ERK5:structure, regulation and function

Extracellular signal-regulated kinase 5 (ERK5), also termed big mitogen-activated protein kinase-1 (BMK1), is the most recently identified member of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) family and consists of an amino-terminal kinase domain, with a relatively large carboxy-terminal of unique structure and function that makes it distinct from other MAPK members. It is ubiquitously expressed in numerous tissues and is activated by a variety of extracellular stimuli, such as cellular stresses and growth factors, to regulate processes such as cell proliferation and differentiation. Targeted deletion of Erk5 in mice has revealed that the ERK5 signalling cascade plays a critical role in cardiovascular development and vascular integrity. Recent data points to a potential role in pathological conditions such as cancer and tumour angiogenesis. This review focuses on the physiological and pathological role of ERK5, the regulation of this kinase and the recent development of small molecule inhibitors of the ERK5 signalling cascade. © 2012 Elsevier Inc.

Negative feedback regulation of the ERK1/2 MAPK pathway

The extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) mitogen-activated protein kinase (MAPK) signalling pathway regulates many cellular functions, including proliferation, differentiation, and transformation. To reliably convert external stimuli into specific cellular responses and to adapt to environmental circumstances, the pathway must be integrated into the overall signalling activity of the cell. Multiple mechanisms have evolved to perform this role. In this review, we will focus on negative feedback mechanisms and examine how they shape ERK1/2 MAPK signalling. We will first discuss the extensive number of negative feedback loops targeting the different components of the ERK1/2 MAPK cascade, specifically the direct posttranslational modification of pathway components by downstream protein kinases and the induction of de novo gene synthesis of specific pathway inhibitors. We will then evaluate how negative feedback modulates the spatiotemporal signalling dynamics of the ERK1/2 pathway regarding signalling amplitude and duration as well as subcellular localisation. Aberrant ERK1/2 activation results in deregulated proliferation and malignant transformation in model systems and is commonly observed in human tumours. Inhibition of the ERK1/2 pathway thus represents an attractive target for the treatment of malignant tumours with increased ERK1/2 activity. We will, therefore, discuss the effect of ERK1/2 MAPK feedback regulation on cancer treatment and how it contributes to reduced clinical efficacy of therapeutic agents and the development of drug resistance.

A tumoral and invasive phenotype independent of c-Met mutation

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Protection of primary cultures of mouse hepatocytes against fas-induced apoptosis : role of EGF receptor intrinsic activity and intracellular redox state

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de la protéine adaptatrice APS dans les voies de signalisation du récepteur [bêta] du PDGF

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

A tumoral and invasive phenotype independent of c-Met mutation

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Protection of primary cultures of mouse hepatocytes against fas-induced apoptosis : role of EGF receptor intrinsic activity and intracellular redox state

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de la protéine adaptatrice APS dans les voies de signalisation du récepteur [bêta] du PDGF

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Selective FLT3 inhibition of FLT3-ITD+ acute myeloid leukaemia resulting in secondary D835Y mutation: a model for emerging clinical resistance patterns.

Acquired resistance to selective FLT3 inhibitors is an emerging clinical problem in the treatment of FLT3-ITD(+) acute myeloid leukaemia (AML). The paucity of valid pre-clinical models has restricted investigations to determine the mechanism of acquired therapeutic resistance, thereby limiting the development of effective treatments. We generated selective FLT3 inhibitor-resistant cells by treating the FLT3-ITD(+) human AML cell line MOLM-13 in vitro with the FLT3-selective inhibitor MLN518, and validated the resistant phenotype in vivo and in vitro. The resistant cells, MOLM-13-RES, harboured a new D835Y tyrosine kinase domain (TKD) mutation on the FLT3-ITD(+) allele. Acquired TKD mutations, including D835Y, have recently been identified in FLT3-ITD(+) patients relapsing after treatment with the novel FLT3 inhibitor, AC220. Consistent with this clinical pattern of resistance, MOLM-13-RES cells displayed high relative resistance to AC220 and Sorafenib. Furthermore, treatment of MOLM-13-RES cells with AC220 lead to loss of the FLT3 wild-type allele and the duplication of the FLT3-ITD-D835Y allele. Our FLT3-Aurora kinase inhibitor, CCT137690, successfully inhibited growth of FLT3-ITD-D835Y cells in vitro and in vivo, suggesting that dual FLT3-Aurora inhibition may overcome selective FLT3 inhibitor resistance, in part due to inhibition of Aurora kinase, and may benefit patients with FLT3-mutated AML.

Eph kinases and their ligands ephrins act in concert with sex hormones in regulating blood pressure

Les Erythropoietin-producing hepatocyte (EPH) sont la plus grande famille de récepteurs tyrosine kinase. Leurs ligands, les éphrines (EFNs), sont aussi des molécules exprimées à la surface cellulaire. Les EPH/EFNs sont impliqués dans de nombreux processus biologiques. L'hypertension artérielle (PA) est une maladie chronique qui, aujourd'hui, est devenue un problème médical critique dans le monde entier et un enjeu de santé publique. La découverte de nouvelles thérapeutiques de l'hypertension sont d'une grande importance pour la santé publique. Jusqu’à tout récemment, il existe seulement quelques études concernant le rôle de l’axe EPH/EFNs sur la fonction des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Dans nos études précédentes, nous avons montré qu'EPHB6 et EFNB1, de concert avec les hormones sexuelles, régulent la PA. Dans la présente étude, nous avons constaté que les différents membres de la famille EPH/EFN peuvent réguler soit positivement, soit négativement, la contractilité des CMLV et la PA: tandis que EPHB4 et EFNB2 appartiennent à la première catégorie, EFNB1, EFNB3 et EPHB6 appartiennent à la deuxième. In vivo, des souris males, mais non pas des femelles, porteuses d’une mutation EPHB4 (KO) spécifique du muscle lisse présentent une PA diminuée, comparée aux souris témoins (WT). Les CMLV de souris EPHB4 KO, en présence de testostérone, ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par la phényléphrine (PE). Au niveau moléculaire, la phosphorylation de la protéine kinase II dépendante de Ca2+/calmoduline et de la kinase de la chaine légère de la myosine (CLM) est augmentée, tandis que la phosphorylation de la kinase de la CLM est réduite dans les CMLV KO lors de la stimulation par PE, par rapport au WT CMLV. Cela fournit une base moléculaire à la réduction de la PA et de la contractilité des CMLV chez les souris EPHB4 KO. EFNB2 est le ligand majeur de l’EPHB4. Comme attendu, les souris EFNB2 KO spécifique du muscle lisse avaient un phénotype de PA semblable, quoique non identique, aux souris EPHB4 KO. Les souris mâles EFNB2 KO, mais pas femelles, sous régime régulier ou riche en sel, présentent une PA réduite, par rapport à leurs homologues WT. Au niveau cellulaire, les CMLV des souris KO ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par PE par rapport aux témoins WT. Une région de l’acide aminé (aa) 313 à l’aa 331 dans la partie intracellulaire d’EFNB2 est essentielle pour la signalisation inverse qui régule la contractilité des CMLV, selon des études de mutation-délétion. Dans une étude de génétique humaine, nous avons identifié, dans le gène EFNB2, six SNP qui étaient associées significativement au risque d'hypertension artérielle, de façon dépendante du sexe, ce qui corrobore nos résultats chez les souris. En revanche, la délétion du gène EFNB3 (KO) chez les souris femelles aboutit à une PA élevée et à une augmentation des résistances des petites artères in vivo, améliore la contractilité des petites artères ex-vivo et augmente la contractilité des CMLV in vitro. Les souris mâles KO ont une PA normale, mais la castration conduit à une augmentation significative de la PA dans les souris KO, mais pas dans les souris WT. Les CMLV des souris KO femelles ont montré une phosphorylation accrue de la CLM et une phosphorylation réduite de la kinase de la CLM, ce qui fournit à nouveau une base moléculaire aux phénotypes de PA et de contractilité des CMLV observés. Ce changement de signalisation est attribuable à une protéine adaptatrice Grip1. En effet, dans une étude d'association pan génomique par le Consortium International pour la Pression Sanguine, un SNP dans le gène GRIP1 a approché le seuil de significativité de la valeur p pour son association avec la pression diastolique. Nos recherches, pour la première fois, ont révélé que EPH/EFNs sont de nouveaux composants dans le système de régulation de la PA. Les membres de la famille EPH/EFN peuvent agir comme des forces Yin et Yang pour régler finement le tonus des vaisseaux pour assurer l'homéostasie de la PA et de sa régulation. Ces effets de EPH/EFNs dépendent du sexe et des niveaux d’hormones sexuelles. À partir de ces nouvelles connaissances, nous pourrions développer une nouvelle thérapie personnalisée pour l’hypertension artérielle, utilisant des antagonistes d'hormones sexuelles ou des thérapies de remplacement d'hormones sexuelles, selon les niveaux d'hormones sexuelles des patients et les mutations dans les gènes de l'EPH/EFN.

A novel mechanism of action of HER2 targeted immunotherapy is explained by inhibition of NRF2 function in ovarian cancer cells

Nuclear erythroid related factor-2 (NRF2) is known to promote cancer therapeutic detoxification and crosstalk with growth promoting pathways. HER2 receptor tyrosine kinase is frequently overexpressed in cancers leading to uncontrolled receptor activation and signaling. A combination of HER2 targeting monoclonal antibodies shows greater anticancer efficacy than the single targeting antibodies, however, its mechanism of action is largely unclear. Here we report novel actions of anti-HER2 drugs, Trastuzumab and Pertuzumab, involving NRF2. HER2 targeting by antibodies inhibited growth in association with persistent generation of reactive oxygen species (ROS), glutathione (GSH) depletion, reduction in NRF2 levels and inhibition of NRF2 function in ovarian cancer cell lines. The combination of antibodies produced more potent effects than single alone; downregulated NRF2 substrates by repressing the Antioxidant Response (AR) pathway with concomitant transcriptional inhibition of NRF2. We showed the antibody combination produced increased methylation at the NRF2 promoter consistent with repression of NRF2 antioxidant function, as HDAC and methylation inhibitors reversed such produced transcriptional effects. These findings demonstrate a novel mechanism and role for NRF2 in mediating the response of cancer cells to the combination of Trastuzumab and Pertuzumab and reinforce the importance of NRF2 in drug resistance and as a key anticancer target.

Transcriptome-Wide Mapping of Pea Seed Ageing Reveals a Pivotal Role for Genes Related to Oxidative Stress and Programmed Cell Death

Understanding of seed ageing, which leads to viability loss during storage, is vital for ex situ plant conservation and agriculture alike. Yet the potential for regulation at the transcriptional level has not been fully investigated. Here, we studied the relationship between seed viability, gene expression and glutathione redox status during artificial ageing of pea (Pisum sativum) seeds. Transcriptome-wide analysis using microarrays was complemented with qRT-PCR analysis of selected genes and a multilevel analysis of the antioxidant glutathione. Partial degradation of DNA and RNA occurred from the onset of artificial ageing at 60% RH and 50 degrees C, and transcriptome profiling showed that the expression of genes associated with programmed cell death, oxidative stress and protein ubiquitination were altered prior to any sign of viability loss. After 25 days of ageing viability started to decline in conjunction with progressively oxidising cellular conditions, as indicated by a shift of the glutathione redox state towards more positive values (>-190 mV). The unravelling of the molecular basis of seed ageing revealed that transcriptome reprogramming is a key component of the ageing process, which influences the progression of programmed cell death and decline in antioxidant capacity that ultimately lead to seed viability loss.

Regulation of mitotic BubR1 phosphorylation by the BubR1 pseudokinase domain

BubR1 est une protéine importante dans le point de contrôle de la mitose pour la stabilisation des interactions entre kinétochores et microtubules (KT-MT). Ces fonctions protègent de la ségrégation anormale des chromosomes et de l’instabilité du génome. BubR1 possède des sites de phosphorylation mitotique hautement conservés dans le domaine régulant l’attachement des kinétochores (KARD), où S676 et S670 sont phosphorylées respectivement par la kinase polo-like 1 (Plk1) et par la kinase cycline-dépendante 1 (Cdk1). Ces sites de phosphorylation sont essentiels pour le recrutement de la phosphatase PP2A-B56, qui stabilise les interactions KT-MT. Nos résultats montrent que la délétion entière ou des mutations qui déstabilisent le domaine pseudokinase de BubR1, causent la perte de phosphorylation des résidus S676 et S670 en mitose. Notre hypothèse est que le domaine pseudokinase de BubR1 peut jouer un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation du KARD et donc dans la stabilisation des interactions KT-MT.

Applying Mathematical Models to Study the Role of the Immune System in Chronic Myelogenous Leukemia

Although tyrosine kinase inhibitors (TKIs) such as imatinib have transformed chronic myelogenous leukemia (CML) into a chronic condition, these therapies are not curative in the majority of cases. Most patients must continue TKI therapy indefinitely, a requirement that is both expensive and that compromises a patient's quality of life. While TKIs are known to reduce leukemic cells' proliferative capacity and to induce apoptosis, their effects on leukemic stem cells, the immune system, and the microenvironment are not fully understood. A more complete understanding of their global therapeutic effects would help us to identify any limitations of TKI monotherapy and to address these issues through novel combination therapies. Mathematical models are a complementary tool to experimental and clinical data that can provide valuable insights into the underlying mechanisms of TKI therapy. Previous modeling efforts have focused on CML patients who show biphasic and triphasic exponential declines in BCR-ABL ratio during therapy. However, our patient data indicates that many patients treated with TKIs show fluctuations in BCR-ABL ratio yet are able to achieve durable remissions. To investigate these fluctuations, we construct a mathematical model that integrates CML with a patient's autologous immune response to the disease. In our model, we define an immune window, which is an intermediate range of leukemic concentrations that lead to an effective immune response against CML. While small leukemic concentrations provide insufficient stimulus, large leukemic concentrations actively suppress a patient's immune system, thus limiting it's ability to respond. Our patient data and modeling results suggest that at diagnosis, a patient's high leukemic concentration is able to suppress their immune system. TKI therapy drives the leukemic population into the immune window, allowing the patient's immune cells to expand and eventually mount an efficient response against the residual CML. This response drives the leukemic population below the immune window, causing the immune population to contract and allowing the leukemia to partially recover. The leukemia eventually reenters the immune window, thus stimulating a sequence of weaker immune responses as the two populations approach equilibrium. We hypothesize that a patient's autologous immune response to CML may explain the fluctuations in BCR-ABL ratio that are regularly seen during TKI therapy. These fluctuations may serve as a signature of a patient's individual immune response to CML. By applying our modeling framework to patient data, we are able to construct an immune profile that can then be used to propose patient-specific combination therapies aimed at further reducing a patient's leukemic burden. Our characterization of a patient's anti-leukemia immune response may be especially valuable in the study of drug resistance, treatment cessation, and combination therapy.

Eph kinases and their ligands ephrins act in concert with sex hormones in regulating blood pressure

Les Erythropoietin-producing hepatocyte (EPH) sont la plus grande famille de récepteurs tyrosine kinase. Leurs ligands, les éphrines (EFNs), sont aussi des molécules exprimées à la surface cellulaire. Les EPH/EFNs sont impliqués dans de nombreux processus biologiques. L'hypertension artérielle (PA) est une maladie chronique qui, aujourd'hui, est devenue un problème médical critique dans le monde entier et un enjeu de santé publique. La découverte de nouvelles thérapeutiques de l'hypertension sont d'une grande importance pour la santé publique. Jusqu’à tout récemment, il existe seulement quelques études concernant le rôle de l’axe EPH/EFNs sur la fonction des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV). Dans nos études précédentes, nous avons montré qu'EPHB6 et EFNB1, de concert avec les hormones sexuelles, régulent la PA. Dans la présente étude, nous avons constaté que les différents membres de la famille EPH/EFN peuvent réguler soit positivement, soit négativement, la contractilité des CMLV et la PA: tandis que EPHB4 et EFNB2 appartiennent à la première catégorie, EFNB1, EFNB3 et EPHB6 appartiennent à la deuxième. In vivo, des souris males, mais non pas des femelles, porteuses d’une mutation EPHB4 (KO) spécifique du muscle lisse présentent une PA diminuée, comparée aux souris témoins (WT). Les CMLV de souris EPHB4 KO, en présence de testostérone, ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par la phényléphrine (PE). Au niveau moléculaire, la phosphorylation de la protéine kinase II dépendante de Ca2+/calmoduline et de la kinase de la chaine légère de la myosine (CLM) est augmentée, tandis que la phosphorylation de la kinase de la CLM est réduite dans les CMLV KO lors de la stimulation par PE, par rapport au WT CMLV. Cela fournit une base moléculaire à la réduction de la PA et de la contractilité des CMLV chez les souris EPHB4 KO. EFNB2 est le ligand majeur de l’EPHB4. Comme attendu, les souris EFNB2 KO spécifique du muscle lisse avaient un phénotype de PA semblable, quoique non identique, aux souris EPHB4 KO. Les souris mâles EFNB2 KO, mais pas femelles, sous régime régulier ou riche en sel, présentent une PA réduite, par rapport à leurs homologues WT. Au niveau cellulaire, les CMLV des souris KO ont montré une contractilité réduite lors de la stimulation par PE par rapport aux témoins WT. Une région de l’acide aminé (aa) 313 à l’aa 331 dans la partie intracellulaire d’EFNB2 est essentielle pour la signalisation inverse qui régule la contractilité des CMLV, selon des études de mutation-délétion. Dans une étude de génétique humaine, nous avons identifié, dans le gène EFNB2, six SNP qui étaient associées significativement au risque d'hypertension artérielle, de façon dépendante du sexe, ce qui corrobore nos résultats chez les souris. En revanche, la délétion du gène EFNB3 (KO) chez les souris femelles aboutit à une PA élevée et à une augmentation des résistances des petites artères in vivo, améliore la contractilité des petites artères ex-vivo et augmente la contractilité des CMLV in vitro. Les souris mâles KO ont une PA normale, mais la castration conduit à une augmentation significative de la PA dans les souris KO, mais pas dans les souris WT. Les CMLV des souris KO femelles ont montré une phosphorylation accrue de la CLM et une phosphorylation réduite de la kinase de la CLM, ce qui fournit à nouveau une base moléculaire aux phénotypes de PA et de contractilité des CMLV observés. Ce changement de signalisation est attribuable à une protéine adaptatrice Grip1. En effet, dans une étude d'association pan génomique par le Consortium International pour la Pression Sanguine, un SNP dans le gène GRIP1 a approché le seuil de significativité de la valeur p pour son association avec la pression diastolique. Nos recherches, pour la première fois, ont révélé que EPH/EFNs sont de nouveaux composants dans le système de régulation de la PA. Les membres de la famille EPH/EFN peuvent agir comme des forces Yin et Yang pour régler finement le tonus des vaisseaux pour assurer l'homéostasie de la PA et de sa régulation. Ces effets de EPH/EFNs dépendent du sexe et des niveaux d’hormones sexuelles. À partir de ces nouvelles connaissances, nous pourrions développer une nouvelle thérapie personnalisée pour l’hypertension artérielle, utilisant des antagonistes d'hormones sexuelles ou des thérapies de remplacement d'hormones sexuelles, selon les niveaux d'hormones sexuelles des patients et les mutations dans les gènes de l'EPH/EFN.