Outcome of Hsd17b1 gene deletion in ovarian and adipose tissue function : alterations resulting from both HSD17B1 enzyme inhibition and the off-target effect on the Naglu gene - Jokela, Heli (fi=Turun yliopisto|en=University of Turku|, 2018)
Steroids comprise a group of hormones that are, in the traditional view, secreted by the adrenal cortex, testes and ovaries, as well as the placenta during pregnancy and that reach their target organs via blood circulation. However, the concentration of available ligand for nuclear receptor binding is also regulated by target tissue metabolism. Hydroxysteroid (17beta) dehydrogenases (HSD17Bs) are a group of enzymes involved in this intracrine regulation of sex steroids. Among the HSD17Bs, HSD17B1 is an enzyme that catalyzes the reduction of estrone to estradiol and the reduction of androstenedione to testosterone. To elucidate the physiological function of HSD17B1, we generated a knockout mouse model with a disrupted Hsd17b1 gene, in which the entire coding region of Hsd17b1 was replaced with a LacZ/Neo insertion. Pubertal onset and estrous cycle were found to be normal in the homozygous Hsd17b1-LacZ/Neo females. However, the mice were subfertile and had defects in pregnancy maintenance, likely affected by an imbalance in ovarian steroid synthesis. In addition, the Hsd17b1-LacZ/Neo males presented with reduced fat mass, increased lean mass, and fatty liver, and the mice had an improved tolerance to high-fat diet-induced obesity. Surprisingly, the deletion of the Hsd17b1 gene disrupted the expression of an upstream neighboring gene, N-acetyl-alpha-glucosaminidase (Naglu). Furthermore, biochemically and morphologically similar metabolic phenotypes were observed in the Naglu knockout mice, while their fertility was normal. This observation together with observations from other analyses, indicated that the metabolic dysfunctions in the Hsd17b1-LacZ/Neo males were related to the downregulation of Naglu expression and not to the inhibition of HSD17B1 activity. In summary, this study elucidates the importance of HSD17B1 enzyme in female fertility and provides an example of how the altered genomic structure can affect the functions of neighboring genes, leading to severe off-target effects.

Hsd17b1-geenin poiston seuraukset munasarjojen ja rasvakudoksen toimintaan: HSD17B1-entsyymin inhibition ja naapurigeeni Naglu:n häiriintyneen toiminnan aiheuttamat muutokset Sukupuolihormonit tuotetaan perinteisen näkemyksen mukaan lisämunuaisissa, munasarjoissa, kiveksissä ja raskausaikana istukassa, joista hormonit tavoittavat kohdekudoksensa verenkierron kautta. Nykytiedon mukaan sukupuolihormonien pitoisuuksia säädellään ja niiden rakennetta muokataan entsymaattisesti myös kohdekudoksessa, ja näin paikallinen aineenvaihduntakin säätelee hormonivaikutuksia. Hydroksisteroidi( 17-beeta)dehydrogenaasit (HSD17B:t) ovat ryhmä entsyymejä, jotka osallistuvat kohdekudoksissa tapahtuvaan sukupuolihormonien säätelyyn. HSD17B1-entsyymin on osoitettu in vitro katalysoivan heikon estrogeenin estronin muuttumista voimakkaasti vaikuttavaksi estradioliksi ja heikon androgeenin androstenedionin aktivoitumista voimakkaasti vaikuttavaksi testosteroniksi. Selvittääksemme tarkemmin HSD17B1-entsyymin fysiologiset toiminnot ja merkityksen teimme poistogeeniset hiiret (Hsd17b1-LacZ/Neo-hiiret), joissa koko Hsd17b1-geenin koodaava alue korvattiin raportoijageeniä (lacZ) ilmentävällä DNA-fragmentilla. Murrosiän puhkeamisen ja estruskierron todettiin olevan normaaleja Hsd17b1-LacZ/Neo-naarailla, mutta muuntuneen steroidisynteesin vuoksi hiiret olivat subfertiilejä johtuen ongelmista raskauden alkamisessa. Lisäksi Hsd17b1-LacZ/Neo-uroksilla oli vähentynyt rasvamassa, lisääntynyt lihasmassa, rasvamaksa ja toleranssi rasvaisen ruokavalion aiheuttamalle lihavuudelle. Yllättäen havaitsimme Hsd17b1-geenin poiston häiritsevän merkittävästi viereisen geenin N-asetyyli-alfa-glukosaminidaasin (Naglu) ilmentymistä. Naglu-poistogeenisten hiirten metaboliailmiasu osoittautui biokemiallisesti ja morfologisesti samanlaiseksi kuin Hsd17b1-poistogeenisillä hiirillä. Näin ollen Hsd17b1-poistogeenisissä hiirissä havaitut rasva-aineenvaihdunnan muutokset johtuivat alentuneesta Naglu-geenin ilmentymisestä eivätkä liittyneet HSD17B1-entsyymin puutokseen. Toisin kuin Hsd17b1-LacZ/Neonaarailla Naglu-poistogeenisten naaraiden lisääntymisbiologia oli normaali. Tässä tutkimuksessa osoitettiin HSD17B1-entsyymin välttämättömyys naaraiden hedelmällisyydelle. Lisäksi työ osoitti, että geenilokuksen DNA-jakson muuntaminen voi merkittävästi vaikuttaa naapurigeenien ilmentymiseen.