Although much attention has been paid to the removal of hormones from sera and to the development of serum-free media for studies on hormone-responsive cells in culture, little consideration has been given to the possibility that the media components themselves may have hormonal activity. We have found that phenol red, which bears a structural resemblance to some nonsteroidal estrogens and which is used ubiquitously as a pH indicator in tissue culture media, has significant estrogenic activity at the concentrations (15-45 microM) at which it is found in tissue culture media. Phenol red binds to the estrogen receptor of MCF-7 human breast cancer cells with an affinity 0.001% that of estradiol (Kd = 2 X 10(-5) M). It stimulates the proliferation of estrogen receptor-positive MCF-7 breast cancer cells in a dose-dependent manner but has no effect on the growth of estrogen receptor-negative MDA-MB-231 breast cancer cells. At the concentrations present in tissue culture media, phenol red causes partial estrogenic stimulation, increasing cell number to 200% and progesterone receptor content to 300% of that found for cells grown in phenol red-free media, thereby reducing the degree to which exogenous estrogen is able to stimulate responses. The antiestrogens tamoxifen and hydroxytamoxifen inhibit cell proliferation below the control level only when cells are grown in the presence of phenol red; in the absence of phenol red, the antiestrogens do not suppress growth. The estrogenic activity of phenol red should be considered in any studies that utilize estrogen-responsive cells in culture.

The relationship of the classical receptors and their transcriptional activity to nongenotropic effects of steroid hormones is unknown. We demonstrate herein a novel paradigm of sex steroid action on osteoblasts, osteocytes, embryonic fibroblasts, and HeLa cells involving activation of a Src/Shc/ERK signaling pathway and attenuating apoptosis. This action is mediated by the ligand binding domain and eliminated by nuclear targeting of the receptor protein; ERα, ERβ, or AR can transmit it with similar efficiency irrespective of whether the ligand is an estrogen or an androgen. This antiapoptotic action can be dissociated from the transcriptional activity of the receptor with synthetic ligands, providing proof of principle for the development of function-specific—as opposed to tissue-selective—and gender-neutral pharmacotherapeutics.

We have found that certain tetrasubstituted pyrazoles are high-affinity ligands for the estrogen receptor (ER) (Fink et al. Chem. Biol. 1999, 6, 205-219) and that one pyrazole is considerably more potent as an agonist on the ERalpha than on the ERbeta subtype (Sun et al. Endocrinology 1999, 140, 800-804). To investigate what substituent pattern provides optimal ER binding affinity and the greatest enhancement of potency as an ERalpha-selective agonist, we prepared a number of tetrasubstituted pyrazole analogues with defined variations at certain substituent positions. Analysis of their binding affinity pattern shows that a C(4)-propyl substituent is optimal and that a p-hydroxyl group on the N(1)-phenyl group also enhances affinity and selectivity for ERalpha. The best compound in this series, a propylpyrazole triol (PPT, compound 4g), binds to ERalpha with high affinity (ca. 50% that of estradiol), and it has a 410-fold binding affinity preference for ERalpha. It also activates gene transcription only through ERalpha. Thus, this compound represents the first ERalpha-specific agonist. We investigated the molecular basis for the exceptional ERalpha binding affinity and potency selectivity of pyrazole 4g by a further study of structure-affinity relationships in this series and by molecular modeling. These investigations suggest that the pyrazole triols prefer to bind to ERalpha with their C(3)-phenol in the estradiol A-ring binding pocket and that binding selectivity results from differences in the interaction of the pyrazole core and C(4)-propyl group with portions of the receptor where ERalpha has a smaller residue than ERbeta. These ER subtype-specific interactions and the ER subtype-selective ligands that can be derived from them should prove useful in defining those biological activities in estrogen target cells that can be selectively activated through ERalpha.

Through an effort to develop novel ligands that have subtype selectivity for the estrogen receptors alpha (ERα) and beta (ERβ), we have found that 2,3-bis(4-hydroxyphenyl)propionitrile (DPN) acts as an agonist on both ER subtypes, but has a 70-fold higher relative binding affinity and 170-fold higher relative potency in transcription assays with ERβ than with ERα. To investigate the ERβ affinity- and potency-selective character of this DPN further, we prepared a series of DPN analogues in which both the ligand core and the aromatic rings were modified by the repositioning of phenolic hydroxy groups and by the addition of alkyl substituents and nitrile groups. We also prepared other series of DPN analogues in which the nitrile functionality was replaced with acetylene groups or polar functions, to mimic the linear geometry or polarity of the nitrile, respectively. To varying degrees, all of the analogues show preferential binding affinity for ERβ (i.e., they are ERβ affinity-selective), and many, but not all of them, are also more potent in activating transcription through ERβ than through ERα (i.e., they are ERβ potency-selective). meso-2,3-Bis(4-hydroxyphenyl)succinonitrile and dl-2,3-bis(4-hydroxyphenyl)succinonitrile are among the highest ERβ affinity-selective ligands, and they have an ERβ potency selectivity that is equivalent to that of DPN. The acetylene analogues have higher binding affinities but somewhat lower selectivities than their nitrile counterparts. The polar analogues have lower affinities, and only the fluorinated polar analogues have substantial affinity selectivities. This study suggests that, in this series of ligands, the nitrile functionality is critical to ERβ selectivity because it provides the optimal combination of linear geometry and polarity. Furthermore, the addition of a second nitrile group β to the nitrile in DPN or the addition of a methyl substitutent at an ortho position on the β-aromatic ring increases the affinity and selectivity of these compounds for ERβ. These ERβ-selective compounds may prove to be valuable tools in understanding the differences in structure and biological function of ERα and ERβ.

Thirteen patients with primary breast masses were studied with positron emission tomography (PET) and 16 alpha-[fluorine-18]-fluoroestradiol-17 beta. PET images demonstrated uptake of the labeled estrogen analog at sites of primary carcinomas and in several foci of axillary lymph node metastases, as well as in one distant metastatic site. There was excellent correlation between uptake within the primary tumor measured on the PET images and the tumor estrogen-receptor concentration measured in vitro after excision (r = .96). This technique may provide an in vivo method of assessing estrogen receptors in primary and metastatic breast cancers and thus guide management of this disease with antiestrogen chemotherapy.

Equol is a metabolite produced in vivo from the soy phytoestrogen daidzein by the action of gut microflora. It is known to be estrogenic, so human exposure to equol could have significant biological effects. Equol is a chiral molecule that can exist as the enantiomers R-equol and S-equol. To study the biological activity of racemic (±)-equol, as well as that of its pure enantiomers, we developed an efficient and convenient method to prepare (±)-equol from available isoflavanoid precursors. Furthermore, we optimized a method to separate the enantiomers of equol by chiral HPLC, and we studied for the first time, the activities of the enantiomers on the two estrogen receptors, ERα and ERβ. In binding assays, S-equol has a high binding affinity, preferential for ERβ (Ki[ERβ]=16 nM; β/α=13 fold), that is comparable to that of genistein (Ki[ERβ]=6.7 nM; β/α=16), whereas R-equol binds more weakly and with a preference for ERα (Ki[ERα]=50 nM; β/α=0.29). All equol isomers have higher affinity for both ERs than does the biosynthetic precursor daidzein. The availability and the in vitro characterization of the equol enantiomers should enable their biological effects to be studied in detail.

PURPOSE: The purpose of this study was to investigate whether positron emission tomography (PET) with the glucose analog [ 18 F]fluorodeoxyglucose (FDG) and the estrogen analog 16 alpha-[ 18 F]fluoroestradiol-17 beta (FES), performed before and after treatment with tamoxifen, could be used to detect hormone-induced changes in tumor metabolism (metabolic flare) and changes in available levels of estrogen receptor (ER). In addition, we investigated whether these PET findings would predict hormonally responsive breast cancer. PATIENTS AND METHODS: Forty women with biopsy-proved advanced ER-positive (ER + ) breast cancer underwent PET with FDG and FES before and 7 to 10 days after initiation of tamoxifen therapy; 70 lesions were evaluated. Tumor FDG and FES uptake were assessed semiquantitatively by the standardized uptake value (SUV) method. The PET results were correlated with response to hormonal therapy. RESULTS: In the responders, the tumor FDG uptake increased after tamoxifen by 28.4% ± 23.3% (mean ± SD); only five of these patients had evidence of a clinical flare reaction. In nonresponders, there was no significant change in tumor FDG uptake from baseline (mean change, 10.1% ± 16.2%; P = .0002 v responders). Lesions of responders had higher baseline FES uptake (SUV, 4.3 ± 2.4) than those of nonresponders (SUV, 1.8 ± 1.3; P = .0007). All patients had evidence of blockade of the tumor ERs 7 to 10 days after initiation of tamoxifen therapy; however, the degree of ER blockade was greater in the responders (mean percentage decrease, 54.8% ± 14.2%) than in the nonresponders (mean percentage decrease, 19.4% ± 17.3%; P = .0003). CONCLUSION: The functional status of tumor ERs can be characterized in vivo by PET with FDG and FES. The results of PET are predictive of responsiveness to tamoxifen therapy in patients with advanced ER + breast cancer.

Inhibition of the PI3K/AKT pathway results in induction of ER-dependent transcriptional activity and susceptibility to anti-estrogen therapy in ER-positive breast cancer.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVArticleNEXTA novel connector linkage applicable in prodrug designPhilip L. Carl, Prasun K. Chakravarty, and John A. KatzenellenbogenCite this: J. Med. Chem. 1981, 24, 5, 479–480Publication Date (Print):May 1, 1981Publication History Published online1 May 2002Published inissue 1 May 1981https://doi.org/10.1021/jm00137a001Request reuse permissionsArticle Views4072Altmetric-Citations269LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InReddit PDF (239 KB) Get e-Alertsclose Get e-Alerts

Abstract Recent studies have identified somatic ESR1 mutations in patients with metastatic breast cancer and found some of them to promote estrogen-independent activation of the receptor. The degree to which all recurrent mutants can drive estrogen-independent activities and reduced sensitivity to ER antagonists like fulvestrant is not established. In this report, we characterize the spectrum of ESR1 mutations from more than 900 patients. ESR1 mutations were detected in 10%, with D538G being the most frequent (36%), followed by Y537S (14%). Several novel, activating mutations were also detected (e.g., L469V, V422del, and Y537D). Although many mutations lead to constitutive activity and reduced sensitivity to ER antagonists, only select mutants such as Y537S caused a magnitude of change associated with fulvestrant resistance in vivo. Correspondingly, tumors driven by Y537S, but not D5358G, E380Q, or S463P, were less effectively inhibited by fulvestrant than more potent and bioavailable antagonists, including AZD9496. These data point to a need for antagonists with optimal pharmacokinetic properties to realize clinical efficacy against certain ESR1 mutants. Significance: A diversity of activating ESR1 mutations exist, only some of which confer resistance to existing ER antagonists that might be overcome by next-generation inhibitors such as AZD9496. Cancer Discov; 7(3); 277–87. ©2016 AACR. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 235