The coding region of the bacterial chloramphenicol acetyltransferase (CAT) gene is widely used as an indicator gene in gene transfer experiments dealing with regulation of transcription in eukaryotes.Chimaeric CAT fusion genes are especially useful because no endogenous CAT activity is present in eukaryotic cells and because CAT enzyme activity can be monitored by a rapid and sensitive assay (1).In order to simplify the construction of hybrid CAT genes, we have constructed the plasmids pBLCAT2 and pBLCAT3.The coding region of the CAT gene as well as the small t intron and polyadenylation signals from SV40 were inserted into the polylinker region of the high copy number plasmid pUC18 (2).Unique BgHI and Xhol restriction sites were introduced upstream of the CAT coding region by insertion of synthetic linkers.A BamHI site at the 3' end of the transcription unit was converted into a dam methylation sensitive Clal site by partial digestion with BamHI, filling -in and re -ligation.In the promoterless construction pBLCAT3 eight unique restriction sites are suitable for insertion of different eukaryotic promoters at the 5' end of the CAT gene.Four additional unique restriction sites make the insertion of regulatory signals 3' of the CAT gene possible and enable the excision of the intact fusion gene from the prokaryotic vector.The presence of die Herpes simplex virus tk promoter in pBLCAT2 permits die analysis of the effects of putative regulatory elements on a heterologous eukaryotic promoter.A BamHI/Bglll fragment from the HSV tk linker scanning mutant LS -115/ -105 (3) spanning the promoter from -105 to +51 was inserted into the corresponding restriction sites of pBLCAT3 thereby generating pBLCAT2.The modified polylinker regions at the 5' and the 3' ends have been sequenced and compiled sequences for both plasmids are available on request.

The cAMP-responsive element-binding protein (CREB) has been implicated in the activation of protein synthesis required for long-term facilitation, a cellular model of memory in Aplysia. Our studies with fear conditioning and with the water maze show that mice with a targeted disruption of the α and δ isoforms of CREB are profoundly deficient in long-term memory. In contrast, short-term memory, lasting between 30 and 60 min, is normal. Consistent with models claiming a role for long-term potentiation (LTP) in memory, LTP in hippocampal slices from CREB mutants decayed to baseline 90 min after tetanic stimulation. However, paired-pulse facilitation and posttetanic potentiation are normal. These results implicate CREB-dependent transcription in mammalian long-term memory.

In mammals, circadian oscillators reside not only in the suprachiasmatic nucleus of the brain, which harbors the central pacemaker, but also in most peripheral tissues. Here, we show that the glucocorticoid hormone analog dexamethasone induces circadian gene expression in cultured rat-1 fibroblasts and transiently changes the phase of circadian gene expression in liver, kidney, and heart. However, dexamethasone does not affect cyclic gene expression in neurons of the suprachiasmatic nucleus. This enabled us to establish an apparent phase-shift response curve specifically for peripheral clocks in intact animals. In contrast to the central clock, circadian oscillators in peripheral tissues appear to remain responsive to phase resetting throughout the day.

Abnormally high spiking activity can damage neurons. Signaling systems to protect neurons from the consequences of abnormal discharge activity have been postulated. We generated conditional mutant mice that lack expression of the cannabinoid receptor type 1 in principal forebrain neurons but not in adjacent inhibitory interneurons. In mutant mice,the excitotoxin kainic acid (KA) induced excessive seizures in vivo. The threshold to KA-induced neuronal excitation in vitro was severely reduced in hippocampal pyramidal neurons of mutants. KA administration rapidly raised hippocampal levels of anandamide and induced protective mechanisms in wild-type principal hippocampal neurons. These protective mechanisms could not be triggered in mutant mice. The endogenous cannabinoid system thus provides on-demand protection against acute excitotoxicity in central nervous system neurons.

The role of the glucocorticoid receptor (GR) in glucocorticoid physiology and during development was investigated by generation of GR-deficient mice by gene targeting. GR -/- mice die within a few hours after birth because of respiratory failure. The lungs at birth are severely atelectatic, and development is impaired from day 15.5 p.c. Newborn livers have a reduced capacity to activate genes for key gluconeogenic enzymes. Feedback regulation via the hypothalamic-pituitary-adrenal axis is severely impaired resulting in elevated levels of plasma adrenocorticotrophic hormone (15-fold) and plasma corticosterone (2.5-fold). Accordingly, adrenal glands are enlarged because of hypertrophy of the cortex, resulting in increased expression of key cortical steroid biosynthetic enzymes, such as side-chain cleavage enzyme, steroid 11 beta-hydroxylase, and aldosterone synthase. Adrenal glands lack a central medulla and synthesize no adrenaline. They contain no adrenergic chromaffin cells and only scattered noradrenergic chromaffin cells even when analyzed from the earliest stages of medulla development. These results suggest that the adrenal medulla may be formed from two different cell populations: adrenergic-specific cells that require glucocorticoids for proliferation and/or survival, and a smaller noradrenergic population that differentiates normally in the absence of glucocorticoid signaling.

In mammals, the transcription factor SRY, encoded by the Y chromosome, is normally responsible for triggering the indifferent gonads to develop as testes rather than ovaries. However, testis differentiation can occur in its absence. Here we demonstrate in the mouse that a single factor, the forkhead transcriptional regulator FOXL2, is required to prevent transdifferentiation of an adult ovary to a testis. Inducible deletion of Foxl2 in adult ovarian follicles leads to immediate upregulation of testis-specific genes including the critical SRY target gene Sox9. Concordantly, reprogramming of granulosa and theca cell lineages into Sertoli-like and Leydig-like cell lineages occurs with testosterone levels comparable to those of normal XY male littermates. Our results show that maintenance of the ovarian phenotype is an active process throughout life. They might also have important medical implications for the understanding and treatment of some disorders of sexual development in children and premature menopause in women.For a video summary of this article, see the PaperFlick file with the Supplemental Data available online.

Two glucocorticoid response elements (GREs) located 2.5 kb upstream of the transcription initiation site of the tyrosine aminotransferase gene were identified by gene transfer experiments and shown to bind to purified glucocorticoid receptor. Although the proximal GRE has no inherent capacity by itself to stimulate transcription, when present in conjunction with the distal GRE, this element synergistically enhances glucocorticoid induction of gene expression. Cooperativity of the two GREs is maintained when they are transposed upstream of a heterologous promoter. An oligonucleotide of 22 bp representing the distal GRE is sufficient to confer glucocorticoid inducibility. As evidenced by the mapping of DNAase I hypersensitive sites, local alterations in the structure of chromatin at the GREs take place as a consequence of hormonal treatment.