Abstract Zinc is a critical trace element that is important for various biological functions including male and female reproductive systems, but the molecular mechanisms that underlie fertility have been unclear. We show here for the first time that zinc signaling in the endometrial tissue is indispensable for successful embryo implantation in mice. We observed that a uterine-specific genetic deletion of Slc39a10/Zip10 , which encodes one of the zinc transporters to elevate the cytoplasmic level of zinc, results in severe female infertility due to failure of embryo invasion into the endometrium. Zip10 mRNA is expressed in uterine tissues, especially in the decidualizing stromal cells during embryo implantation. Absence of Zip10 results in the suppression of zinc ion influx in the uterine stromal cells and an attenuation of progesterone – progesterone receptor signals between the epithelium and the stroma, leading to failure of embryo invasion due to sustained epithelial integrity and subsequent embryonic loss. Our findings ( i ) highlight a biological relevance of ZIP10-mediated zinc homeostatic regulation in the establishment of a successful pregnancy and ( ii ) will help to prevent infertility in humans.

Abstract Although low estrogen is considered to suppress uterine endometrial carcinoma, the most cases occur in the postmenopausal stage. After menopause, the production of androgen level also declines. Therefore, to resolve the above enigma, we hypothesize that the postmenopausal decline of androgen is a trigger of its progression. In the present study, to validate this hypothesis, we examine the pathological roles of androgen/AR by analyzing clinical data, culturing endometrioid cancer cell lines, and using murine models. Clinical data show that androgen receptor (AR) expression and serum dihydrotestosterone (DHT) are associated with lower disease-free survival (DFS). DHT suppresses malignant behaviors in AR-transfected human endometrial cancer cells (ECC). In ovariectomized Pten ff /PR cre/+ mice, DHT decreases the proliferation of spontaneously developed murine ECC. In AR-transfected human ECC and Pten ff /PR cre/+ mice, DHT suppresses FOXP4 expression. FOXP4-overexpressed human ECC increases, while FOXP4-knocked-down ECC shows decreased malignant behaviors. DHT/AR-mediated ECC suppression is restored by FOXP4 overexpression. The high FOXP4 expression is significantly correlated with low postoperative DFS. These findings indicate that the androgen/AR system suppresses the malignant activity of endometrial carcinoma and that downstream FOXP4 is another target molecule. These findings will also impact developments in clinical approaches to elderly health.

During female mammal reproductive tract development, epithelial cells of the lower Müllerian duct are committed to become stratified squamous epithelium of vagina and ectocervix, when the expression of ΔNp63 transcription factor is induced by mesenchymal cells. The absence of ΔNp63 expression leads to adenosis, the putative precursor of vaginal adenocarcinoma. Our previous studies with genetically engineered mouse models have established that fibroblast growth factor (FGF)/mitogen-activated protein kinase (MAPK), bone morphogenetic protein (BMP)/SMAD, and activin A/runt related transcription factor 1 (RUNX1) signaling pathways are independently required for ΔNp63 expression in Müllerian duct epithelium (MDE). Here we report that sine oculis homeobox homolog 1 (SIX1) plays a critical role in the activation of ΔNp63 locus in MDE as a downstream transcription factor of mesenchymal signals. In mouse developing reproductive tract, SIX1 expression was restricted to MDE of the future cervix and vagina. SIX1 expression was totally absent in SMAD4 null MDE and was reduced in RUNX1 null and FGFR2 null MDE, indicating that SIX1 is under the control of vaginal mesenchymal factors, BMP4, activin A and FGF7/10. Furthermore, Six1, Runx1 and Smad4 gene-dose-dependently activated ΔNp63 expression in MDE within vaginal fornix. Using a mouse model of diethylstilbestrol (DES)-associated vaginal adenosis, we found DES action through epithelial estrogen receptor α (ESR1) down-regulates SIX1 and RUNX1 in MDE within the vaginal fornix. This study establishes that the vaginal/ectocervical cell fate of MDE is regulated by a collaboration of multiple transcription factors including SMAD4, SIX1 and RUNX1, and the down-regulation of these key transcription factors leads to vaginal adenosis.