Sex steroids are important hormones produced in the body to regulate an individual's physiology and behavior in preparation for reproduction. Aromatase (Cyp19a1) is the steroidogenic enzyme that converts aromatizable androgens into bioactive estrogens, and hence is in a pivotal position to mediate reproductive processes and sexual behavior. In mice, evidence from whole body aromatase knockout and estrogen receptor knockout lines has revealed the critical roles of estrogen signalling in ovarian development, gonadotropin signalling, ovulation, and sexual behavior. While the ovaries have high aromatase activity levels and are a major source of circulating estrogens in the female body, they can also be locally produced in tissues via tissue-specific aromatase expression. Of particular interest, the importance of brain-derived estrogens for reproductive processes and sexual behavior is still under study. Teleosts are an amenable model system for understanding the role of brain-derived estrogens in reproduction as they have two aromatase paralogs, cyp19a1a and cyp19a1b, that are highly expressed in the ovary and brain, respectively. In this thesis, I sought to identify the importance of brain-derived estrogens for sexual behaviors and reproductive health in zebrafish using cyp19a1⁻ᐟ⁻ mutant lines and a transgenic cyp19a1b-GFP line. In dyadic sexual behavior assays, female cyp19a1b⁻ᐟ⁻ mutants took 4.1 times longer to initiate spawning behavior with wildtype (WT) males compared to WT females. This suggested a potential impairment in mate identification and assessment in the female cyp19a1b⁻ᐟ⁻ mutants. The importance of the cyp19a1 paralogs for early larval development was revealed by 4 times higher progeny mortality from cyp19a1b⁻ᐟ⁻ mutant female and cyp19a1a⁻ᐟ⁻;cyp19a1b⁻ᐟ⁻ mutant male pairings compared to WT pairings. Gene expression analyses identified significantly lower levels of important neuroendocrine genes including the estrogen receptors and the nonapeptides, arginine vasopressin (avp) and oxytocin, in the telencephalon and hypothalamus of cyp19a1b⁻ᐟ⁻ mutant female compared to WT female brains. I performed acute intraperitoneal injections of Avp and Oxytocin, as well as mixtures of their respective receptor antagonists, in cyp19a1b⁻ᐟ⁻ mutant females to determine if the behavioral impairments could be rescued in adult fish. Arginine vasopressin was found to uniquely recover the delayed oviposition in female cyp19a1b⁻ᐟ⁻ mutants. Immunohistochemistry experiments using the transgenic cyp19a1b-GFP zebrafish line with a zebrafish-validated Avp antibody revealed a close neuroanatomical proximity and contact points between radial glial cell Cyp19a1b-expressing fibres and Avp-immunopositive neurons in preoptic areas. These findings suggest that brain-derived estrogens, via Cyp19a1b activity, might affect female sexual behavior by diffusing to nearby neurons to regulate Avp signalling levels in preoptic areas. Together, these findings establish the importance of cyp19a1b for female zebrafish sexual behavior and identify a positive link between Cyp19a1b and Avp. Future study can help to characterize the estrogen-dependent pathways involved in regulating Avp signalling in the female brain and the extent of evolutionary conservation of this regulation pathway for female sexual behavior across vertebrates.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da administração de leptina no lobo ventral da próstata de ratos adultos. Vinte ratos Wistar machos e adultos foram divididos em 2 grupos: L - animais foram injetados com 50 μL diária de leptina (8 μg / 100 g PC, subcutânea) durante quatro dias e C - animais receberam o mesmo volume de solução salina. Perfil lipídico e níveis séricos de testosterona foram avaliados. O lobo ventral da próstata foi processado para análise histomorfométrica. Expressão dos genes da aromatase, receptor de andrógeno, receptores de estrógeno (α e β) e as isoformas dos receptores de leptina longa (Ob-Rb) e curta (Ob-Ra) foram avaliados por PCR em tempo real. Proliferação celular foi avaliada por imuno-histoquímica com PCNA. Os dados foram expressos como média  erro padrão e analisados pelo teste t de Student. Níveis séricos de colesterol aumentaram (C = 39,7 4,2; L = 55,2 4,2, mg / dL, P ≤ 0,02) e de testosterona (C = 1,6 0,43; L = 0,6 0,15, ng / dL, P ≤ 0,03) diminuíram no grupo L. A análise histomorfométrica mostrou uma redução na densidade de células (C = 8868 242; L = 8.211 210, mm2; P ≤ 0,04), na área total (C = 0,24 0,026; L = 0,10 0,009, mm2; P ≤ 0,001) e na área interna dos ácinos (C = 0,16 0,009; L = 0,08 0,006, mm2; P ≤ 0,0002). Por outro lado, houve um aumento na altura do epitélio (C = 17,3 0,3; L = 22,8 0,2 m, P ≤ 0,0001) e no número de ácinos (C = 7,0 0,2; L = 8,7 0,1, mm2; P ≤ 0,0002). As análises histomorfométrica juntamente com os resultados imuno-histoquímicos para PCNA sugerem que a leptina aumenta a proliferação celular. Em relação à expressão gênica, o tratamento de leptina aumentou a expressão de todos os genes, mas ER-α, em mais de 200 vezes em comparação com a expressão no grupo C. Em conclusão, neste trabalho mostramos que a leptina tem um efeito direto sobre a próstata de ratos adultos levando a um aumento na proliferação celular e na expressão gênica da aromatase, receptor de androgênio, nas isoformas dos receptores de leptina e receptores de estrogênios alfa e beta que são importantes para a fisiologia normal do tecido prostático / The aim of this study was to evaluate the effect of leptin administration on the ventral prostate lobe of adult rat. Twenty adult male rats were divided into 2 groups: L - animals were daily injected with 50 μL of leptin (8 g / 100 g BW, subcutaneous) for four days and C -animals received the same volume of saline solution. Lipid profile and testosterone serum levels were evaluated. The prostate ventral lobe was processed for histomorphometric analysis. Gene expression of aromatase, androgen receptor, leptin and estrogen receptors isoforms was evaluated by real-time PCR. Cell proliferation was evaluated by PCNA immunohistochemistry. Data were expressed as mean  standard error and analyzed by students t-test. Serum levels of cholesterol (C = 39.7 4.2; L = 55.2 4.2, mg / dL; P ≤ 0.02) increased and testosterone (C = 1.6 0.43; L = 0.6 0.15, ng / dL; P ≤ 0.03) decreased in L group. The histomorphometric analysis showed a reduction in cell density (C = 8868 242; L = 8211 210, mm2; P ≤ 0.04), in total (C = 0.24 0.026; L = 0.10 0.009, mm2; P ≤ 0.001) and in the internal acini areas (C = 0.16 0.009; L = 0.08 0.006, mm2; P ≤ 0.0002). On the other hand, there was an increase in the epithelial height (C = 17.3 0.3; L = 22.8 0.2, m; P ≤ 0.0001) and in the number of acini (C = 7.0 0.2; L = 8.7 0.1, mm2; P ≤ 0.0002). The histomorphometric analyses together with PCNA immunohistochemistry results suggest that leptin increases cell proliferation. In relation to the gene expression, leptin treatment increased the expression of all genes, but ER-α, in more than 200 times compared to the expression in C group. In conclusion, in this paper we showed that leptin has a direct effect on the prostate gland of adult rats leading to an increase in proliferation and in the gene expression of aromatase, androgen, leptin and estrogen receptors isoforms that are important for the physiology of the prostate gland.

O entendimento dos mecanismos de ação hormonal envolvidos com o crescimento do pêlo são de grande relevância na área médica e podem representar novas perspectivas no tratamento para distúrbios de crescimento de pêlos. A aromatase, enzima que converte androgênios em estrogênios, é uma das enzimas-chave relacionadas com o metabolismo intra-tecidual de hormônios sexuais. O objetivo desse estudo foi determinar a expressão gênica da enzima aromatase em folículos pilosos do vértice do escalpo de mulheres com ciclos regulares e ovulatórios e em pacientes com PCOS, verificando possíveis associações com variáveis hormonais e metabólicas dessas mulheres. Cinqüenta e quatro mulheres no menacme preencheram os critérios de inclusão (23 com PCOS e 31 com ciclos regulares e ovulatórios) e completaram avaliação antropométrica, hormonal e metabólica. Uma sub-amostra de 16 mulheres (11 com ciclos regulares e ovulatórios e 5 com PCOS) foi selecionada para coleta de folículos pilosos através da técnica do arrancamento. A expressão do gene da aromatase foi avaliada por PCR em tempo real, e os resultados foram normalizados em relação ao gene constitutivo b2-microglobulina. A expressão do gene da aromatase foi observada nos folículos pilosos da região do escalpo de mulheres dos dois grupos em estudo. A expressão deste gene foi de intensidade baixa e variável entre as amostras estudadas e não houve diferença estatisticamente significativa da relação dos genes aromatase/b2-microglobulina entre o grupo de mulheres com ciclos regulares [80 (35,31 – 138,25) e o grupo PCOS [52,11 (5,68 – 84,8), P = 0,157]. A expressão do gene da aromatase em folículos pilosos do escalpo de mulheres correlacionou-se negativamente e com significância estatística com os níveis séricos de LH (P = 0,008, r = -0,653) e esta correlação foi independente de testosterona ou SHBG. Esses resultados demonstram, pela primeira vez, que folículos pilosos da região do vértice do escalpo de mulheres expressam o gene da aromatase. A correlação negativa e independente de LH com a expressão gênica da aromatase pode estar refletindo o microambiente hormonal nos folículos pilosos e, em especial, o conjunto das alterações metabólicas e hormonais característico de pacientes com PCOS. É possível que a expressão gênica dessa enzima seja mais evidente na papila dérmica (porção dos folículos pilosos não analisada nesse estudo) e que a regulação do balanço estrogênico no metabolismo local não seja tão pronunciada na porção epitelial dos folículos pilosos que é obtida pela técnica do arrancamento. A análise da expressão protéica da enzima, a seleção de pacientes hirsutas de outras etiologias e de mulheres portadoras de alopecia, e a coleta de outras regiões pilosas hormônio-dependentes estão entre as perspectivas para a confirmação do padrão de expressão gênica da aromatase nos folículos pilosos. / The knowledge of hormonal mechanisms of action that are involved with hair growth is of great relevance on medical research and could represent new approaches on therapeutics for hair growth disturbs. Aromatase, the enzyme that converts androgens into estrogens, is one of the key enzymes related to sexual hormones metabolism and may act on different target tissues, like the hair follicle. The aim of this study was to determine the aromatase gene expression on hair follicles from the vertex portion of the scalp of women with regular and ovulatory cycles, and patients with PCOS. We were also interested on the possible association among the gene expression and hormonal/metabolic parameters of these women. Fifty-four women at reproductive age were included (23 with PCOS and 31 with regular and ovulatory cycles), and were submitted to anthropometric, hormonal, and metabolic evaluation. A minor group of 16 women (11 with regular and ovulatory cycles and 5 with PCOS) were selected for hair follicle’s molecular analysis, using the plucking technique. Aromatase gene expression was analyzed by using real time PCR, and the results were normalized with the housekeeping gene b2-microglobuline. Aromatase gene expression was observed at the scalp’s hair follicles from the two groups of women. The intensity of the gene expression was low and variable among the samples. There was not a statistically significant difference between the women with regular cycles [80 (35,31 – 138,25) and patients with PCOS [52,11 (5,68 – 84,8), P = 0,157]. Aromatase gene expression in the plucked hairs from the vertex portion of the scalp of women was negatively correlated with circulating LH levels (P = 0,008, r = -0,653), and was also independent of testosterone or SHBG levels. The present results show, for the first time, that plucked hairs from the vertex portion of the scalp of women express the gene of aromatase. The negative and independent correlation between LH and aromatase gene expression may reflect the hormonal microenvironment of the hair follicle, and also the hormonal and metabolic alterations characteristics of women with PCOS. Aromatase gene expression may be more evident at the dermal papilla (not analyzed in this study), and the local metabolism could not be so pronounced on the epithelial portion of hair follicles, when obtained by the plucking method. Aromatase protein expression, plucked hair from other hormone-dependent areas and from women with other clinical conditions like androgenetic alopecia, are some of the perspectives for the confirmation of the pattern of aromatase gene expression on hair follicles.

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da administração de leptina no lobo ventral da próstata de ratos adultos. Vinte ratos Wistar machos e adultos foram divididos em 2 grupos: L - animais foram injetados com 50 μL diária de leptina (8 μg / 100 g PC, subcutânea) durante quatro dias e C - animais receberam o mesmo volume de solução salina. Perfil lipídico e níveis séricos de testosterona foram avaliados. O lobo ventral da próstata foi processado para análise histomorfométrica. Expressão dos genes da aromatase, receptor de andrógeno, receptores de estrógeno (α e β) e as isoformas dos receptores de leptina longa (Ob-Rb) e curta (Ob-Ra) foram avaliados por PCR em tempo real. Proliferação celular foi avaliada por imuno-histoquímica com PCNA. Os dados foram expressos como média  erro padrão e analisados pelo teste t de Student. Níveis séricos de colesterol aumentaram (C = 39,7 4,2; L = 55,2 4,2, mg / dL, P ≤ 0,02) e de testosterona (C = 1,6 0,43; L = 0,6 0,15, ng / dL, P ≤ 0,03) diminuíram no grupo L. A análise histomorfométrica mostrou uma redução na densidade de células (C = 8868 242; L = 8.211 210, mm2; P ≤ 0,04), na área total (C = 0,24 0,026; L = 0,10 0,009, mm2; P ≤ 0,001) e na área interna dos ácinos (C = 0,16 0,009; L = 0,08 0,006, mm2; P ≤ 0,0002). Por outro lado, houve um aumento na altura do epitélio (C = 17,3 0,3; L = 22,8 0,2 m, P ≤ 0,0001) e no número de ácinos (C = 7,0 0,2; L = 8,7 0,1, mm2; P ≤ 0,0002). As análises histomorfométrica juntamente com os resultados imuno-histoquímicos para PCNA sugerem que a leptina aumenta a proliferação celular. Em relação à expressão gênica, o tratamento de leptina aumentou a expressão de todos os genes, mas ER-α, em mais de 200 vezes em comparação com a expressão no grupo C. Em conclusão, neste trabalho mostramos que a leptina tem um efeito direto sobre a próstata de ratos adultos levando a um aumento na proliferação celular e na expressão gênica da aromatase, receptor de androgênio, nas isoformas dos receptores de leptina e receptores de estrogênios alfa e beta que são importantes para a fisiologia normal do tecido prostático / The aim of this study was to evaluate the effect of leptin administration on the ventral prostate lobe of adult rat. Twenty adult male rats were divided into 2 groups: L - animals were daily injected with 50 μL of leptin (8 g / 100 g BW, subcutaneous) for four days and C -animals received the same volume of saline solution. Lipid profile and testosterone serum levels were evaluated. The prostate ventral lobe was processed for histomorphometric analysis. Gene expression of aromatase, androgen receptor, leptin and estrogen receptors isoforms was evaluated by real-time PCR. Cell proliferation was evaluated by PCNA immunohistochemistry. Data were expressed as mean  standard error and analyzed by students t-test. Serum levels of cholesterol (C = 39.7 4.2; L = 55.2 4.2, mg / dL; P ≤ 0.02) increased and testosterone (C = 1.6 0.43; L = 0.6 0.15, ng / dL; P ≤ 0.03) decreased in L group. The histomorphometric analysis showed a reduction in cell density (C = 8868 242; L = 8211 210, mm2; P ≤ 0.04), in total (C = 0.24 0.026; L = 0.10 0.009, mm2; P ≤ 0.001) and in the internal acini areas (C = 0.16 0.009; L = 0.08 0.006, mm2; P ≤ 0.0002). On the other hand, there was an increase in the epithelial height (C = 17.3 0.3; L = 22.8 0.2, m; P ≤ 0.0001) and in the number of acini (C = 7.0 0.2; L = 8.7 0.1, mm2; P ≤ 0.0002). The histomorphometric analyses together with PCNA immunohistochemistry results suggest that leptin increases cell proliferation. In relation to the gene expression, leptin treatment increased the expression of all genes, but ER-α, in more than 200 times compared to the expression in C group. In conclusion, in this paper we showed that leptin has a direct effect on the prostate gland of adult rats leading to an increase in proliferation and in the gene expression of aromatase, androgen, leptin and estrogen receptors isoforms that are important for the physiology of the prostate gland.

O entendimento dos mecanismos de ação hormonal envolvidos com o crescimento do pêlo são de grande relevância na área médica e podem representar novas perspectivas no tratamento para distúrbios de crescimento de pêlos. A aromatase, enzima que converte androgênios em estrogênios, é uma das enzimas-chave relacionadas com o metabolismo intra-tecidual de hormônios sexuais. O objetivo desse estudo foi determinar a expressão gênica da enzima aromatase em folículos pilosos do vértice do escalpo de mulheres com ciclos regulares e ovulatórios e em pacientes com PCOS, verificando possíveis associações com variáveis hormonais e metabólicas dessas mulheres. Cinqüenta e quatro mulheres no menacme preencheram os critérios de inclusão (23 com PCOS e 31 com ciclos regulares e ovulatórios) e completaram avaliação antropométrica, hormonal e metabólica. Uma sub-amostra de 16 mulheres (11 com ciclos regulares e ovulatórios e 5 com PCOS) foi selecionada para coleta de folículos pilosos através da técnica do arrancamento. A expressão do gene da aromatase foi avaliada por PCR em tempo real, e os resultados foram normalizados em relação ao gene constitutivo b2-microglobulina. A expressão do gene da aromatase foi observada nos folículos pilosos da região do escalpo de mulheres dos dois grupos em estudo. A expressão deste gene foi de intensidade baixa e variável entre as amostras estudadas e não houve diferença estatisticamente significativa da relação dos genes aromatase/b2-microglobulina entre o grupo de mulheres com ciclos regulares [80 (35,31 – 138,25) e o grupo PCOS [52,11 (5,68 – 84,8), P = 0,157]. A expressão do gene da aromatase em folículos pilosos do escalpo de mulheres correlacionou-se negativamente e com significância estatística com os níveis séricos de LH (P = 0,008, r = -0,653) e esta correlação foi independente de testosterona ou SHBG. Esses resultados demonstram, pela primeira vez, que folículos pilosos da região do vértice do escalpo de mulheres expressam o gene da aromatase. A correlação negativa e independente de LH com a expressão gênica da aromatase pode estar refletindo o microambiente hormonal nos folículos pilosos e, em especial, o conjunto das alterações metabólicas e hormonais característico de pacientes com PCOS. É possível que a expressão gênica dessa enzima seja mais evidente na papila dérmica (porção dos folículos pilosos não analisada nesse estudo) e que a regulação do balanço estrogênico no metabolismo local não seja tão pronunciada na porção epitelial dos folículos pilosos que é obtida pela técnica do arrancamento. A análise da expressão protéica da enzima, a seleção de pacientes hirsutas de outras etiologias e de mulheres portadoras de alopecia, e a coleta de outras regiões pilosas hormônio-dependentes estão entre as perspectivas para a confirmação do padrão de expressão gênica da aromatase nos folículos pilosos. / The knowledge of hormonal mechanisms of action that are involved with hair growth is of great relevance on medical research and could represent new approaches on therapeutics for hair growth disturbs. Aromatase, the enzyme that converts androgens into estrogens, is one of the key enzymes related to sexual hormones metabolism and may act on different target tissues, like the hair follicle. The aim of this study was to determine the aromatase gene expression on hair follicles from the vertex portion of the scalp of women with regular and ovulatory cycles, and patients with PCOS. We were also interested on the possible association among the gene expression and hormonal/metabolic parameters of these women. Fifty-four women at reproductive age were included (23 with PCOS and 31 with regular and ovulatory cycles), and were submitted to anthropometric, hormonal, and metabolic evaluation. A minor group of 16 women (11 with regular and ovulatory cycles and 5 with PCOS) were selected for hair follicle’s molecular analysis, using the plucking technique. Aromatase gene expression was analyzed by using real time PCR, and the results were normalized with the housekeeping gene b2-microglobuline. Aromatase gene expression was observed at the scalp’s hair follicles from the two groups of women. The intensity of the gene expression was low and variable among the samples. There was not a statistically significant difference between the women with regular cycles [80 (35,31 – 138,25) and patients with PCOS [52,11 (5,68 – 84,8), P = 0,157]. Aromatase gene expression in the plucked hairs from the vertex portion of the scalp of women was negatively correlated with circulating LH levels (P = 0,008, r = -0,653), and was also independent of testosterone or SHBG levels. The present results show, for the first time, that plucked hairs from the vertex portion of the scalp of women express the gene of aromatase. The negative and independent correlation between LH and aromatase gene expression may reflect the hormonal microenvironment of the hair follicle, and also the hormonal and metabolic alterations characteristics of women with PCOS. Aromatase gene expression may be more evident at the dermal papilla (not analyzed in this study), and the local metabolism could not be so pronounced on the epithelial portion of hair follicles, when obtained by the plucking method. Aromatase protein expression, plucked hair from other hormone-dependent areas and from women with other clinical conditions like androgenetic alopecia, are some of the perspectives for the confirmation of the pattern of aromatase gene expression on hair follicles.