To comprehensively characterize androgens and androgen precursors in classic 21-hydroxylase deficiency (21OHD) and to gain insights into the mechanisms of their formation.Serum samples were obtained from 38 patients (19 men) with classic 21OHD, aged 3-59, and 38 sex- and age-matched controls; 3 patients with 11β-hydroxylase deficiency; 4 patients with adrenal insufficiency; and 16 patients (8 men) undergoing adrenal vein sampling. Paraffin-embedded normal (n = 5) and 21OHD adrenal tissues (n = 3) were used for immunohistochemical studies.We measured 11 steroids in all sera by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Immunofluroescence localized 3β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (HSD3B2) and cytochrome b5 (CYB5A) within the normal and 21OHD adrenals.Four 11-oxygenated 19-carbon (11oxC19) steroids were significantly higher in male and female 21OHD patients than in controls: 11β-hydroxyandrostenedione, 11-ketoandrostenedione 11β-hydroxytestosterone, and 11-ketotestosterone (3-4-fold, P < 0.0001). For 21OHD patients, testosterone and 11-ketotestosterone were positively correlated in females, but inversely correlated in males. All 11oxC19 steroids were higher in the adrenal vein than in the inferior vena cava samples from men and women and rose with cosyntropin stimulation. Only trace amounts of 11oxC19 steroids were found in the sera of patients with 11β-hydroxylase deficiency and adrenal insufficiency, confirming their adrenal origin. HSD3B2 and CYB5A immunoreactivities were sharply segregated in the normal adrenal glands, whereas areas of overlapping expression were identified in the 21OHD adrenals.All four 11oxC19 steroids are elevated in both men and women with classic 21OHD. Our data suggest that 11oxC19 steroids are specific biomarkers of adrenal-derived androgen excess.

Abstract Primary aldosteronism (PA) is the most common form of endocrine hypertension and effects one in 50 adults. PA is characterized by inappropriately elevated aldosterone production via renin-independent mechanisms. Driver somatic mutations for aldosterone excess have been found in approximately 90% of aldosterone-producing adenomas (APAs). Using next-generation sequencing, we identified recurrent in-frame deletions in SLC30A1 in five APAs (p.L51_A57del, n=3; p.L49_L55del, n=2). SLC30A1 encodes the ubiquitous zinc efflux transporter ZnT1 (zinc transporter 1). The identified SLC30A1 variants are situated in close proximity of the zincbinding site (H43 and D47) in transmembrane domain II and likely cause abnormal ion transport. PA cases with the unique SLC30A1 mutations showed male dominance and demonstrated increased aldosterone and 18-oxo-cortisol concentrations. Functional studies of the mutant SLC30A1 51_57del variant in a doxycycline-inducible adrenal cell system revealed abnormal Na + conductivity caused by the mutant, which in turn led to the depolarization of the resting membrane potential, and thus to the opening of voltage-gated calcium channels. This resulted in an increase in cytosolic Ca 2+ activity, which stimulated CYP11B2 mRNA expression and aldosterone production. Collectively, these data implicate the first-in-field zinc transporter mutations as a dominant driver of aldosterone excess in PA.

Abstract Context Androstenedione (A4) and testosterone (T) are produced by both the adrenal glands and the gonads. The adrenal enzyme 11β-hydroxylase (CYP11B1) executes the final step in cortisol synthesis; CYP11B1 also uses A4 and T as substrates, generating 11-hydroxyandrostenedione and 11-hydroxytestosterone, respectively. It has been suggested that CYP11B1 is expressed in the gonads, yet the circulating levels of all 11-oxygenated androgens (11-oxyandrogens) are similar in males and females of reproductive ages, despite enormous differences in T. Objective To assess the gonadal contribution to the circulating pool of 11-oxyandrogens. Methods We used liquid chromatography–tandem mass spectrometry to measure 13 steroids, including traditional and 11-oxyandrogens in: (i) paired gonadal and peripheral vein blood samples obtained during gonadal venograms from 11 patients (7 women), median age 37 (range, 31-51 years); and (ii) 17 women, median age 57 (range, 41-81 years) before and after bilateral salpingo-oophorectomy (BSO). We also compared CYP11B1, 17α-hydroxylase/17,20-lyase (CYP17A1), and 3β-hydroxysteroid dehydrogenase type 2 (HSD3B2) mRNA expression in adrenal, ovarian, and testicular tissue. Results A4, T, estradiol, estrone, progesterone, 17α- and 16α-hydroxyprogesterone were all higher in gonadal veins vs periphery (P &lt; .05 for all), while four 11-oxyandrogens were similar between matched gonadal and peripheral vein samples. Equally, in women who underwent BSO, A4 (median [interquartile range]: 59.7 [47.7-67.6] ng/dL vs 32.7 [27.4-47.8] ng/dL, P &lt; .001) and T (24.1 [16.4-32.3] vs 15.5 [13.7-19.0] ng/dL, P &lt; .001) declined, while 11-oxyandrogens remained stable. Gonadal tissue displayed negligible CYP11B1 mRNA. Conclusion Despite producing substantial amounts of A4 and T, human gonads are not relevant sources of 11-oxyandrogens.

The steroid hormone aldosterone, produced by the zona glomerulosa (zG) of the adrenal gland, is a master regulator of plasma electrolytes and blood pressure. While aldosterone control by the renin-angiotensin system is well understood, other key regulatory factors have remained elusive. Here, we replicated a prior association between a non-coding variant in WNT2B and an increased risk of primary aldosteronism, a prevalent and debilitating disease caused by excessive aldosterone production. We further show that in both mice and humans, WNT2B is expressed in the mesenchymal capsule surrounding the adrenal cortex, in close proximity to the zG. Global loss of Wnt2b in the mouse results in a dysmorphic and hypocellular zG, with impaired aldosterone production. Similarly, humans harboring WNT2B loss-of-function mutations develop a novel form of Familial Hyperreninemic Hypoaldosteronism, designated here as Type 4. Additionally, we demonstrate that WNT2B signals by activating the non-canonical Wnt/planar cell polarity pathway. Our findings identify WNT2B as a key regulator of zG function and aldosterone production with important clinical implications.

We present the case of a 20-year-old woman with classic congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase deficiency, with uncontrolled hyperandrogenemia despite supraphysiological glucocorticoid therapy. We used abiraterone acetate, an inhibitor of the 17-hydroxylase/17,20-lyase enzyme, to suppress adrenal androgen synthesis and allow physiological glucocorticoid and mineralocorticoid therapy, as a proof-of-concept, before proceeding to bilateral adrenalectomy. We report the patient's clinical course, the changes in adrenal steroids, and the immunohistochemistry of the adrenals.

ABSTRACT Context Hyperandrogenism is a hallmark of polycystic ovary syndrome (PCOS), yet the androgen(s) responsible remain ambiguous. Recent studies have suggested that 11‐oxygenated C 19 steroids (11‐oxyandrogens), specifically 11‐ketotestosterone, may be a good marker for hyperandrogenism in PCOS. Objective To investigate the utility of 11‐oxyandrogens to differentiate women with and without PCOS relative to classical androgens. Design Setting Case–control study performed at a PCOS clinic and research center in an academic setting. Patients 114 women with PCOS and 78 healthy controls. Interventions Using the PCOS Tissue Bank, serum samples and data from 114 women registered from 2013 to 2017 between the ages of 18–40 years, were obtained and classified using Rotterdam PCOS criteria. Data were compared to 78 healthy women of similar age, with serum samples obtained between 2017 and 2020. 11‐oxyandrogens and sex steroids were measured using mass spectrometry, and their associations to Rotterdam PCOS, age, and BMI were assessed. Main Outcome Measures 11‐oxyandrogens and sex steroids. Results Total testosterone, androstenedione, and four 11‐oxyandrogens were significantly elevated in women with PCOS compared to age matched controls, controlling for age and BMI ( p < 0.01 for all). When considered together, the four 11‐oxyandrogens were more predictive of PCOS compared to testosterone and androstenedione. When all androgens were considered individually, 11‐ketoandrostenedione was the most predictive of PCOS. Of the six androgens studied, 11‐ketotestosterone was the only androgen that demonstrated a weak association with hirsutism score ( r = 0.17; p = 0.07) within the PCOS group. Conclusion 11‐oxyandrogens were statistically higher in women with PCOS and may serve as better predictors of PCOS than testosterone and androstenedione.

Abstract Primary aldosteronism is characterized by renin-independent hyperaldosteronism that originates from aldosterone-producing lesions in the adrenal glands. Under physiological conditions, aldosterone synthase ( CYP11B2 ) expression is confined to the adrenal zona glomerulosa where it catalyzes the final reaction yielding aldosterone. The regulation of CYP11B2 transcription depends on the control of cellular membrane potential and cytosolic calcium activity. In primary aldosteronism, aldosterone-producing adenomas (APAs) are characterized by disrupted regulation of CYP11B2 expression resulting in autonomous biosynthesis of aldosterone. These lesions often harbor aldosterone-driver somatic mutations in genes encoding ion transporters/channels/pumps that increase cytosolic calcium activity causing increased CYP11B2 expression and aldosterone biosynthesis. We investigated APAs devoid of known somatic mutations and detected a missense mutation and a deletion-insertion variant in MCOLN3 which encodes for mucolipin-3 (TRPML3) — a highly conserved inwardly-rectifying, cation-permeable channel. These MCOLN3 mutations were identified in three APAs derived from male patients with primary aldosteronism: p. Y391D and p.N411_V412delinsI. Both mutations are located near the ion pore and selectivity filter of TRPML3. This is the first report of disease-causing MCOLN3 mutations in humans. Functional studies suggest MCOLN3 Y391D might directly or indirectly via membrane depolarization alter calcium influx of transfected adrenocortical cells, resulting in increased CYP11B2 transcription and aldosterone production. This study implicates mutated MCOLN3 as a driver of aldosterone excess in primary aldosteronism. Significance Statement Primary aldosteronism is a common but under-diagnosed endocrine disease that contributes to global hypertension burden and cardiovascular mortality and morbidity. Hyperaldosteronism in primary aldosteronism is mainly caused by adrenal lesions harboring somatic mutations that disrupt intracellular calcium levels and consequently aldosterone synthase expression and aldosterone production. Majority of these mutations have been identified in genes encoding ion transporters/channels/pumps. Herein, we report the first disease-causing somatic mutations in human MCOLN3 in aldosterone-producing adenomas (APAs) devoid of known mutations. In vitro investigations showed the MCOLN3 variant (p.Y391D) caused an influx of cytosolic calcium in adrenocortical cells and the subsequent increase in aldosterone synthase and aldosterone biosynthesis.

Abstract Context Adipose steroid metabolism modifies body fat development in polycystic ovary syndrome (PCOS). Objective To determine whether subcutaneous (SC) abdominal adipose aldo-keto reductase 1C3 (AKR1C3, a marker of testosterone generation) is increased in normal-weight women with PCOS versus age- and body mass index (BMI)-matched normoandrogenic ovulatory women (controls) and is related to SC abdominal adipose activator protein-1 (AP-1, a marker of adipocyte differentiation) and/or androgen receptor (AR) protein expression in predicting fat accretion. Design Prospective cohort study. Setting Academic center. Patients Eighteen normal-weight PCOS women; 17 age- and BMI-matched controls. Intervention(s) Circulating hormone/metabolic determinations, IV glucose tolerance testing, total body dual-energy x-ray absorptiometry, SC abdominal fat biopsy, immunohistochemistry. Main Outcome Measure(s) Clinical characteristics, hormonal concentrations, body fat distribution, SC adipose AKR1C3, AR and AP-1 protein expression. Results Women with PCOS had significantly higher serum androgen levels and greater android/gynoid fat mass ratios than controls. SC adipose AKR1C3, AR and AP-1 protein expressions were comparable between the study groups, but groups differed in correlations. In PCOS women versus controls, SC adipose AKR1C3 protein expression correlated positively with android and gynoid fat masses and negatively with SC adipose AP-1 protein expression. SC adipose AR protein expression correlated negatively with fasting serum free fatty acid and high-density lipoprotein levels. In both study groups, SC adipose AKR1C3 protein expression negatively correlated with serum cortisol levels. Conclusion In normal-weight PCOS women, SC abdominal adipose AKR1C3 protein expression, in combination with intra-adipose AP-1 and AR-dependent events, predicts fat accretion in the presence of physiological cortisol levels.

Abstract The brain augments glucose production during fasting, but the mechanisms are poorly understood. Here, we show that Cckbr -expressing neurons in the ventromedial hypothalamic nucleus (VMN Cckbr cells) prevent low blood glucose during fasting through sympathetic nervous system (SNS)-mediated augmentation of adipose tissue lipolysis and substrate release. Activating VMN Cckbr neurons mobilized gluconeogenic substrates without altering glycogenolysis or gluconeogenic enzyme expression. Silencing these cells (Cckbr TetTox animals) reduced fasting blood glucose, impaired lipolysis, and decreased circulating glycerol (but not other gluconeogenic substrates) despite normal insulin, counterregulatory hormones, liver glycogen, and liver gluconeogenic gene expression. Furthermore, β3-adrenergic adipose tissue stimulation in Cckbr TetTox animals restored lipolysis and blood glucose. Hence, VMN Cckbr neurons impact blood glucose not by controlling islet or liver physiology, but rather by mobilizing gluconeogenic substrates. These findings establish a central role for hypothalamic and SNS signaling during normal glucose homeostasis and highlight the importance of gluconeogenic substrate mobilization during physiologic fasting.