balanced salt solution

(HBSS) supplemented with 100 U/ml penicillin and

100 µg/ml streptomycin, and minced. HBSS (4 ml) con-

taining 6 mg/ml collagenase CLS 4 (Worthington Bio-

chemical, Freehold, NJ, USA) were added to each of four

centrifuge tubes containing 10–12 pancreases each. The

tissue was digested in a shaking water bath at 37 C for

8 min. The resulting digests were washed three times with

cold HBSS; the pellets were pooled and resuspended in

500 µl HBSS. Aliquots of this suspension (100 µl) were

finally distributed in 50 mm plastic culture dishes. The

islets were cultured for 5 days in 5 ml RPMI-1640

medium, containing 11 mM glucose, 10% heat inactivated

FCS, 100 U/ml penicillin and 100 µg/ml streptomycin,

at 37 C in a humidified atmosphere of 5% CO

2

. The


medium was changed every day. At the end of the

preculture period, the islets attached to the bottom of the

culture dishes were gently blown free using a sterilized

Pasteur pipette under a stereomicroscope. The fibroblast

layer remaining on the bottom of the culture dishes was

used as a primary non-islet cell (negative) control. The

detached islets were cultured free-floating in 50 mm Petri

dishes which did not permit cell attachment (Falcon 1007;

Falcon Plastics, San Diego, CA, USA), in complete

Figure 1 Schematic representation of three fragments of the pp-TRH gene promoter. The

positions of a putative TATA box, a GRE (Lee et al. 1989) and a T

3

-response element



half-site (TRE) (Stevenin & Lee 1995) are indicated. Promoter fragments of indicated lengths

were cloned upstream of the luciferase gene in the vector pA3 LUC.

P FRAGNER

and others · TRH promoter is inhibited by T



3

and stimulated by Dex in pancreatic islets

92

www.endocrinology.org



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98


RPMI-1640 medium supplemented with 10% FCS

changed every other day.

About 1000 to 1500 islets were obtained from 10–15

fetal pancreases. The islets were distributed as 300–400

islets per dish. The precise number of islets per batch was

determined from the total insulin content per batch and

the insulin content per islet (Ebiou et al. 1992a, Fragner

et al. 1999).

Dispersion of islet cells

Islet cells were dispersed by

placing washed islets (1000–1500) in 500 µl calcium- and

magnesium-free HBSS containing trypsin (0·05%) and

EDTA (0·02%) for 5 min. An equal volume of culture

medium was then added and the remaining intact islets

were mechanically dispersed by mild trituration. The

dispersed islets were washed and suspended in culture

medium (RPMI-1640 containing 10% FCS) before being

used for transfection experiments.



Transfection

The day before transfection, neoplastic cells and the

primary fibroblasts were subcultured in 35 mm culture

dishes (5

10

5

cells/dish). Neoplastic cells as well as



the primary fibroblasts were rinsed once with 1 ml

Opti-MEM (Gibco-BRL, Gaithersburg, MD, USA) and

incubated for 5 h in Opti-MEM medium (1 ml/dish).

This medium contained no serum or antibiotics, but did

contain plasmid DNA (1 µg TRH-LUC reporter gene

DNA/dish) and lipofectamine reagent (Gibco-BRL)

(5 µg/dish) Dispersed islets were treated and transfected

for 5 h exactly as the cell lines except that higher doses of

lipofectamine were used (30 µg/dish). The medium was

then carefully removed, and the cells were incubated

overnight in complete medium containing 10% FCS. The

islets were rinsed twice with PBS and kept in serum-

free RPMI-1640 with 0·1% (w/v) BSA. T

3

or Dex was



added as concentrated sterile solutions. The medium was

not changed during the experiments to avoid repeated

exposure to hormone. Intra-experiment controls were

included in all experiments because the nutritional con-

ditions might change during the 48 h in culture. This

allowed comparison between islets exposed to hormone

(T

3

or Dex) and those exposed to the vehicle alone



(controls).

Cells were harvested, lysed and assayed for luciferase

and -galactosidase activities and protein content.

Luciferase assay

Luciferase activity was detected with

the Promega Luciferase assay system (Promega, Madison,

WI, USA). Light units were measured for 10 s with

a standard luminometer (Berthold Cliniluminometer,

Germany). Luciferase activity was normalized to the

protein concentration (light units/protein).

-Galactosidase assay

Transfection e

fficiency was

monitored in neoplastic cells (HIT T-15, RIN m5F, 3T3)

by cotransfection with CMV- -Gal ( -galactosidase ex-

pression vector linked to CMV promoter) and in primary

cells (islets and fibroblasts), by transfection of parallel dishes

with CMV- -Gal.

-Galactosidase

activity


was

assayed


using

2-

nitrophenyl- -



-galactopyranoside as substrate. Typically,

20 µl lysate was used in a 30 min assay.



Protein measurements

The protein concentrations were measured by Bradford’s

method (Bradford 1976).

Expression of results

Because protein concentrations of all extractions in

previous experiments have been found to be correlated

with


cotransfected

-galactosidase

activity,

relative


light units were monitored by quantification of protein

concentration, in lieu of -galactosidase for simplicity.



Histochemical staining for -galactosidase assay

Dispersed islets (groups of 200) transfected with the

pCMV- -Gal were harvested after 72 h, and the percent-

age of


-Gal-expressing cells was determined by

-galactosidase histochemical staining. Intact islets were

used in parallel to allow comparison (Saldeen et al. 1996).

The islets were washed twice in PBS, fixed in 2%

formaldehyde and 0·2% glutaraldehyde and washed again.

The fixed islets were incubated in a chromogenic solution

(5 mmol/l potassium ferricyanide, 5 mmol/l potassium

ferrocyanite, 2 mmol/l MgCl

2

and 1 mg/ml 5-bromo-4-



chloro-3-indolyl- -

-galactopyranoside) at 37 C for 24 h

after which they were washed twice and resuspended in

PBS. Cells staining deep blue-green were regarded as

positive and photographed.

Statistical analysis

The e


ffect of the hormones on luciferase activity was

compared by ANOVA using a one-factor model for

repeated measures. Di

fferences were considered signifi-

cant if P

<0·05. All data are expressed as means ..

Results

Three cell lines and primary fibroblasts were tested for the

basal activity of TRH-LUC expression vectors. The

luciferase activity of the reporter gene was expressed with

respect to protein concentration. Figure 2 shows the

relative luciferase activity of three TRH promoter con-

structs, normalized to the protein concentration. Each

TRH-LUC construct was transfected into HIT T-15,

RIN m5F and 3T3 cell lines and primary fibroblasts in

culture. To allow comparison of basal activities across cell



TRH promoter is inhibited by T

3

and stimulated by Dex in pancreatic islets ·

P FRAGNER

and others

93

www.endocrinology.org



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98


lines, the relative luciferase activity of each TRH-LUC

construct has been compared with that of CMV-LUC as

maximum activity (i.e. to 100 in all cases). The luciferase

activity was about 8-fold higher in HIT T-15 and 3T3 cell

lines than in RIN m5F cells and primary fibroblasts.

Among the islet cell lines, the highest activity was always

found in HIT T-15 cells transfected with the TRH-LUC

(

242/+84) construct.



In pilot experiments HIT T-15 cells were transfected

with TRH-LUC constructs containing the fragments

554/+84,

242/+84 or

113/+84, to determine

the length of TRH promoter fragment needed to mediate

hormone regulation. Hormone (T

3

or Dex) was added to



the medium 24 h after the transfection for another 24 h.

The basal activity of all three TRH-LUC constructs

remained unchanged following exposure of the transfected

cells to T

3

(10


8

M, 24 h). In contrast, Dex (10

7

M)

increased the basal activity of both TRH-LUC (



554/

+84) and TRH-LUC (

242/+84) by 100%, while that

of TRH-LUC (

113/+84) remained unchanged (Fig.

3). Similar results were obtained with RIN m5F cells

transfected with TRH-LUC constructs of various lengths.

The transfection e

fficiency of dispersed islet cells was

compared with that of intact islets by histochemical

staining. Dispersed islet cells and intact islets were trans-

fected with the CMV- -Gal vector. Cells were harvested

3 days after transfection and

-Gal-positive cells assayed.

In

contrast


to

intact


islets,

very


poorly

stained,


lipofectamine-mediated transfection yielded an average of

29

8% -Gal-positive islet cells. Figure 4 shows a typical



histochemical staining of 20–25% -Gal-positive cells.

The e


ffects of T

3

and Dex on primary islet cells and



fibroblasts transfected with TRH-LUC (

242/+84)


construct were then tested. T

3

(24 h, 10



8

M) inhibited

the basal luciferase activities in the islet cells and primary

fibroblasts by 50%. In contrast, Dex (24 h, 10

7

M)

increased the basal luciferase activity of TRH-LUC by



100% but only in primary islet cells. Dex was without

e

ffect on the luciferase activity of transfected fibroblasts



(Fig. 5).

The specificity of the hormone regulation was deter-

mined by comparison with CMV-LUC vector activity

following normalization by protein concentration. T

3

and Dex did not a



ffect the basal luciferase activity of

CMV-LUC vector transfected into the primary islet cells

and fibroblasts (Fig. 5). Likewise, the cells transfected with

Figure 2 The basal activities of TRH-LUC constructs in neoplastic

cells (HIT T-15, RIN m5F and 3T3 cells) and primary fibroblasts.

Neoplastic cells and primary fibroblasts (5

10

5



cells/dish) were

transfected with the indicated TRH-LUC constructs (1 g/dish)

using lipofectamine (5 g/dish) for 5 h, in OPTI-MEM medium

without FCS or antibiotics. Cell lysates were assayed for luciferase

activity and protein content. The luciferase activity was normalized

to the protein content. The relative luciferase activity of each

TRH-LUC construct was compared with that of CMV-LUC. The

values are means

S.E.

of triplicate transfections in three



independent experiments. Results are similar following the

normalization of the data to the -Gal activity in cotransfected

neoplastic cells.

Figure 3 Regions of the TRH promoter mediating hormonal

regulation. The HIT T-15 cells (5

10

5

/dish) were transfected by



incubation for 5 h with the indicated TRH-LUC constructs

(1 g/dish) using lipofectamine (5 g/dish) in serum- and

antibiotic-free Opti-MEM medium. The medium was removed and

complete medium containing 10% FCS was added for 24 h. The

medium was again replaced with fresh serum-free medium

containing 0·1% BSA with or without hormone (T

3

(10


8

M), Dex


(10

7

M) or control (C)) for a further 24 h. Cells were then



harvested and cell lysates were assayed for luciferase activity and

protein content. The relative basal activity of each TRH-LUC

construct was normalized to the protein content (arbitrary light

units/protein content). Data are means

S.E.

of at least three



independent experiments.

P FRAGNER

and others · TRH promoter is inhibited by T

3

and stimulated by Dex in pancreatic islets

94

www.endocrinology.org



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98


the promoterless LUC vector displayed no activity in the

absence or presence of hormone (T

3

or Dex).


Discussion

This description of the pp-TRH promoter activity and its

hormonal regulation in the pancreatic islet cells compares

the e


ffects of T

3

and Dex on the basal activities of the



TRH promoter following the transient transfection of

neoplastic and primary islet cells with di

fferent promoter

sequences. The promoter constructs used do not possess

islet-cell specificity, since they can be expressed in islet

and non-islet (fibroblasts, 3T3) cells, as well as TRH

+

(fetal islets) and TRH



(HIT T-15 and RIN m5F) cells

Figure 4 -Galactosidase histochemical staining assay. Dispersed islet cells (equivalent

of 200 islets) were transfected with 1 g pCMV- -Gal, using 30 g lipofectamine.

In parallel, intact islets were used in the same experimental conditions, to allow

comparison. Cells were harvested 3 days later and stained for -galactosidase activity.

(a, b) Dispersed islets (magnification

200); (c) dispersed islets (magnification

400);

(d) intact islets. -Gal-positive cells are dark green-blue, whereas untransfected cells



are sometimes light green. Staining appears dark in the figure. -Gal-positive cells

represent 20–25% of the dispersed islet cells.



TRH promoter is inhibited by T

3

and stimulated by Dex in pancreatic islets ·

P FRAGNER

and others

95

www.endocrinology.org



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98


derived from pancreatic islets. The basal activity in all cell

types tested suggests the presence of ubiquitous transcrip-

tion factors interacting with common basal promoter

elements. The data also suggest that there are suppressor

sequences in the TRH-LUC (

554/+84) construct,

which has less basal activity than TRH-LUC (

242/


+84). The promoter-proximal region was reported to

contain the DNA elements necessary for the inhibitory

regulation of the pp-TRH gene promoter by T

3

: deletion



analysis localized the element mediating the negative

regulation in the region between

83 and +46 and the

sequence between +12 and +46 was found to be essential

for inhibitory regulation by thyroid hormone (Balkan et al.

1998). However, because of low basal activity found in the

cell types used in the present study, the TRH-LUC

(

113/+84) construct was not appropriate to show the



negative regulation by T

3

.



The basal activity of the TRH promoter was greatest in

HIT T-15 cells, while RIN m5F cells had the lowest basal

activity. HIT T-15 cells transfected with TRH-LUC

constructs of di

fferent lengths were exposed to T

3

and



Dex to compare the hormonal regulation of the TRH

promoter. As shown in Fig. 3, only TRH-LUC (

554/

+84) and TRH-LUC (



242/+84) were hormone-

sensitive, while TRH-LUC (

113/+84) was not.

Moreover, TRH-LUC (

242/+84) displays higher

level of expression than TRH-LUC (

554/+84); there-

fore it was selected as the most appropriate construct for

showing the hormonal regulation of the TRH promoter.

The comparison of the transfection e

fficiency in primary

and neoplastic islet cells was concluded following normal-

ization of the luciferase activity to the cell protein content.

For a given amount of protein, the luciferase activity was

4- to 5-fold lower in primary islet cells than in primary

fibroblasts or in neoplastic cells. This lower activity is due,

at least in part, to the percent of cells which are e

ffectively

transfected. As visualized by immunostaining in Fig. 4,

only 25% of dispersed islet cells are -Gal-positive.

Compared with neoplastic cells, islet cells were thus

transfected with higher doses of lipofectamine. DNA/

lipofectamine ratio was 1:30 in all transfections of dis-

persed islet cells with approximately 200 islets (equivalent

of 3–5

10

5



cells/2 ml per dish). This appeared to give

the optimal transfection e

fficiency without any significant

cytotoxic e

ffect as evidenced by the unaffected cell protein

contents 3 days after transfection. It can not be excluded,

however, that part of the islet cells were lost before the

transfection, following the trypsination of the intact islets.

Nevertheless, the dispersed islet cells are more easily

transfected than the cells of intact islets. This is probably

because more cells are exposed to the transfection agents

after dispersion.

The principal finding of this study is that the promoter

is influenced di

fferently by T

3

and Dex. T



3

inhibits and

Dex stimulates the luciferase activity of TRH-LUC

(

242/+84). To rule out any potential vector-mediated



artifact (Lopez et al. 1993, Maia et al. 1996) and

to demonstrate the specificity of the regulation of the

pp-TRH promoter construct, we also used the CMV

promoter in a CMV-LUC construct as well as a pro-

moterless vector. In contrast to the promoterless vector,

CMV-LUC displays high luciferase activity in primary

and neoplastic islet and non-islet cells, but both are

insensitive to T

3

and Dex. Our data demonstrate that the



negative regulation by T

3

is restricted to primary cells



(islets and fibroblasts). There was no change in the basal

Figure 5 Changes in rat TRH promoter activity in transfected islet

cells by T

3

and Dex. Fetal islets were prepared, cultured and



dispersed. Dispersed islets (equivalent of 200 islets or 3–5

10

5



cells/dish) were transferred to serum- and antibiotic-free

Opti-MEM medium containing lipofectamine (30 g/dish) and

transfected by incubation for 5 h with plasmid TRH-LUC

(

242/



+84) (1 g/dish). Pancreatic fibroblasts (5 10

5

cells/dish) were also transfected with the same construct



(1 g/dish), and lipofectamine (5 g/dish). The medium was

removed and complete medium containing 10% FCS was added

for 18 h. The medium was again replaced with fresh serum-free

medium containing 0·1% BSA, with or without T

3

(10


8

M) or


Dex (10

7

M) for a further 24 h. Islet cells and fibroblasts were



harvested, lysed and assayed for luciferase activity (arbitrary light

units) under basal conditions (no hormone) or after incubation

with T

3

or Dex. The activity of 50 ng control plasmid CMV-LUC



was also measured under basal conditions and after T

3

or Dex



treatment. The luciferase activities were normalized to the protein

concentrations. The changes in luciferase activity following T

3

and


Dex treatment are reported as the ratio to basal luciferase activity

(100%).


P FRAGNER

and others · TRH promoter is inhibited by T



3

and stimulated by Dex in pancreatic islets

96

www.endocrinology.org



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98


activities of any TRH-LUC construct following transfec-

tion with neoplastic cells (HIT T-15, RIN m5F or 3T3).

In contrast, Dex increases TRH-LUC (

242/+84)


activity in primary islet cells and neoplastic cells of islets.

The synthetic glucocorticoid has no e

ffect on non-islet

cells (primary fibroblasts or 3T3 cells).

The pp-TRH gene belongs to the family of T

3

-



responsive genes that includes

- and


-subunits of the

TSH gene and epidermal growth factor receptor gene,

whose expression is negatively regulated by T

3

at the level



of gene transcription (Lezoualc’h et al. 1992). T

3

inhibition



of pp-TRH gene promoter requires the thyroid receptor

(TR)–T


3

complex and an additional co-suppressor

protein, which may form a bridge between the TR–T

3

complex and the transcription initiation complex (Feng



et al. 1994, Li et al. 1996, Satoh et al. 1996). T

3

receptor is



present at very low levels, even in highly responsive cells.

Interactions of the receptor with specific DNA sequences

can only be examined using partially purified and concen-

trated receptor. It has been reported that a thyroid

hormone-response element of the insulin gene enhancer

responds to thyroid hormone in COS-7 cells bearing the

nuclear TR, but not in HIT T-15 cells (Clark et al. 1995).

Cotransfection with TR was often a prerequisite for

T

3

-responsiveness of cells transfected with TRH promoter



constructs (Höllenberg et al. 1995). The activity of the

sequence also depends on the relative concentrations of

other unknown transcription factors. Our results indicate

that T


3

may inhibit TRH promoter activity, at least in

primary islets and fibroblasts that possess T

3

receptor sites



(Lee et al. 1989). Our previous results already indicated

changes in the steady-state concentrations of pp-TRH

mRNA and TRH. However, these changes may be due

to changes in pp-TRH mRNA stability or in transcrip-

tional activity. The present results mirror the changes in

pp-TRH mRNA: the T

3

-dependent inhibition of TRH



gene expression in cultured islets is of the same magnitude

(50%) as the decrease in the promoter activity in the

presence of T

3

. Our data are also consistent with



the results obtained in vivo on hypothyroid rats where the

steady-state concentrations of islets pp-TRH mRNA and

TRH contents markedly increase, and T

3

replacement



restores the euthyroid levels. Taken together, the consist-

ency of the changes obtained by di

fferent approaches

makes it highly unlikely that these are artifacts produced

by transfection experiments and indicates that the hor-

mone first regulates pp-TRH transcription. The initial

impact should produce a cascade of inhibition of the

messenger, content, and secretion of TRH (Wolf et al.

1984, Aratan-Spire et al. 1984b, Fragner et al. 1998, 1999).

The regulation by Dex of the pp-TRH promoter

activity contrasts with the action of T

3

. The glucocorticoid



receptor is present in the pancreatic -cells (Fischer et al.

1990, Delaunay et al. 1997). Dex stimulates the luciferase

activity of TRH-LUC (

242/+84) in primary islet cells

and cell lines derived from pancreatic islets. It is without

e

ffect on the same construct in the primary fibroblasts and



3T3 cells.

As for the T

3

e

ffect, Dex-associated regulation was



assayed on TRH-LUC (

242/+84) construct, which

contains GRE sequence. Previous studies examining glu-

cocorticoid regulation of the rat TRH promoter demon-

strated that the sequence at

200 of the rat TRH gene

can bind to glucocorticoid receptors in vitro. Also, transient

transfection studies in a cell line containing endogenous

glucocorticoid receptors demonstrated a 4- to 6-fold

stimulation by Dex (Lee et al. 1989, Stevenin & Lee

1995). As expected, TRH-LUC (

113/+84) construct

lacking GRE sequence was not sensitive to the Dex e

ffect.


Taken together these data suggest that as for other

glucocorticoid-responsive genes in the islets (Jamal et al.

1991, Hamamdzic et al. 1995, Khan et al. 1995), Dex

regulates pp-TRH promoter activity after binding to islet

glucocorticoid receptors which then interact with the

GRE sequence. The hormonal regulation of pp-TRH

promoter appears not to be islet cell-specific, since the

pp-TRH promoter in hypothalamic neurons is also

negatively regulated by T

3

(Lezoualc’h et al. 1992); like-



wise, T

3

inhibits while Dex stimulates pp-TRH promoter



activity in rat embryonic cardiomyocytes (Shi et al. 1997).

In summary, data obtained using fetal islets raise the

possibility that age-dependent decrease in TRH gene

expression is due, at least in part, to extra-insular (hormo-

nal) events. The molecular mechanism of how transcrip-

tion is regulated and factors involved in this event remain

to be elucidated.

References

Aratan-Spire S, Wolf B & Czernichow P 1984E

ffects of hypo- and

hyperthyroidism on pancreatic TRH-degrading activity and TRH

concentrations in developing rat pancreas. Acta Endocrinologica 106

209–214.


Aratan-Spire S, Wolf B, Portha B, Bailbé D & Czernichow P 1984b

Streptozotocin treatment at birth induces a parallel depletion of

thyrotropin-releasing hormone and insulin in the rat pancreas

during development. Endocrinology 114 2369–2373.

Aratan-Spire S, Scharfmann R, Lechan RM, Armen H & Tashjian J

1990 proTRH gene expression by fetal pancreatic islets in

culture. Biochemical and Biophysical Research Communications 168

952–958.


Balkan W, Tavianini MA, Gkonos P & Roos BA 1998 Expression of

rat thyrotropin-releasing hormone (TRH) gene in TRH-producing

tissues of transgenic mice requires sequences located in exon 1.

Endocrinology 139 252–259.

Boler J, Enzman F, Folkers K, Bowers CY & Schally AV 1969 The

identity of chemical and hormonal properties of the thyrotropin-

releasing hormone and pyroglutamyl-histidyl-proline amide.



Biochemical and Biophysical Research Communications 37 705–710.

Bradford M 1976 A rapid and sensitive method for the quantification

of microgram quantities of protein utilizing the principle of

protein-dye binding. Annals of Biochemistry 72 248–254.

Bruhn TO, Bolduc TG, Rondeel JMM & Jackson IMD 1994

Thyrotropin-releasing hormone gene expression in the anterior

pituitary. II. Stimulation by glucocorticoids. Endocrinology 134

821–825.


TRH promoter is inhibited by T

3

and stimulated by Dex in pancreatic islets ·

P FRAGNER

and others

97

www.endocrinology.org



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98


Burgus R, Dunn TF, Desiderio D & Guillemin R 1969 Structure

moléculaire du facteur hypothalamique hypophysiotrope TRF

d’origine ovine: mise en évidence par spectrométrie de masse de la

séquence PGA-His-ProNH2. Comptes Rendus de l’Académie des



Sciences (Paris) D 269 1870–1873.

Clark AR, Wilson ME, London NJM, James RFL & Docherty K

1995 Identification and characterization of a functional retinoic

acid/thyroid hormone-response element upstream of the human

insulin gene enhancer. Biochemical Journal 309 863–870.

Delaunay F, Khan A, Cintra A, Davani B, Ling Z-C, Andersson A,

Östenson C-G, Gusta

ffson JA, Efendic S & Okret S 1997

Pancreatic

cells are important targets for the diabetogenic e

ffects

of glucocorticoids. Journal of Clinical Investigation 100 2094–2098.



Ebiou J-C, Bulant M, Nicolas P & Aratan-Spire S 1992Pattern of

thyrotropin-releasing hormone secretion from the adult and neonatal

rat pancreas. Comparison with insulin secretion. Endocrinology 130

1371–1380.

Ebiou JC, Grouselle D & Aratan-Spire S 1992Antithyrotropin-

releasing hormone serum inhibits secretion of glucagon from isolated

perfused rat pancreas: an experimental model for positive feedback

regulation of glucagon secretion. Endocrinology 131 765–771.

Feng P, Li QL, Satoh T & Wilber JF 1994 Ligand (T3) dependent

and independent e

ffects of thyroid hormone receptors upon human

TRH gene transcription in neuroblastoma cells. Biochemistry and



Biophysical Research Communications 200 171–177.

Fischer B, Rausch U, Wollny P, Westphal H, Seitz J & Aumuller G

1990 Immunohistochemical localization of the glucocorticoid

receptor in pancreatic -cells of the rat. Endocrinology 126

2635–2641.

Fragner P, Presset O, Bernad N, Martinez J & Aratan-Spire S 1997 A

new biological contribution of cyclo(His-Pro) to the peripheral

inhibition of pancreatic secretion. American Journal of Physiology 273

(Endocrinology and Metabolism 36) E1127–E1132.

Fragner P, Quette J & Aratan-Spire S 1998 Thyroid status and the

regulation of thyrotropin-releasing hormone synthesis in rat

pancreatic islets. Comparison with insulin regulation. Biochemical and



Biophysical Research Communications 247 564–568.

Fragner P, Ladram A & Aratan de Leon S 1999 Triiodothyronine

down-regulates TRH synthesis and decreases pTRH(160–169) and

insulin release from fetal rat islets in culture Endocrinology 140

4113–4119.

Hamamdzic D, Duzic E, Sherlock JD & Lanier SM 1995 Regulation

of -adrenergic receptor expression and signaling in pancreatic

-cells. American Journal of Physiology 269 E161–-E171.

Hellerström C, Lewis NJ, Borg H, Johnson R & Freinkel 1979

Method for large-scale isolation of pancreatic islets by tissue culture

of fetal rat pancreas. Diabetes 28 769–776.

Höllenberg AN, Monden T, Flynn TR, Boers M-E, Cohen O &

Wondisford FE 1995 The human thyrotropin-releasing hormone

gene is regulated by thyroid hormone through two distinct classes

of negative thyroid hormone response elements. Molecular

Endocrinology 540–550.

Jamal H, Jones PM, Byrne J, Suda K, Gatei MA, Knase SM &

Bloom SR 1991 Peptide contents of neuropeptide Y, vasoactive

intestinal polypeptide, and -calcitonin gene-related peptide and

their messenger ribonucleic acids after dexamethasone treatment in

the isolated rat islets of Langerhans. Endocrinology 129 3372–3380.

Khan A, Hong-Lie C & Landau BR 1995 Glucose-6-phosphatase

activity in islets from ob/ob and lean mice and the e

ffect of

dexamethasone. Endocrinology 136 1934–1938.



Leduque P, Aratan-Spire S, Czernichow P & Dubois PM 1986

Ontogenesis of thyrotropin-releasing hormone in the human fetal

pancreas. Journal of Clinical Investigation 78 1028–1034.

Leduque P, Aratan-Spire S, Wolf B, Dubois P & Czernichow P 1987

Localization of thyrotropin-releasing hormone- and insulin-

immunoreactivity in the pancreas of neonatal rats after injection of

streptozotocin at birth. Cell and Tissue Research 248 89–94.

Leduque P, Aratan-Spire S, Scharfmann R, Basmaciogullari A,

Czernichow P & Dubois PM 1989 Coexistence of thyrotropin-

releasing hormone and insulin in cultured fetal rat islets: a light and

electron microscopic immunocytochemical study during islet

neoformation. Biology of the Cell 66 291–296.

Lee JT, Lebenthal E & Lee P-C 1989 Rat pancreatic nuclear thyroid

hormone receptor: characterization and postnatal development.



Gastroenterology 96 1151–1157.

Lee SL, Stewart K & Goodman RH 1988 Structure of gene encoding

rat thyrotropin releasing hormone. Journal of Biological Chemistry 263

16604–16609.

Lezoualc’h F, Hassan AHS, Giraud P, Loe

ffler J-P, Lee S &

Demeneix BA 1992 Assignment of the -thyroid hormone receptor

to 3,5,3 -triiodothyronine-dependent inhibition of transcription

from the thyrotropin-releasing hormone promoter in chick

hypothalamic neurons. Molecular Endocrinology 1797–1802.

Li QI, Feng P, Koch C, Shi ZH & Wilber JF 1996 Reversal of

TR-T3 inhibition of the hTRH gene by excess TR ligand-

binding domain: evidence for novel accessory protein. Thyroid 6

233–236.


Lopez GF, Schaufele F, Webb P, Holloway JM, Baxter JD & Kushner

PJ 1993 Positive and negative modulation of jun action by thyroid

hormone receptor at a unique AP1 site. Molecular and Cellular

Biology 13 3042–3049.

Maia AL, Harney JW & Larsen PR 1996 Is there a negative TRE in

the luciferase reporter cDNA? Thyroid 325–328.

Saldeen J, Curiel DT, Eizirik DL, Andersson A, Strandell E, Buschard

K & Welsh N 1996 E

fficient gene transfer to dispersed human

pancreatic islet cells in vitro using adenovirus-polylysine/DNA

complexes or polycationic liposomes. Diabetes 45 1197–1203.

Satoh T, Yamada M, Iwasaki T & Mori M 1996 The regulation of

the gene for the preprothyrotropin-releasing hormone from the

mouse by thyroid hormone requires additional factors in

conjunction with thyroid hormone receptors. Journal of Biological



Chemistry 271 27919–27926.

Scharfmann R, Leduque P, Aratan-Spire S, Dubois P, Basmaciogullari

A & Czernichow P 1988 Persistence of peptidylglycine -amidating

monooxygenase activity and elevated thyrotropin-releasing hormone

concentrations in fetal rat islets in culture. Endocrinology 123

1329–1334.

Shi ZX, Xu W, Selmano

ff MK & Wilber JF 1997 Serotonin (5-HT)

stimulates thyrotropin-releasing hormone (TRH) gene transcription

in rat embryonic cardiomyocytes. Endocrine 153–158.

Stevenin B & Lee SL 1995 Hormonal regulation of the thyrotropin-

releasing hormone (TRH) gene. Endocrinologist 286–296.

Tavianini MA, Gkonos PJ, Lampe TH & Roos BA 1989

Dexamethasone stimulates thyrotropin-releasing hormone

production in a C cell line. Molecular Endocrinology 605–610.

Wolf B, Aratan-Spire S & Czernichow P 1984 Hypothyroidism

increases pancreatic thyrotropin-releasing hormone concentrations in

adult rats. Endocrinology 114 1334–1337.

Wood W, Kao M, Gordon D & Ridgway EC 1989 Thyroid hormone

regulates the mouse thyrotropin B-subunit gene promoter in

transfected primary thyrotropes. Journal of Biological Chemistry 264

14840–14847.

Yamada M., Saga Y, Shibusawa N, Hirato J, Muradami M, Iwasaki

T, Hashimoto K, Satof T, Wakabayashi K, Taketo MM & Mori M

1997 Tertiary hypothyroidism and hyperglycemia in mice with

targeted disruption of the thyrotropin-releasing hormone gene.



PNAS 94 10862–10867.

Revised manuscript received 13 February 2001

Accepted 1 March 2001

P FRAGNER

and others · TRH promoter is inhibited by T

3

and stimulated by Dex in pancreatic islets

98

www.endocrinology.org



Journal of Endocrinology (2001) 170, 91–98

Yüklə 192,55 Kb.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə