Hormonal reference data, in the form of nomograms relating baseline and stimulated levels of adrenal hormones, provide a means of genotyping steroid 21-hydroxylase (21-OH) deficiency in congenital adrenal hyperplasia. Data from both 360- and 60-min ACTH stimulation tests are given. The serum hormone concentrations that have proven most useful in classifying 21-OH deficiency are 17-hydroxyprogesterone and delta 4-androstenedione. These nomograms clearly distinguish the patient with classical 21-OH deficiency from those with the milder symptomatic and asymptomatic nonclassical forms of 21-OH deficiency (previously referred to as late onset and cryptic forms) as well as heterozygotes for all of the forms and those subjects predicted by HLA genotyping to be unaffected. The nomograms also can identify individuals heterozygous for 21-OH deficiency in the general population who have a characteristic heterozygote response. These nomograms provide a powerful tool by which to assign the 21-OH deficiency genotype. Patients whose hormonal values fall on the regression line within a defined group are assigned to that group. In view of the strong correlation between the 60- and 360-min ACTH stimulation tests, the less cumbersome and shorter 60-min test can be used with the same confidence as the longer test.

Genotyping for 10 mutations in the CYP21 gene was performed in 88 families with congenital adrenal hyperplasia due to 21-hydroxylase deficiency. Southern blot analysis was used to detect CYP21 deletions or large gene conversions, and allele-specific hybridizations were performed with DNA amplified by the polymerase chain reaction to detect smaller mutations. Mutations were detected on 95% of chromosomes examined. The most common mutations were an A----G change in the second intron affecting pre-mRNA splicing (26%), large deletions (21%), Ile-172----Asn (16%), and Val-281----Leu (11%). Patients were classified into three mutation groups based on degree of predicted enzymatic compromise. Mutation groups were correlated with clinical diagnosis and specific measures of in vivo 21-hydroxylase activity, such as 17-hydroxyprogesterone, aldosterone, and sodium balance. Mutation group A (no enzymatic activity) consisted principally of salt-wasting (severely affected) patients, group B (2% activity) of simple virilizing patients, and group C (10-20% activity) of nonclassic (mildly affected) patients, but each group contained patients with phenotypes either more or less severe than predicted. These data suggest that most but not all of the phenotypic variability in 21-hydroxylase deficiency results from allelic variation in CYP21. Accurate prenatal diagnosis should be possible in most cases using the described strategy.

We have determined the structure of cDNA and two genomic genes encoding steroid 21-hydroxylase [21-OHase; steroid 21-monooxygenase; steroid, hydrogen-donor:oxygen oxidoreductase (21-hydroxylating); EC 1.14.99.10]. If this cytochrome P-450 enzyme is defective, cortisol cannot be synthesized, resulting in congenital adrenal hyperplasia. The cDNA encoding this enzyme is 2.0 kilobases long, and the encoded protein is predicted to contain 494 amino acid residues with a molecular weight of 55,000. This enzyme is at most 28% homologous to other P-450 enzymes that have been studied. The 21-OHase genomic genes, which are located in the HLA major histocompatibility complex on chromosome 6, each contain 10 exons. This structure is distinct from other characterized P-450 genes, which contain 7 or 9 exons. Studies of individuals with homozygous deletions of the 21-OHase A or B genes suggest that only the B gene encodes an active enzyme. This is confirmed by the finding that the A gene has an 8-base deletion within codons 110-112, resulting in a frameshift that brings a stop codon into the reading frame at codon 130. A second frameshift and a nonsense mutation occur downstream. In contrast, the sequence of the exons of the B gene is identical to the cDNA sequence. The 21-OHase A gene is, therefore, a pseudogene.

A syndrome is described whose features, suggestive of primary mineralcorticoid excess, included hypertension, hypokalemia, low PRA, and responsiveness to spironolactone. Aldosterone levels were subnormal but as yet there has been no evidence of overproduction of other mineralocorticoids by chemical analysis or by bioassay of plasma and urinary extracts. The steroidal abnormalities that were observed involved peripheral matabolism rather than secretion. One patient exhibited a transient delay in reduction of the 3-keto group in the A ring, and both patients exhibited a decrease in the metabolism of cortisol to biologically inactive cortisone. This was shown by the marked decrease in the excretion of urinary metabolites bearing an 11-keto group and a decrease in the oxidation of 11 alpha-[3H]cortisol to tritiated water. The defect appeared not to be a deficiency of the 11 beta-oxidoreductase system itself, since the reverse reaction of conversion of cortisone to cortisol proceeded normally, but, rater, an alteration in the equilibrium position of 11 beta-oxidoreduction in favor of the reduced form. This was also expressed by a prolongation of the half-time of disappearance of cortisol. The decrease in the MCR permitted the maintenance of normal cortisol plasma levels and normal glucocorticoid function at a diminished rate of secretion. The decreased rate of conversion of cortisol to cortisone serves as a biochemical marker of this hypertensive syndrome.

Two genes encoding steroid 21-hydroxylase [21-OHase; steroid 21-monooxygenase; steroid, hydrogen-donor: oxygen oxidoreductase (21-hydroxylating); EC 1.14.99.10], a cytochrome P-450 enzyme, have been located within the HLA major histocompatibility complex. Congenital adrenal hyperplasia due to 21-OHase deficiency is a common inherited disorder of cortisol biosynthesis which is in genetic linkage disequilibrium with certain extended HLA haplotypes. These haplotypes include characteristic serum complement allotypes. A series of cosmid clones was isolated from a human genomic library by using a probe encoding part of the fourth component of complement, C4. These clones also hybridized with a probe encoding most of human 21-OHase. Restriction mapping and hybridization analysis showed that there are two 21-OHase genes, each located near the 3' end of one of the two C4 genes. Hybridization with probes specific for the 5' and 3' ends of the 21-OHase gene showed that the 21-OHase and C4 genes all have the same orientation. The 21-OHase genes 3' to C4A and C4B carry T aq I fragments of 3.2 and 3.7 kilobases (kb), respectively. Both of these fragments are found in genomic DNA of most individuals. In DNA from an individual with the severe, "salt-wasting" form of 21-OHase deficiency who was homozygous for HLA-A3;Bw47;C4A*1;C4B*Q0(null); DR7, the 3.7-kb Taq I fragment is absent, whereas hormonally normal individuals homozygous for HLA-A1;B8;C4A*Q0;C4B*1;DR3 do not carry the 3.2-kb Taq I fragment. These data suggest that the 21-OHase "B" gene (3.7-kb Taq I fragment) is functional, but the 21-OHase "A" gene (3.2-kb Taq I fragment) is not.

Significance Although exercise is a well known and potent stimulus for new bone formation, and weightlessness or muscle loss characteristically cause bone loss, it has remained unclear how muscle talks to bone, despite their close proximity. Here, we show that a molecule irisin derived from skeletal muscle in response to exercise has profound effects in enhancing mass and improving the geometry and strength specifically of cortical bone, the key function of which is to resist bending and torsion. Trabecular bone, which is a reservoir for bodily calcium, is remarkably spared. Irisin may therefore not only be the molecule responsible for muscle–bone connectivity, but could also become a therapy for sarcopenia and osteoporosis, which occur in tandem in the elderly.

The Type I (mineralocorticoid) receptor has identical affinities in vitro for cortisol and aldosterone. It has been suggested that the selective role of aldosterone in regulating sodium homeostasis relies on the microsomal enzyme 11 beta-hydroxysteroid dehydrogenase (11-HSD). This enzyme converts cortisol to its inactive metabolite, cortisone, preventing cortisol from binding to the Type I receptor. We have isolated human cDNA clones encoding 11-HSD from a human testis cDNA library by hybridization with a previously isolated rat 11-HSD cDNA clone. The cDNA contains an open reading frame of 876 bases, which predicts a protein of 292 amino acids. The sequence is 77% identical at the amino acid level to rat 11-HSD cDNA. The mRNA is widely expressed, but the level of expression is highest in the liver. Hybridization of the human 11-HSD cDNA to a human-hamster hybrid cell panel localized the single corresponding HSD11 gene to chromosome 1. This gene was isolated from a chromosome 1 specific library using the cDNA as a probe. HSD11 consists of 6 exons and is at least 9 kilobases long. The data developed in this study should be applicable to the study of patients with hypertension due to apparent mineralocorticoid excess, a deficiency in 11-HSD activity.

ABSTRACT There is increasing evidence that anterior pituitary hormones, traditionally thought to have unitary functions in regulating single endocrine targets, act on multiple somatic tissues, such as bone, fat, and liver. There is also emerging evidence for anterior pituitary hormone action on brain receptors in mediating central neural and peripheral somatic functions. Here, we have created the most comprehensive neuroanatomical atlas on the expression of TSHRs, LHCGRs and FSHRs. We have used RNAscope, a technology that allows the detection of mRNA at single-transcript level, together with protein level validation, to document Tshr expression in 173 and Fshr expression in 353 brain regions, nuclei and sub–nuclei identified using the Atlas for the Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates . We also identified Lhcgr transcripts in 401 brain regions, nuclei and sub–nuclei. Complementarily, we used ViewRNA, another single-transcript detection technology, to establish the expression of FSHRs in human brain samples, where transcripts were co–localized in MALAT1–positive neurons. In addition, we show high expression for all three receptors in the ventricular region—with yet unknown functions. Intriguingly, Tshr and Fshr expression in the ependymal layer of the third ventricle was similar to that of the thyroid follicular cells and testicular Sertoli cells, respectively. TSHRs were expressed specifically in tanycytes. In contrast, Fshrs were localized to NeuN–positive neurons in the granular layer of the dentate gyrus in murine and human brain—both are Alzheimer’s disease vulnerable regions. Our atlas thus provides a vital resource for scientists to explore the link between the stimulation or inactivation of brain glycoprotein hormone receptors on somatic function. New actionable pathways for human disease may be unmasked through further studies.

ABSTRACT Pharmacological and genetic studies over the past decade have established FSH as an actionable target for diseases affecting millions, notably osteoporosis, obesity and Alzheimer’s disease (AD). Blocking FSH action prevents bone loss, fat gain and AD–like features in mice. We recently developed a first–in–class, humanized, epitope–specific FSH blocking antibody, MS-Hu6, with a K D of 7.52 nM. Using a GLP–compliant platform, we now report the efficacy of MS-Hu6 in preventing obesity and osteoporosis in mice, and parameters of acute safety in monkeys. Biodistribution studies using 89 Zr–labelled, biotinylated or unconjugated MS-Hu6 in mice and monkeys showed localization to bone, bone marrow and fat depots. MS-Hu6 displayed a β phase t ½ of 13 days (316 hours) in humanized Tg32 mice, and bound endogenous FSH. We tested 215 variations of excipients using the protein thermal shift assay to generate a final formulation that rendered MS-Hu6 stable in solution upon freeze–thaw and at different temperatures, with minimal aggregation, and without self–, cross–, or hydrophobic interactions or appreciable binding to relevant human antigens. MS-Hu6 showed the same level of “humanness” as human IgG1 in silico , and was non–immunogenic in ELISPOT assays for IL-2 and IFNγ in human peripheral blood mononuclear cell cultures. We conclude that MS-Hu6 is efficacious, durable and manufacturable, and is therefore poised for future human testing as a multipurpose therapeutic.