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Jian Qiu
Author with expertise in Regulation of Puberty and Reproduction
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Rapid Signaling of Estrogen in Hypothalamic Neurons Involves a Novel G-Protein-Coupled Estrogen Receptor that Activates Protein Kinase C

Jian Qiu et al.Oct 22, 2003
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Classically, 17β-estradiol (E 2 ) is thought to control homeostatic functions such as reproduction, stress responses, feeding, sleep cycles, temperature regulation, and motivated behaviors through transcriptional events. Although it is increasingly evident that E 2 can also rapidly activate kinase pathways to have multiple downstream actions in CNS neurons, the receptor(s) and the signal transduction pathways involved have not been identified. We discovered that E 2 can alter μ-opioid and GABA neurotransmission rapidly through nontranscriptional events in hypothalamic GABA, proopiomelanocortin (POMC), and dopamine neurons. Therefore, we examined the effects of E 2 in these neurons using whole-cell recording techniques in ovariectomized female guinea pigs. E 2 reduced rapidly the potency of the GABA B receptor agonist baclofen to activate G-protein-coupled, inwardly rectifying K + channels in hypothalamic neurons. These effects were mimicked by the membrane impermeant E 2 -BSA and selective estrogen receptor modulators, including a new diphenylacrylamide compound, STX, that does not bind to intracellular estrogen receptors α or β, suggesting that E 2 acts through a unique membrane receptor. We characterized the coupling of this estrogen receptor to a Gα q -mediated activation of phospholipase C, leading to the upregulation of protein kinase Cδ and protein kinase A activity in these neurons. Moreover, using single-cell reverse transcription-PCR, we identified the critical transcripts, PKCδ and its downstream target adenylyl cyclase VII, for rapid, novel signaling of E 2 in GABA, POMC, and dopamine neurons. Therefore, this unique G q -coupled estrogen receptor may be involved in rapid signaling in hypothalamic neurons that are critical for normal homeostatic functions.
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Deletion of Stim1 in hypothalamic arcuate nucleus Kiss1 neurons potentiates synchronous GCaMP activity and protects against diet-induced obesity

Jian Qiu et al.Sep 11, 2020
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Abstract Kisspeptin (Kiss1) neurons are essential for reproduction, but their role in the control of energy balance and other homeostatic functions remains unclear. High frequency firing of hypothalamic arcuate Kiss1 (Kiss1 ARH ) neurons releases kisspeptin into the median eminence, and neurokinin B (NKB) and dynorphin onto neighboring Kiss1 ARH neurons to generate a slow excitatory postsynaptic potential (EPSP) mediated by TRPC5 channels that entrains intermittent, synchronous firing of Kiss1 ARH neurons. High frequency optogenetic stimulation of Kiss1 ARH neurons releases glutamate to excite the anorexigenic proopiomelanocortin (POMC) neurons and inhibit the orexigenic neuropeptide Y/agouti-related peptide (AgRP) neurons via metabotropic glutamate receptors. At the molecular level, the endoplasmic reticulum calcium-sensing protein stromal interaction molecule 1 (STIM1) is critically involved in the regulation of neuronal Ca 2+ signaling and neuronal excitability through its interaction with plasma membrane calcium ( e . g ., TRPC) channels. 17β-estradiol (E2) downregulates Stim1 mRNA expression in female arcuate neurons. Therefore, we hypothesized that deletion of Stim1 in Kiss1 ARH neurons would increase neuronal excitability and their synchronous firing, which ultimately would affect energy homeostasis. Using optogenetics in combination with whole-cell recording and GCaMP6 imaging in slices, we discovered that the deletion of Stim1 in Kiss1 neurons significantly increased the amplitude of the slow EPSP and augmented synchronous [Ca 2+ ]i oscillations in Kiss1 ARH neurons. Deletion of Stim1 in Kiss1 ARH neurons amplified the actions of NKB and protected ovariectomized female mice from developing obesity and glucose intolerance with high-fat dieting. Therefore, STIM1 appears to play a critical role in regulating synchronous firing of Kiss1 ARH neurons, which ultimately affects energy homeostasis. Significance Statement Hypothalamic arcuate kisspeptin (Kiss1 ARH ) neurons are essential for stimulating the pulsatile release of gonadotropin releasing hormone (GnRH) and maintaining fertility. However, Kiss1 ARH neurons appear to be a key player in coordinating energy balance with reproduction. The regulation of calcium channels and hence calcium signaling is critically dependent on the endoplasmic reticulum calcium-sensing protein stromal interaction molecule 1 (STIM1), which interacts with the plasma membrane calcium channels. We have conditionally deleted Stim1 in Kiss1 ARH neurons and found that it significantly increased the excitability of Kiss1 ARH neurons and protected ovariectomized female mice from developing obesity and glucose intolerance with high-fat dieting.
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Mitochondrial dynamics and mitophagy are necessary for proper invasive growth in Rice Blast

Yanjun Kou et al.Mar 30, 2019
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Magnaporthe oryzae causes Blast disease, which is one of the most devastating infections in rice and several important cereal crops. M. oryzae needs to coordinate gene regulation, morphological changes, nutrient acquisition, and host evasion, in order to invade and proliferate within the plant tissues. Thus far, the molecular mechanisms underlying the regulation of invasive growth in planta have remained largely unknown. We identified a precise filamentous-punctate-filamentous cycle in mitochondrial morphology during Magnaporthe-Rice interaction. Interestingly, loss of either the mitochondrial fusion (MoFzo1) or fission (MoDnm1) machinery, or inhibition of mitochondrial fission using Mdivi-1 caused significant reduction in M. oryzae pathogenicity. Furthermore, exogenous carbon source(s) but not antioxidant treatment delayed such mitochondrial dynamics/transition during invasive growth. Such nutrient-based regulation of organellar dynamics preceded MoAtg24-mediated mitophagy, which was found to be essential for proper biotrophic development and invasive growth in planta. We propose that precise mitochondrial dynamics and mitophagy occur during the transition from biotrophy to necrotrophy, and are required for proper induction and establishment of the blast disease in rice.
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Estradiol elicits distinct firing patterns in arcuate nucleus kisspeptin neurons of females through altering ion channel conductances

Jian Qiu et al.Feb 23, 2024
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Hypothalamic kisspeptin (Kiss1) neurons are vital for pubertal development and reproduction. Arcuate nucleus Kiss1 (Kiss1