ATF3 suppresses metastasis of bladder cancer by regulating gelsolin-mediated remodeling of the actin cytoskeleton

Bladder cancer is associated with high recurrence and mortality rates due to metastasis. The elucidation of metastasis suppressors may offer therapeutic opportunities if their mechanisms of action can be elucidated and tractably exploited. In this study, we investigated the clinical and functional significance of the transcription factor activating transcription factor 3 (ATF3) in bladder cancer metastasis. Gene expression analysis revealed that decreased ATF3 was associated with bladder cancer progression and reduced survival of patients with bladder cancer. Correspondingly, ATF3 overexpression in highly metastatic bladder cancer cells decreased migration in vitro and experimental metastasis in vivo. Conversely, ATF3 silencing increased the migration of bladder cancer cells with limited metastatic capability in the absence of any effect on proliferation. In keeping with their increased motility, metastatic bladder cancer cells had increased numbers of actin filaments. Moreover, ATF3 expression correlated with expression of the actin filament severing protein gelsolin (GSN). Mechanistic studies revealed that ATF3 upregulated GSN, whereas ATF3 silencing reduced GSN levels, concomitant with alterations in the actin cytoskeleton. We identified six ATF3 regulatory elements in the first intron of the GSN gene confirmed by chromatin immunoprecipitation analysis. Critically, GSN expression reversed the metastatic capacity of bladder cancer cells with diminished levels of ATF3. Taken together, our results indicate that ATF3 suppresses metastasis of bladder cancer cells, at least in part through the upregulation of GSN-mediated actin remodeling. These findings suggest ATF3 coupled with GSN as prognostic markers for bladder cancer metastasis.

Feedback regulation by Atf3 in the endothelin-1-responsive transcriptome of cardiomyocytes: Egr1 is a principal Atf3 target

Endothelin-1 promotes cardiomyocyte hypertrophy by inducing changes in gene expression. Immediate early genes including activating transcription factor 3 (Atf3), Egr1 and Ptgs2 are rapidly and transiently upregulated by endothelin-1 in cardiomyocytes. Atf3 regulates expression of downstream genes and is implicated in negative feedback regulation of other immediate early genes. To identify Atf3-regulated genes, we knocked down Atf3 expression in cardiomyocytes exposed to endothelin-1 and used microarrays to interrogate the transcriptomic effects. Of upregulated mRNAs, expression of 23 (including Egr1, Ptgs2) was enhanced and expression of 25 was inhibited by Atf3 knockdown. Using quantitative PCR, we determined that knockdown of Atf3 had little effect on upregulation of Egr1 mRNA over 30 min, but abolished the subsequent decline, causing sustained Egr1 mRNA expression and enhanced protein expression. This resulted from direct binding of Atf3 to the Egr1 promoter. Mathematical modelling established that Atf3 can suffice to suppress Egr1 expression. Given the widespread co-regulation of Atf3 with Egr1, we suggest that the Atf3-Egr1 negative feedback loop is of general significance. Loss of Atf3 caused abnormal cardiomyocyte growth, presumably resulting from dysregulation of target genes. Our data therefore identify Atf3 as a nexus in cardiomyocyte hypertrophy required to facilitate the full and proper growth response.

Regulation of Chemokines, CCL3 and CCL4, by interferon gamma and Nitric oxide synthase 2 in mouse macrophages and during Salmonella enterica Serovar Typhimurium infection

Background. Interferon gamma (IFN-gamma) increases the expression of multiple genes and responses; however, the mechanisms by which IFN-gamma downmodulates cellular responses is not well understood. In this study, the repression of CCL3 and CCL4 by IFN-gamma and nitric oxide synthase 2 (NOS2) in macrophages and upon Salmonella typhimurium infection of mice was investigated. Methods. Small molecule regulators and adherent peritoneal exudates cells (A-PECs) from Nos2(-/-)mice were used to identify the contribution of signaling molecules during IFN-gamma-mediated in vitro regulation of CCL3, CCL4, and CXCL10. In addition, infection of bone marrow-derived macrophages (BMDMs) and mice (C57BL/6, Ifn-gamma(-/), and Nos2(-/-)) with S. typhimurium were used to gain an understanding of the in vivo regulation of these chemokines. Results. IFN-gamma repressed CCL3 and CCL4 in a signal transducer and activator of transcription 1 (STAT1)-NOS2-p38 mitogen activated protein kinase (p38MAPK)-activating transcription factor 3 (ATF3) dependent pathway in A-PECs. Also, during intracellular replication of S. typhimurium in BMDMs, IFN-gamma and NOS2 repressed CCL3 and CCL4 production. The physiological roles of these observations were revealed during oral infection of mice with S. typhimurium, wherein endogenous IFN-gamma and NOS2 enhanced serum amounts of tumor necrosis factor alpha and CXCL10 but repressed CCL3 and CCL4. Conclusions. This study sheds novel mechanistic insight on the regulation of CCL3 and CCL4 in mouse macrophages and during S. typhimurium oral infection.

AFT3 as a new therapeutic target for skin field cancerization in antagonism with compromised Notch/CSL signaling

Les interactions épithélio-mésenchymateuses jouent un rôle important dans le contrôle du développement normal de la peau, son homéostasie et sa tumorigenèse. Les fibroblastes dermiques (DFs) représentent la catégorie cellulaire la plus abondante dans le stroma et leur rôle est de plus en plus considéré. En ce qui concerne particulièrement la tumorigenèse, des facteurs diffusibles produits par les fibroblastes entourant les tumeurs épithéliales, appelés 'fibroblastes associés au cancer (CAF)', interagissent au niveau de l'inflammation impliquée directement ou indirectement dans la signalisation paracrine, entre le stroma et les cellules épiéliales cancéreuses. Le risque de cancer de la peau augmente de façon exponentielle avec l'âge. Comme un lien probable entre les deux, la sénescence des fibroblastes résulte de la production du sécrétome favorisant la sénescence (SMS), un groupe de facteurs diffusibles induisant une stimulation paracrine de la croissance, l'inflammation et le remodelage de la matrice. De façon fort intéressante, l'induction de ces gènes est aussi une caractéristique des CAFs. Cependant, le lien entre les deux événements cellulaires sénescence et activation des CAFs reste en grande partie inexploré. L'ATF3 (Activating Transcription Factor 3) est un facteur de transcription induit en réponse au stress, dont les fonctions sont hautement spécifiques du type cellulaire. Bien qu'il ait été découvert dans notre laboratoire en tant que promoteur de tumeurs dans les kératinocytes, ses fonctions biologique et biochimique dans le derme n'ont pas encore été étudiées. Récemment, nous avons constaté que, chez la souris, l'abrogation de la voie de signalisation de Notch/CSL dans les DFs, induisait la formation de tumeurs kératinocytaires multifocales. Ces dernières proviennent de la cancérisation en domaine, un phénomène associé à une atrophie du stroma, des altérations de la matrice et de l'inflammation. D'autres études ont montré que CSL agissait comme un régulateur négatif de gènes impliqués dans sénescence des DFs et dans l'activation des CAFs. Ici, nous montrons que la suppression ou l'atténuation de l'expression de ATF3 dans les DFs induit la sénescence et l'expression des gènes liés aux CAFs, de façon similaire à celle déclenchée par la perte de CSL, tandis que la surexpression de ATF3 supprime ces changements. Nous émettons l'hypothèse que ATF3 joue un rôle suppresseur dans l'activation des CAFs et dans la progression des tumeurs kératinocytaires, en surmontant les conséquences de l'abrogation de la voie de signalisation Notch/CSL. En concordance avec cette hypothèse, nous avons constaté que la perte de ATF3 dans les DFs favorisait la tumorigénicité des kératinocytes via le contrôle négatif de cytokines, des enzymes de la matrice de remodelage et de protéines associées au cancer, peut-être par liaison directe des effecteurs de la voie Notch/CSL : IL6 et les gènes Hes. Enfin, dans les échantillons cliniques humains, le stroma sous-jacent aux lésions précancéreuses de kératoses actiniques montre une diminution significative de l'expression de ATF3 par rapport au stroma jouxtant la peau normale. La restauration de l'expression de ATF3 pourrait être utilisée comme un outil thérapeutique en recherche translationnelle pour prévenir ou réprimer le processus de cancérisation en domaine. - Epithelial-mesenchymal interactions play an important role in control of normal skin development, homeostasis and tumorigenesis. The role of dermal fibroblasts (DFs) as the most abundant cell type in stroma is increasingly appreciated. Especially during tumorigenesis, fibroblasts surrounding epithelial tumors, called Cancer Associated Fibroblasts (CAFs), produce diffusible factors (growth factors, inflammatory cytokines, chemokines and enzymes, and matrix metalloproteinases) that mediate inflammation either directly or indirectly through paracrine signaling between stroma and epithelial cancer cells. The risk of skin cancer increases exponentially with age. As a likely link between the two, senescence of fibroblasts results in production of the senescence-messaging-secretome (SMS), a panel of diffusible factors inducing paracrine growth stimulation, inflammation, and matrix remodeling. Interestingly, induction of these genes is also a characteristic of Cancer Associated Fibroblasts (CAFs). However, the link between the two cellular events, senescence and CAF activation is largely unexplored. ATF3 is a key stress response transcription factor with highly cell type specific functions, which has been discovered as a tumor promoter in keratinocytes in our lab. However, the biological and biochemical function of ATF3 in the dermal compartment of the skin has not been studied yet. Recently, we found that compromised Notch/CSL signaling in dermal fibroblasts (DFs) in mice is a primary cause of multifocal keratinocyte tumors called field cancerization associated with stromal atrophy, matrix alterations and inflammation. Further studies showed that CSL functions as a negative regulator of genes involved in DFs senescence and CAF activation. Here, we show that deletion or silencing of the ATF3 gene in DFs activates senescence and CAF-related gene expression similar to that triggered by loss of CSL, while increased ATF3 suppresses these changes. We hypothesize that ATF3 plays a suppressing role in CAF activation and keratinocyte tumor progression, overcoming the consequences of compromised Notch/CSL signaling. In support of this hypothesis, we found that loss of ATF3 in DFs promotes tumorigenic behavior of keratinocytes via negative control of cytokines, matrix-remodeling enzymes and cancer-associated proteins, possibly through direct binding to Notch/CSL targets, IL6 and Hes genes. On the other hand, in human clinical samples, stromal fields underlying premalignant actinic keratosis lesions showed significantly decreased ATF3 expression relative to stroma of flanking normal skin. Restoration of ATF3, which is lost in cancer development, may be used as a therapeutic tool for translational research to prevent or suppress the field cancerization process.

Caractérisation clinique et génétique d’une famille canadienne-française atteinte de la neuropathie héréditaire sensitive avec rétinite pigmentaire et ataxie

La complexité de l’étude des neuropathies héréditaires provient de leur hétérogénéité clinique et génétique et de la diversité des fibres composant les nerfs périphériques. Cette complexité se reflète dans les nombreuses classifications différentes. Les neuropathies héréditaires se classifient entre autres selon leur mode de transmission et leur atteinte sensitive, autonomique et motrice. Les neuropathies héréditaires sensitives et autonomiques (NHSA) se présentent avec une perte de la sensation distale aux membres, accompagnée d’autres manifestations selon le type de NHSA. L’étude des NHSA est facilitée lorsqu’il existe des grappes de familles originaires de régions du Québec où des effets fondateurs pour des maladies récessives ont déjà été identifiés. Nous avons recruté une grande famille canadienne-française originaire de Paspébiac dans la Baie-des-Chaleurs dans laquelle nous avons identifié quatre cas atteints d’une neuropathie héréditaire sensitive avec rétinite pigmentaire et ataxie (NHSRPA). Nous avons émis l’hypothèse que nous étions en présence d’une nouvelle forme de neuropathie héréditaire sensitive récessive à effet fondateur. Afin d’identifier la position chromosomique du gène muté responsable de la NHSRPA, nous avons tout d’abord complété un criblage du génome en génotypant des marqueurs microsatellites «single tandem repeat» (STR) sur des individus clés et nous avons ensuite procédé à une analyse de liaison génétique paramétrique. Ces études nous ont permis de lier cette famille au chromosome 1 et de définir un premier intervalle candidat de 6,7 Mb. Grâce à un génotypage de marqueurs «single nucleotide polymorphism» (SNP), nous avons réduit l’intervalle candidat à 5,3 Mb au locus 1q32,2-q32,3. Cette région contient 44 gènes candidats. Une revue plus fine de la littérature a fait ressortir qu’une famille espagnole et une américaine de souche hollandaise souffrant de la même maladie avaient déjà été liées au même locus. L’origine possiblement basque de notre famille gaspésienne nous a poussé à comparer l’haplotype porteur avec celui de la famille espagnole qui, quoi que gitane, provient du pays basque espagnol. Ces travaux ont démontré le partage d’une région de 203 kb. Afin de rétrécir davantage notre intervalle candidat, nous avons comparé les haplotypes des cas entre les deux familles et nous avons identifié un dernier intervalle candidat de 60 SNP au locus 1q32,3. Cette région ne contient que quatre gènes candidats dont le plus intéressant est le gène «activating transcription factor» (ATF3). À ce jour, aucune mutation n’a été trouvée dans le gène ATF3 et les gènes FAM71A, BATF3 et NSL1. Des expériences supplémentaires sont nécessaires afin d’identifier le gène muté responsable de la NHSRPA.

Modelling negative feedback networks for activating transcription factor 3 predicts a dominant role for miRNAs in immediate early gene regulation

Activating transcription factor 3 (Atf3) is rapidly and transiently upregulated in numerous systems, and is associated with various disease states. Atf3 is required for negative feedback regulation of other genes, but is itself subject to negative feedback regulation possibly by autorepression. In cardiomyocytes, Atf3 and Egr1 mRNAs are upregulated via ERK1/2 signalling and Atf3 suppresses Egr1 expression. We previously developed a mathematical model for the Atf3-Egr1 system. Here, we adjusted and extended the model to explore mechanisms of Atf3 feedback regulation. Introduction of an autorepressive loop for Atf3 tuned down its expression and inhibition of Egr1 was lost, demonstrating that negative feedback regulation of Atf3 by Atf3 itself is implausible in this context. Experimentally, signals downstream from ERK1/2 suppress Atf3 expression. Mathematical modelling indicated that this cannot occur by phosphorylation of pre-existing inhibitory transcriptional regulators because the time delay is too short. De novo synthesis of an inhibitory transcription factor (ITF) with a high affinity for the Atf3 promoter could suppress Atf3 expression, but (as with the Atf3 autorepression loop) inhibition of Egr1 was lost. Developing the model to include newly-synthesised miRNAs very efficiently terminated Atf3 protein expression and, with a 4-fold increase in the rate of degradation of mRNA from the mRNA/miRNA complex, profiles for Atf3 mRNA, Atf3 protein and Egr1 mRNA approximated to the experimental data. Combining the ITF model with that of the miRNA did not improve the profiles suggesting that miRNAs are likely to play a dominant role in switching off Atf3 expression post-induction.