京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(生命科学) / 甲第21403号 / 生博第404号 / 新制||生||53(附属図書館) / 京都大学大学院生命科学研究科高次生命科学専攻 / (主査)教授 垣塚 彰, 教授 HEJNA,James, 教授 渡邊 直樹 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy in Life Sciences / Kyoto University / DFAM

Simple Summary Glioblastoma is the most common primary brain cancer in adults. One reason for the development and malignancy of this tumor is the misregulation of certain cellular proteins. The oncoprotein STAT3 that is frequently overactive in glioblastoma cells is associated with more aggressive disease and decreased patient survival. Autophagy is a form of cellular self digestion that normally maintains cell integrity and provides nutrients and basic building blocks required for growth. While glioblastoma is known to be particularly resistant to conventional therapies, recent research has suggested that these tumors are more sensitive to excessive overactivation of autophagy, leading to autophagy-dependent tumor cell death. Here, we show a hitherto unknown role of STAT3 in sensitizing glioblastoma cells to excessive autophagy induced with the repurposed drug pimozide. These findings provide the basis for future research aimed at determining whether STAT3 can serve as a predictor for autophagy-proficient tumors and further support the notion of overactivating autophagy for cancer therapy. Abstract Glioblastoma (GBM) is a devastating disease and the most common primary brain malignancy of adults with a median survival barely exceeding one year. Recent findings suggest that the antipsychotic drug pimozide triggers an autophagy-dependent, lysosomal type of cell death in GBM cells with possible implications for GBM therapy. One oncoprotein that is often overactivated in these tumors and associated with a particularly dismal prognosis is Signal Transducer and Activator of Transcription 3 (STAT3). Here, we used isogenic human and murine GBM knockout cell lines, advanced fluorescence microscopy, transcriptomic analysis and FACS-based assessment of cell viability to show that STAT3 has an underappreciated, context-dependent role in drug-induced cell death. Specifically, we demonstrate that depletion of STAT3 significantly enhances cell survival after treatment with Pimozide, suggesting that STAT3 confers a particular vulnerability to GBM. Furthermore, we show that active STAT3 has no major influence on the early steps of the autophagy pathway, but exacerbates drug-induced lysosomal membrane permeabilization (LMP) and release of cathepsins into the cytosol. Collectively, our findings support the concept of exploiting the pro-death functions of autophagy and LMP for GBM therapy and to further determine whether STAT3 can be employed as a treatment predictor for highly apoptosis-resistant, but autophagy-proficient cancers.

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Les facteurs de transcription STAT3 sont activés et impliqués dans le développement tumoral par leurs effets sur la prolifération et la survie cellulaire. Lorsque STAT3 est phosphorylé sur la tyrosine 705, il semble impliqué dans la transformation cellulaire et dans l'échappement aux traitements classiques de chimiothérapie. Un second site de phosphorylation sur la sérine 727 a été décrit mais son implication dans la régulation de l'activité de STAT3 en réponse aux traitements a été peu étudiée. Nous nous sommes donc intéressés au rôle de la phosphorylation de la sérine 727 de STAT3 dans la réponse de lignées cellulaires colorectales aux agents génotoxiques et plus particulièrement aux inhibiteurs de topoisomérases de type I. Le traitement entraine une perte de la transcription de la cycline D1 et de myc, gènes cibles de STAT3 phosphorylée sur tyrosine 705 et une activation de la kinase cdk5. Cette dernière va phosphoryler STAT3 sur son résidu sérine 727 ce qui va lui permettre de se fixer sur le promoteur du gène de la protéine de réparation Eme1, pour activer sa transcription. Ceci permet la réparation des dommages de l'ADN induits par le Sn38 et entraine une diminution de la sensibilité au traitement. D'autre part, l'inhibition des topoisomérases entraine une perte de la protéine myc normalement liée au promoteur d'Aurora A en phase G2/M et qui, associée au recrutement des répresseurs mad et miz aboutit à l'inhibition de la transcription de la kinase Aurora A. Une inhibition de la séparation des centrosomes est alors observée et entraine un arrêt en phase G2/M. En plus de la régulation de l'activité transcriptionnelle de STAT3 phosphorylée sur la sérine, nous nous sommes intéressés aux partenaires protéiques du facteur de transcription en réponse à sa phosphorylation. Par l'intermédiaire de la technique du double hybride et de la spectrométrie de masse, nous avons pu mettre en évidence deux nouveaux partenaires potentiels de STAT3. D'abord DDB2, protéine impliquée dans l'entrée en sénescence et dans la méthylation de l'ADN. Puis, ASPP2, une protéine qui confère à p53 une meilleure affinité de fixation à certains de ses promoteurs. Nous pensons que la phosphorylation de STAT3 sur la sérine 727 pourrait être impliquée dans l'induction de la sénescence et dans la réparation des dommages de l'ADN et que la cellule tumorale détournerait ces processus de protection pour réparer son ADN afin de résister au traitement. Les cellules pourraient alors proliférer avec un matériel génétique abimé, ce qui rendrait ces cellules instables sur le plan génomique. La détection de cette phosphorylation de STAT3 pourrait etre utilisée comme un marqueur de résistance aux inhibiteurs de topoisomérase. Ceci pourrait ainsi permettre de mieux prédire la réponse des patients à ce traitement.

Les interactions entre protéines sont un enjeu majeur en recherche. Hautement spécifiques, elles régulent l'organisation cellulaire, ainsi que les réponses aux stimuli extérieurs ; ce sont des cibles idéales des agents thérapeutiques. Diverses techniques d'étude sont disponibles, mais peu d'entre elles permettent d'analyser simultanément plusieurs interactions. L'objectif de ce travail est d'utiliser le double hybride bactérien pour découvrir de nouveaux partenaires de 2 régulateurs de la prolifération tumorale humaine, p21 et STAT3, et en parallèle pour déterminer la fonction de MtSAP1, impliquée dans la germination et la réponse aux stress abiotiques chez Medicago truncatula. L'analyse des partenaires potentiels de l'oncogène STAT3 et de l'inhibiteur p21 suggère l'existence de nouveaux mécanismes moléculaires de la tumorogenèse auxquels participerait STAT3, et permet d'envisager de nouvelles hypothèses quant au rôle de p21. Un nouveau complexe, p21/prohibitine2, est étudié mais sa fonction reste supposée : il pourrait agir comme corégulateur transcriptionnel et/ou réguler la protéolyse de p21. L'étude du gène MtSAP1 et des partenaires d'interactions suggèrent fortement que MtSAP1 serait induit par l'hypoxie : elle jouerait un rôle considérable dans la détoxification et la tolérance de la plante au stress. Ce travail, appuyé par la littérature, met en évidence un lien fonctionnel entre p21, STAT3 et MtSAP1 au cours de l'hypoxie dans les cellules cancéreuses humaines. La confirmation de cette hypothèse permettrait d'approfondir les mécanismes de protection cellulaire face à l'hypoxie, tant au sein des tumeurs humaines que lors de la tolérance de Medicago truncatula.

L'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) permet de maintenir l'homéostasie de l'organisme face à divers stress. Qu'ils soient de nature psychologique, physique ou inflammatoire/infectieux, les stress provoquent la synthèse et la libération de CRH par l'hypothalamus. Les cellules corticotropes hypophysaires perçoivent ce signal et en réaction, produisent et sécrètent l'ACTH. Ceci induit la synthèse des glucocorticoïdes (Gc) par le cortex surrénalien; ces stéroïdes mettent le système métabolique en état d’alerte pour la réponse au stress et à l’agression. Les Gc ont le rôle essentiel de contrôler les défenses de l'organisme, en plus d'exercer une rétro-inhibition sur l'axe HPA. L'ACTH est une petite hormone peptidique produite par le clivage d'un précurseur: la pro-opiomélanocortine (POMC). À cause de sa position critique dans la normalisation de l'homéostasie, le contrôle transcriptionnel du gène Pomc a fait l'objet d'études approfondies au cours des dernières décennies. Nous savons maintenant que la région promotrice du gène Pomc permet une expression ciblée dans les cellules POMC hypophysaires. L'étude du locus Pomc par des technologies génomiques m'a permis de découvrir un nouvel élément de régulation qui est conservé à travers l'évolution des mammifères. La caractérisation de cet enhancer a démontré qu'il dirige une expression restreinte à l'hypophyse, et plus particulièrement dans les cellules corticotropes. De façon intéressante, l'activité de cet élément dépend d'un nouveau site de liaison recrutant un homodimère du facteur de transcription Tpit, dont l'expression est également limitée aux cellules POMC de l'hypophyse. La découverte de cet enhancer ajoute une toute nouvelle dimension à la régulation de l'expression de POMC. Les cytokines pro-inflammatoires IL6/LIF et les Gc sont connus pour leur antagonisme sur la réaction inflammatoire et sur le promoteur Pomc via l'action des facteurs de transcription Stat3 et GR respectivement. L'analyse génomique des sites liés ii par ces deux facteurs nous a révélé une interrelation complexe et a permis de définir un code transcriptionnel entre ces voies de signalisation. En plus de leur action par interaction directe avec l’ADN au niveau des séquences régulatrices, ces facteurs interagissent directement entre eux avec des résultats transcriptionnels différents. Ainsi, le recrutement de GR par contact protéine:protéine (tethering) sur Stat3 étant lié à l'ADN provoque un antagonisme transcriptionnel. Inversement, le tethering de Stat3 sur GR supporte une action synergique, tout comme leur co-recrutement à l'ADN sur des sites contigus ou composites. Lors d'une activation soutenue, ce synergisme entre les voies IL6/LIF et Gc induit une réponse innée de défense cellulaire. Ainsi lors d'un stress majeur, ce mécanisme de défense est mis en branle dans toutes les cellules et tissus. En somme, les travaux présentés dans cette thèse définissent les mécanismes transcriptionnels engagés dans le combat de l'organisme contre les stress. Plus particulièrement, ces mécanismes ont été décrits au niveau de la réponse globale des corticotropes et du gène Pomc. Il est essentiel pour l'organisme d'induire adéquatement ces mécanismes afin de faire face aux stress et d'éviter des dérèglements comme les maladies inflammatoires et métaboliques. / The hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis regulates homeostasis in various conditions of stress contributing to both the stress response and its termination. Psychological, physical or inflammatory/infectious stresses all prompt the synthesis and secretion of hypothalamic CRH. The pituitary corticotrope cells receive this signal and in turn, secrete ACTH which triggers the synthesis of glucocorticoids (Gc) by the adrenal cortex; these steroids induce a general state of alertness in order to fight or flight aggressions and stresses. Glucocorticoids have the critical role to restrict the stress response by exerting a negative feedback on the HPA axis. ACTH is a small peptidic hormone produced after cleavage of a precursor protein: pro-opiomelanocortin (POMC). Due to its critical role in homeostasis, transcriptional control of the Pomc gene has been intensely studied during the last decades. Previous investigations identified a promoter region that is sufficient for expression of Pomc in the appropriate pituitary cells. Genome-wide studies of the Pomc locus led me to discover a novel regulatory element that is conserved throughout mammalian evolution. The activity of this enhancer is restricted to the pituitary, and more precisely to the corticotrope lineage. Interestingly, its activity depends on a novel transcription factor binding motif that binds homodimers of Tpit, a transcription factor that is only found in pituitary POMC cells. The discovery of this enhancer adds a new dimension in the control of pituitary Pomc expression. The IL6/LIF pro-inflammatory cytokines and the glucocorticoids are well known for their antagonism in control of the inflammatory response; at the Pomc promoter, their action is mediated by the transcription factors Stat3 and GR, respectively. The analysis of genomic sites bound by these two factors revealed a complex relationship and led us to define a transcription regulatory code linking these signalling pathways. In addition to their direct DNA interaction with cognate regulatory sequences, these factors iv interact with each other with different outcomes. Thus, the recruitment of GR on DNAbound Stat3 through protein:protein contacts (tethering) results in transcriptional antagonism. Conversely, Stat3 tethering to GR produces synergism; this is also the case when the two factors are co-recruited to DNA on contiguous or composite binding sites. Prolonged activation of the IL6/LIF and Gc pathways elicits a synergistic innate cell defense response in all cells and tissues. In summary, this doctoral work has defined transcriptional mechanisms that mediate and control the stress response. In particular, pituitary components of the stress response were defined at the level of the Pomc gene and as a global response of corticotrope cells. This response is critical for appropriate organism defense during stresses such as those produced in inflammatory and metabolic diseases.

La leptine circule en proportion de la masse graisseuse du corps et la transduction de son signal à travers la forme longue de son récepteur via un certain nombre de voies neurales , y compris MAPK, PI3-K ,AMPK et JAK2 - STAT3 . Il faut noter que STAT3 constitue une voie clée au récepteur de la leptine par laquelle la leptine module l'expression des gènes impliqués dans la régulation du bilan énergétique. La plupart des recherches ont porté sur la fonction du récepteur de la leptine au sein de l' hypothalamus, en particulier la fonction du récepteur de la leptine dans le noyau arqué. Toutefois, les récepteurs de la leptine sont également exprimés sur les neurones dopaminergiques de l'aire tégmentale ventrale et la leptine agit sur cette région du cerveau pour influencer la prise alimentaire, la motivation, la locomotion, l'anxiété et la transmission de la dopamine. De plus, la leptine active la STAT3 dans les dopaminergiques et GABAergiques populations neuronales. Bien que ces résultats contribuent à notre compréhension des multiples actions de la leptine dans le système nerveux central, il reste à résoudre les cellules et la signalisation du récepteur de la leptine qui sont responsables des effets neurocomportementaux de la leptine dans le mésencéphale. Visant à déterminer la contribution de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale, nous avons généré une lignée de souris knockout conditionnel dans lequel l'activation du gène de STAT3 sur son résidu tyrosine 705 ( Tyr 705 ) est absent spécifiquement dans les neurones dopaminergiques. Avec l'utilisation de ce modèle de souris génétique, nous avons évalué l'impact de l'ablation de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques sur un certain nombre de fonctions liées à la dopamine, y compris l'alimentation, la locomotion, les comportements liés à la récompense, l'émotion et la libération de dopamine dans le noyau accumbens. Fait intéressant, nous avons observé un dimorphisme sexuel dans le phénotype des souris STAT3DAT-KO. L'activation de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable de l'action de la leptine dans la réduction de la locomotion, récompense liée à l'activité physique, et de l'augmentation de la libération et de la disponibilité de la dopamine chez les souris mâles. Cependant, il ne module pas le comportement émotionnel. D'autre part, les souris femelles STAT3DAT-KO augmentent les niveaux d'anxiété et les niveaux plasmatiques de corticostérone, sans provoquer de changements de la dépression. Cependant, la perte d'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques ne module pas le comportement locomoteur chez les souris femelles. Notamment, les actions de la leptine dans le mésencéphale pour influencer le comportement alimentaire ne sont pas médiées par l'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques, considérant que les souris mâles et femelles ont un comportement alimentaire normal. Nos résultats démontrent que la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable des effets anxiolytiques de la leptine, et soutient l'hypothèse que la leptine communique l'état d'énergie du corps (i.e. la relation entre la dépense et les apports énergétiques) pour les régions mésolimbiques pour atténuer les effets de motivation et de récompense de plusieurs comportements qui servent à réhabiliter ou à épuiser les réserves d'énergie. En outre, ce travail souligne l'importance d'étudier la modulation de la signalisation de la leptine dans différente types de cellules, afin d'identifier les voies de signalisation et les mécanismes cellulaires impliqués dans les différentes fonctions neuro-comportementales de la leptine. / The adipocyte-derived hormone leptin circulates in proportion to the body fat content and transduces its signal through the long form of its receptor via a number of neural pathways, including MAPK, PI3-K, AMPK and JAK2-STAT3. Of note, STAT3 constitutes a key pathway downstream to the leptin receptor by which leptin modulates the expression of genes involved in energy balance. Most research has focused on leptin receptor function within the hypothalamus, in particular leptin receptor function within the arcuate nucleus. However, leptin receptors are also expressed on dopaminergic neurons of the ventral tegmental area, and leptin has been shown to target this brain region to influence feeding, motivation, locomotion, anxiety and dopamine tone. Moreover, leptin activates STAT3 in both dopaminergic and GABAergic neuronal populations. Although these findings contribute to our understanding of the multiple actions of leptin in the central nervous system, it remains to be resolved which cells and leptin receptor signaling pathway mediates the neurobehavioral effects of leptin in the midbrain. Aiming at determining the contribution of STAT3 signaling in midbrain DA neurons, we generated a line of conditional knockout mice in which the main activation site of STAT3 gene (tyr 705) is absent specifically in dopaminergic neurons (STAT3DAT-KO mice). Using this genetic mouse model, we assessed the impact of ablation of STAT3 signaling in dopaminergic neurons on a number of dopamine-related functions, including feeding, locomotion, reward-related behaviors, emotion and nucleus accumbens dopamine release. Interestingly, we observed a sexual dimorphism in the phenotype of STAT3DAT-KO mice. STAT3 signaling in DA neurons mediates the actions of leptin in the midbrain to decrease locomotion and running reward, and to increase dopamine release and availability in male mice. However, it does not modulate emotional behavior. On the other hand, STAT3DAT-KO female mice exhibited increased anxiety-like behavior accompanied by increased plasma corticosterone levels, without changes in behavioral despair relative to littermate controls. However, loss of STAT3 activation in dopaminergic neurons does not modulate locomotor behavior in female mice. Notably, the actions of leptin in the midbrain to influence feeding behavior are not mediated by STAT3 signaling in dopaminergic neurons, as both male and female STAT3DAT-KO mice have normal feeding behavior as compared to littermate controls. Our results demonstrate that STAT3 signaling in dopaminergic neurons mediates the anxiolytic actions of leptin, and support the hypothesis that leptin communicates body energy status (defined as a relationship between energy intake and energy expenditure) to mesolimbic regions to adjust the motivational and rewarding effects of multiple behaviors that serve to either restore or deplete energy stores. In addition, this work highlight the importance of studying cell-type specific modulation of leptin signaling molecules to tease apart pathways and the mechanisms involved in the different neurobehavioral functions of this adipocyte-derived hormone.

Le fer, un métal de transition, est requis pour la survie de presque tout les organismes vivant à cause de son habilité à accepter ou donner un électron et donc à catalyser plusieurs réactions biochimique fondamentales. Cependant, la même propriété permet aussi au fer ionique d’accélérer la formation de radicaux libres et donc le fer peut potentiellement avoir des effets néfastes. Conséquemment, l’homéostasie du fer doit être étroitement régulé, tant au niveau cellulaire que systémique. Notre étude met l’emphase sur deux molécules importante pour régulation du métabolisme du fer : la lipocaline 2 (Lcn2) et l’hepcidine. Lcn2, une protéine de phase aiguë, est impliquée dans le transport du fer par les sidérophores. Lcn2 est un candidat potentiel comme transporteur du fer qui pourrait être responsable de l’accumulation excessive du fer non lié à la transferrine dans le foie des patients atteints d’hémochromatose héréditaire (HH). Nous avons généré des souris double-déficiente HfeLcn2 pour évaluer l’importance de Lcn2 dans la pathogenèse de surcharge en fer hépatique dans les souris knock-out Hfe (Hfe -/-). Notre étude révèle que la délétion de Lcn2 dans les souris Hfe-/- n’influence pas leur accumulation de fer hépatique ou leur réponse à une surcharge en fer. Le phénotype des souries HfeLcn2-/- demeure indiscernable de celui des souris Hfe-/-. Nos données impliquent que Lcn2 n’est pas essentiel pour la livraison du fer aux hépatocytes dans l’HH. L’hepcidine, un régulateur clé du métabolisme du fer, est un petit peptide antimicrobien produit par le foie et qui régule l’absorption intestinale du fer et son recyclage par les macrophages. L’expression de l’hepcidine est induite par la surcharge en fer et l’inflammation, tandis que, à l'inverse, elle est inhibée par l'anémie et l'hypoxie. Dans certaine situations pathologique, l’hepcidine est régulée dans des directions opposées par plus d’un régulateur. Nous avons, en outre, analysé comment les différents facteurs influencent l’expression de l’hepcidine in vivo en utilisant un modèle de souris avec un métabolisme du fer altéré. Nous avons examiné la régulation de l’hepcidine en présence de stimuli opposés, ainsi que la contribution des médiateurs et des voix de signalisation en aval de l’expression de l’hepcidine. Nous avons démontré que l'érythropoïèse, lorsque stimulé par l’érythropoïétine, mais pas par l’hypoxie, diminue l’expression de l’hepcidine d’une façon dépendante de la dose, même en présence de lipopolysaccharides ou de surcharge de fer alimentaire, qui peuvent agir de manière additive. De plus, l’entraînement érythropoïétique inhibe tant la voix inflammatoire que celle de détection du fer, du moins en partie, par la suppression du signal IL-6/STAT3 et BMP/SMAD4 in vivo. Au total, nos données suggèrent que le niveau d’expression de l’hepcidine en présence de signaux opposés est déterminé par la force du stimulus individuel plutôt que par une hiérarchie absolue. Ces découvertes sont pertinentes pour le traitement de l’anémie des maladies chronique et les désordres de surcharge en fer. / Iron, a transition metal, is required for survival by almost all living organisms due to its ability to accept or donate electrons and thus to catalyze many fundamental biochemical reactions. However, the same properties also allow ionic iron to accelerate the formation of free radicals and as such iron has the potential for deleterious effects. Consequently, iron homeostasis must be tightly regulated at both cellular and systemic levels. Our studies focused on two important molecules in the regulation of iron metabolism, namely, lipocalin 2 (Lcn2) and hepcidin. Lcn2, an acute phase protein, is involved in iron trafficking via siderophores. Lcn2 has emerged as a candidate iron-transporter that may be responsible for excessive non-transferrin-bound iron (NTBI) accumulation in the liver of hereditary hemochromatosis (HH) patients. We generated HfeLcn2 double-deficient mice to evaluate the importance of Lcn2 in the pathogenesis of hepatic iron loading in Hfe knockout mice. Our studies revealed that deletion of Lcn2 in Hfe-knockout mice does not influence hepatic iron accumulation in Hfe-/- mice, or their response to iron loading, as the phenotype of HfeLcn2-/- mice remained indistinguishable from that of Hfe-/- mice. Our data imply that Lcn2 is not essential for iron delivery to hepatocytes in HH. Hepcidin, a key regulator of iron metabolism, is a small antimicrobial peptide produced by the liver that regulates intestinal iron absorption and iron recycling by macrophages. Hepcidin expression is induced by iron-loading and inflammation while, conversely, being inhibited by anemia and hypoxia. Under certain pathologic situations, hepcidin is regulated in opposite directions by more than one regulator. We further investigated how different factors influence hepcidin expression in vivo using mouse models of altered iron metabolism. We examined hepcidin regulation in the presence of opposing stimuli as well as the contributions of mediators and downstream signaling pathways of hepcidin expression. We show that erythropoiesis drive, when stimulated by erythropoietin but not by hypoxia, down-regulates hepcidin in a dose-dependent manner, even in the presence of lipopolysaccharide or dietary iron-loading, which may act additively. Moreover, erythropoietic drive inhibited both the inflammatory and iron-sensing pathways, at least in part, via the suppression of IL-6/STAT3 and BMP/SMAD4 signaling in vivo. Altogether, our data suggest that hepcidin expression levels in the presence of opposing signaling are determined by the strength of the individual stimuli rather than by an absolute hierarchy. These findings are pertinent for the treatment of the anemia of chronic disease and iron-loading disorders.

JAK/STAT signaling pathway is one of the most studied intracellular cascades transmitting signals from the extracellular environment to the cell nucleus in order to affect expression of target genes. Circadian clocks localized in the suprachiasmatic nuclei (SCN) of the hypothalamus are sensitive especially to light but they can respond to non-photic stimuli such as growth factors, opioids, leptin and cytokines that have been demonstrated to perform its function via the JAK/STAT signaling pathway. The recent findings of our laboratory demonstrated that STAT3 protein is highly produced by SCN of rat. Primary aim of our experiments was to test the circadian regulation of STAT3 production in SCN and describe the effect of exogenously administered leptin on STAT3 phosphorylation in the SCN, pineal gland and hypothalamic structures responsible for regulated feeding behavior and energy metabolism. Because activation of leptin receptors may stimulate a number of other signaling cascades, we chose phosphorylated forms of kinase ERK1/2 and GSK-3β as other markers of intracellular changes after administration of leptin in the studied structures. Our results proved rhythmic production of STAT3 protein in SCN of rat and indicated circadian regulation of sensitivity to leptin in hypothalamic structures. The data...

Activation of the maternal immune system and resultant maternal cytokine expression due to prenatal infection has been implicated as a significant contributor to the pathology of neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders such as schizophrenia and Autism Spectrum Disorder (ASD). Increased maternal interleukin-6 (IL-6) expression, observed clinically and in animal models of prenatal infection, and resultant activation of key signaling pathways, has been shown to be a biological indicator of pathology, and a central component of the pathological mechanism. In animal models of prenatal infection and clinically in pregnancy disorders hallmarked by immunological irregularities and increased IL-6 expression, inhibition of IL-6 has been shown to reduce pathological symptoms both maternally and in the exposed offspring. This study aims to demonstrate the ability of IL-6 expression, resulting from prenatal infection, to induce neuropathological and behavioral outcomes that mirror clinical observations seen in disorders such as ASD. More importantly, it shows how flavones luteolin and diosmin, a subclass of the flavonoid family, through inhibition of IL-6 mediated activation of Signal Transducer and Activator of Transcription-3 (Stat3) can reduce these pathologies both in vitro and in vivo. Evidence suggests that flavonoids, a polyphenolic class of naturally occurring plant secondary metabolites, are potent anti-inflammatory agents that can attenuate the expression of cytokines such as IL-6, possibly through the modulation of tyrosine kinase activity. They have been shown to have significant therapeutic potential in disorders hallmarked by increased inflammation or disruptions in immune regulation, such as neurodegenerative disorders and certain cancers. Members such as diosmin have also been shown to be safe during pregnancy, and are currently utilized in the treatment of certain vascular disorders associated with pregnancy. In vitro work undertaken in this study showed that co-administration of luteolin with IL-6 in neural stem cells (NSC) was able to attenuate pathological outcomes induced by IL-6 including aberrant proliferation, over expression of astroglial marker, glial fibrillary acidic protein (GFAP) and changes in cellular morphology. In vivo studies involving luteolin and diosmin further confirmed the therapeutic efficacy of these compounds as similar attenuation of IL-6 mediated maternal and fetal pro-inflammatory cytokine expression and abnormal behaviors in prenatally exposed offspring was observed. Mechanistically, these effects were mediated through inhibition of Stat3 activation although other pathways activated by IL-6 were modulated by flavone co-treatment. Flavonoid treatment during periods of prenatal infection may prove to be a therapeutic intervention for the resultant pathological outcomes seen in offspring through attenuation of the maternal and fetal immune response to infection as well as modulation of signaling pathways in the fetal brain. These compounds may prove therapeutically efficacious for the application in perinatal conditions hallmarked by increased inflammation during pregnancy.