Reovirus infection activates JNK and the JNK-dependent transcription factor c-Jun.

Viral infection often perturbs host cell signaling pathways including those involving mitogen-activated protein kinases (MAPKs). We now show that reovirus infection results in the selective activation of c-Jun N-terminal kinase (JNK). Reovirus-induced JNK activation is associated with an increase in the phosphorylation of the JNK-dependent transcription factor c-Jun. Reovirus serotype 3 prototype strains Abney (T3A) and Dearing (T3D) induce significantly more JNK activation and c-Jun phosphorylation than does the serotype 1 prototypic strain Lang (T1L). T3D and T3A also induce more apoptosis in infected cells than T1L, and there was a significant correlation between the ability of these viruses to phosphorylate c-Jun and induce apoptosis. However, reovirus-induced apoptosis, but not reovirus-induced c-Jun phosphorylation, is inhibited by blocking TRAIL/receptor binding, suggesting that apoptosis and c-Jun phosphorylation involve parallel rather than identical pathways. Strain-specific differences in JNK activation are determined by the reovirus S1 and M2 gene segments, which encode viral outer capsid proteins (sigma1 and mu1c) involved in receptor binding and host cell membrane penetration. These same gene segments also determine differences in the capacity of reovirus strains to induce apoptosis, and again a significant correlation between the capacity of T1L x T3D reassortant reoviruses to both activate JNK and phosphorylate c-Jun and to induce apoptosis was shown. The extracellular signal-related kinase (ERK) is also activated in a strain-specific manner following reovirus infection. Unlike JNK activation, ERK activation could not be mapped to specific reovirus gene segments, suggesting that ERK activation and JNK activation are triggered by different events during virus-host cell interaction.

Angiotensin II-induced cardiac hypertrophy is associated with different mitogen-activated protein kinase activation in normotensive and hypertensive mice.

OBJECTIVE: In addition to its haemodynamic effects, angiotensin II (AngII) is thought to contribute to the development of cardiac hypertrophy via its growth factor properties. The activation of mitogen-activated protein kinases (MAPK) is crucial for stimulating cardiac growth. Therefore, the present study aimed to determine whether the trophic effects of AngII and the AngII-induced haemodynamic load were associated with specific cardiac MAPK pathways during the development of hypertrophy. Methods The activation of the extracellular-signal-regulated kinase (ERK), the c-jun N-terminal kinase (JNK) and the p38 kinase was followed in the heart of normotensive and hypertensive transgenic mice with AngII-mediated cardiac hypertrophy. Secondly, we used physiological models of AngII-dependent and AngII-independent renovascular hypertension to study the activation of cardiac MAPK pathways during the development of hypertrophy. RESULTS: In normotensive transgenic animals with AngII-induced cardiac hypertrophy, p38 activation is associated with the development of hypertrophy while ERK and JNK are modestly stimulated. In hypertensive transgenic mice, further activation of ERK and JNK is observed. Moreover, in the AngII-independent model of renovascular hypertension and cardiac hypertrophy, p38 is not activated while ERK and JNK are strongly stimulated. In contrast, in the AngII-dependent model, all three kinases are stimulated. CONCLUSIONS: These data suggest that p38 activation is preferentially associated with the direct effects of AngII on cardiac cells, whereas stimulation of ERK and JNK occurs in association with AngII-induced mechanical stress.

Differential involvement of MEK kinase 1 (MEKK1) in the induction of apoptosis in response to microtubule-targeted drugs versus DNA damaging agents.

MEK kinase 1 (MEKK1) is a 196-kDa enzyme that is involved in the regulation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) pathway and apoptosis. In cells exposed to genotoxic agents including etoposide and cytosine arabinoside, MEKK1 is cleaved at Asp874 by caspases. The cleaved kinase domain of MEKK1, itself, stimulates caspase activity leading to apoptosis. Kinase-inactive MEKK1 expressed in HEK293 cells effectively blocks genotoxin-induced apoptosis. Treatment of cells with taxol, a microtubule stabilizing agent, did not induce MEKK1 cleavage in cells, and kinase-inactive MEKK1 expression failed to block taxol-induced apoptosis. MEKK1 became activated in HEK293 cells exposed to taxol, but in contrast to etoposide-treatment, taxol failed to increase JNK activity. Taxol treatment of cells, therefore, dissociates MEKK1 activation from the regulation of the JNK pathway. Overexpression of anti-apoptotic Bcl2 blocked MEKK1 and taxol-induced apoptosis but did not block the caspase-dependent cleavage of MEKK1 in response to etoposide. This indicates Bcl2 inhibition of apoptosis is, therefore, downstream of caspase-dependent MEKK1 cleavage. The results define the involvement of MEKK1 in the induction of apoptosis by genotoxins but not microtubule altering drugs.

Dilated cardiomyopathy and impaired cardiac hypertrophic response to angiotensin II in mice lacking FGF-2.

FGF-2 has been implicated in the cardiac response to hypertrophic stimuli. Angiotensin II (Ang II) contributes to maintain elevated blood pressure in hypertensive individuals and exerts direct trophic effects on cardiac cells. However, the role of FGF-2 in Ang II-induced cardiac hypertrophy has not been established. Therefore, mice deficient in FGF-2 expression were studied using a model of Ang II-dependent hypertension and cardiac hypertrophy. Echocardiographic measurements show the presence of dilated cardiomyopathy in normotensive mice lacking FGF-2. Moreover, hypertensive mice without FGF-2 developed no compensatory cardiac hypertrophy. In wild-type mice, hypertrophy was associated with a stimulation of the c-Jun N-terminal kinase, the extracellular signal regulated kinase, and the p38 kinase pathways. In contrast, mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation was markedly attenuated in FGF-2-deficient mice. In vitro, FGF-2 of fibroblast origin was demonstrated to be essential in the paracrine stimulation of MAPK activation in cardiomyocytes. Indeed, fibroblasts lacking FGF-2 expression have a defective capacity for releasing growth factors to induce hypertrophic responses in cardiomyocytes. Therefore, these results identify the cardiac fibroblast population as a primary integrator of hypertrophic stimuli in the heart, and suggest that FGF-2 is a crucial mediator of cardiac hypertrophy via autocrine/paracrine actions on cardiac cells.

IB1/JIP-1 controls JNK activation and increased during prostatic LNCaP cells neuroendocrine differentiation.

The scaffold protein Islet-Brain1/c-Jun amino-terminal kinase Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1) is a modulator of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) activity, which has been implicated in pleiotrophic cellular functions including cell differentiation, division, and death. In this study, we described the presence of IB1/JIP-1 in epithelium of the rat prostate as well as in the human prostatic LNCaP cells. We investigated the functional role of IB1/JIP-1 in LNCaP cells exposed to the proapoptotic agent N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) which induced a reduction of IB1/JIP-1 content and a concomittant increase in JNK activity. Conversely, IB1/JIP-1 overexpression using a viral gene transfer prevented the JNK activation and the 4-HPR-induced apoptosis was blunted. In prostatic adenocarcinoma cells, the neuroendocrine (NE) phenotype acquisition is associated with tumor progression and androgen independence. During NE transdifferentiation of LNCaP cells, IB1/JIP-1 levels were increased. This regulated expression of IB1/JIP-1 is secondary to a loss of the neuronal transcriptional repressor neuron restrictive silencing factor (NRSF/REST) function which is known to repress IB1/JIP-1. Together, these results indicated that IB1/JIP-1 participates to the neuronal phenotype of the human LNCaP cells and is a regulator of JNK signaling pathway.

Role of the JNK pathway in NMDA-mediated excitotoxicity of cortical neurons.

Excitotoxic insults induce c-Jun N-terminal kinase (JNK) activation, which leads to neuronal death and contributes to many neurological conditions such as cerebral ischemia and neurodegenerative disorders. The action of JNK can be inhibited by the D-retro-inverso form of JNK inhibitor peptide (D-JNKI1), which totally prevents death induced by N-methyl-D-aspartate (NMDA) in vitro and strongly protects against different in vivo paradigms of excitotoxicity. To obtain optimal neuroprotection, it is imperative to elucidate the prosurvival action of D-JNKI1 and the death pathways that it inhibits. In cortical neuronal cultures, we first investigate the pathways by which NMDA induces JNK activation and show a rapid and selective phosphorylation of mitogen-activated protein kinase kinase 7 (MKK7), whereas the only other known JNK activator, mitogen-activated protein kinase kinase 4 (MKK4), was unaffected. We then analyze the action of D-JNKI1 on four JNK targets containing a JNK-binding domain: MAPK-activating death domain-containing protein/differentially expressed in normal and neoplastic cells (MADD/DENN), MKK7, MKK4 and JNK-interacting protein-1 (IB1/JIP-1).

JNK inhibition and inflammation after cerebral ischemia.

The c-Jun-N-terminal kinase signaling pathway (JNK) is highly activated during ischemia and plays an important role in apoptosis and inflammation. We have previously demonstrated that D-JNKI1, a specific JNK inhibitor, is strongly neuroprotective in animal models of stroke. We presently evaluated if D-JNKI1 modulates post-ischemic inflammation such as the activation and accumulation of microglial cells. Outbred CD1 mice were subjected to 45 min middle cerebral artery occlusion (MCAo). D-JNKI1 (0.1 mg/kg) or vehicle (saline) was administered intravenously 3 h after MCAo onset. Lesion size at 48 h was significantly reduced, from 28.2+/-8.5 mm(3) (n=7) to 13.9+/-6.2 mm(3) in the treated group (n=6). Activation of the JNK pathway (phosphorylation of c-Jun) was observed in neurons as well as in Isolectin B4 positive microglia. We quantified activated microglia (CD11b) by measuring the average intensity of CD11b labelling (infra-red emission) within the ischemic tissue. No significant difference was found between groups. Cerebral ischemia was modelled in vitro by subjecting rat organotypic hippocampal slice cultures to oxygen (5%) and glucose deprivation for 30 min. In vitro, D-JNKI1 was found predominantly in NeuN positive neurons of the CA1 region and in few Isolectin B4 positive microglia. Furthermore, 48 h after OGD, microglia were activated whereas resting microglia were found in controls and in D-JNKI1-treated slices. Our study shows that D-JNKI1 reduces the infarct volume 48 h after transient MCAo and does not act on the activation and accumulation of microglia at this time point. In contrast, in vitro data show an indirect effect of D-JNKI1 on the modulation of microglial activation.

Bacterial flagellin elicits widespread innate immune defense mechanisms, apoptotic signaling, and a sepsis-like systemic inflammatory response in mice.

Introduction: Systemic inflammation in sepsis is initiated by interactions between pathogen molecular motifs and specific host receptors, especially toll-like receptors (TLRs). Flagellin is the main flagellar protein of motile microorganisms and is the ligand of TLR5. The distribution of TLR5 and the actions of flagellin at the systemic level have not been established. Therefore, we determined TLR5 expression and the ability of flagellin to trigger prototypical innate immune responses and apoptosis in major organs from mice. Methods: Male Balb/C mice (n = 80) were injected intravenously with 1-5 mu g recombinant Salmonella flagellin. Plasma and organ samples were obtained after 0.5 to 6 h, for molecular investigations. The expression of TLR5, the activation state of nuclear factor kappa B (NF kappa B) and mitogen-activated protein kinases (MAPKs) [extracellular related kinase (ERK) and c-jun-NH2 terminal kinase (JNK)], the production of cytokines [tumor necrosis alpha (TNF alpha), interleukin-1 beta (IL-1 beta), interleukin-6 (IL-6), macrophage inhibitory protein-2 (MIP-2) and soluble triggering receptor expressed on myeloid cells (TREM-1)], and the apoptotic cleavage of caspase-3 and its substrate Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) were determined in lung, liver, gut and kidney at different time-points. The time-course of plasma cytokines was evaluated up to 6 h after flagellin. Results: TLR5 mRNA and protein were constitutively expressed in all organs. In these organs, flagellin elicited a robust activation of NF kappa B and MAPKs, and induced significant production of the different cytokines evaluated, with slight interorgan variations. Plasma TNF alpha, IL-6 and MIP-2 disclosed a transient peak, whereas IL-1 beta and soluble TREM-1 steadily increased over 6 h. Flagellin also triggered a marked cleavage of caspase-3 and PARP in the intestine, pointing to its ability to promote significant apoptosis in this organ. Conclusions: Bacterial flagellin elicits prototypical innate immune responses in mice, leading to the release of multiple pro-inflammatory cytokines in the lung, small intestine, liver and kidney, and also activates apoptotic signalling in the gut. Therefore, this bacterial protein may represent a critical mediator of systemic inflammation and intestinal barrier failure in sepsis due to flagellated micro-organisms

Five new CYLD mutations in skin appendage tumors and evidence that aspartic acid 681 in CYLD is essential for deubiquitinase activity.

Brooke-Spiegler syndrome, familial cylindromatosis, and familial trichoepithelioma are autosomal-dominant genetic predispositions for benign tumors of skin appendages caused by mutations in the CYLD gene localized on chromosome 16q12-q13. The encoded protein functions as ubiquitin-specific protease (UBP), which negatively regulates NF-kappaB and c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling. We investigated five families affected with these skin neoplasms and identified four premature stop codons and the novel missense mutation D681G in a family in which 11 of 12 investigated tumors were trichoepitheliomas. CYLD protein harboring this missense mutation had a significant reduced ability to inhibit TNF receptor-associated factor (TRAF)2- and TRAF6-mediated NF-kappaB activation, tumor necrosis factor-alpha (TNFalpha)-induced JNK signaling, and to deubiquitinate TRAF2. CYLD-D681G was coimmunoprecipitated by TRAF2, but was unable to cleave K63-linked polyubiquitin chains. Aspartic acid 681 is highly conserved in CYLD homologues and other members of the UBP family, but does not belong to the Cys and His boxes providing the CYLD catalytic triad (Cys601, His871, and Asp889). As reported previously, the homologous residue D295 of HAUSP/USP-7 forms a hydrogen bond with the C-terminal end of ubiquitin and is important for the enzymatic activity. These results underline that D681 in CYLD is required for cleavage of K63-linked polyubiquitin chains.

JNK3 Is Required for the Cytoprotective Effect of Exendin 4.

Preservation of beta cell against apoptosis is one of the therapeutic benefits of the glucagon-like peptide-1 (GLP1) antidiabetic mimetics for preserving the functional beta cell mass exposed to diabetogenic condition including proinflammatory cytokines. The mitogen activated protein kinase 10 also called c-jun amino-terminal kinase 3 (JNK3) plays a protective role in insulin-secreting cells against death caused by cytokines. In this study, we investigated whether the JNK3 expression is associated with the protective effect elicited by the GLP1 mimetic exendin 4. We found an increase in the abundance of JNK3 in isolated human islets and INS-1E cells cultured with exendin 4. Induction of JNK3 by exendin 4 was associated with an increased survival of INS-1E cells. Silencing of JNK3 prevented the cytoprotective effect of exendin 4 against apoptosis elicited by culture condition and cytokines. These results emphasize the requirement of JNK3 in the antiapoptotic effects of exendin 4.

Role and regulation of islet-Brain 1 in pancreatic β-cells

Résumé : L'insuline est produite et sécrétée par la cellule ß-pancréatique. Son rôle est de régler le taux de sucre dans le sang. Si ces cellules meurent ou échouent à produire suffisamment de l'insuline, les sujets développent le diabète de type 2 (DT2), une des maladies les plus communes dans les pays développés. L'excès chronique des lipoprotéines LDL oxydés (oxLDL) et/ou des cytokines pro-inflammatoires comme l'interleukine-1ß (IL-1ß) participent au dérèglement et à la mort des cellules ß. Nous avons montré qu'une chute des niveaux d'expression de la protéine nommée «mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1» ou «islet brain 1 (IB 1)» est en partie responsable des effets provoqués par les oxLDL ou IL-1ß. IB1 régule l'expression de l'insuline et la survie cellulaire en inhibant la voie de signalisation « c-jun N-terminal Kinase (JNK)». La réduction des niveaux d'expression d'IB1 provoque l'activation de la voie JNK en réponse aux facteurs environnementaux, et ainsi initie la réduction de l'expression de l'insuline et l'induction du programme de mort cellulaire. Les mimétiques de l'hormone "Glucagon-like peptide 1", tel que l'exendin-4 (ex-4), sont une nouvelle classe d'agents hypoglycémiants utilisés dans le traitement du DT2. Les effets bénéfiques de l'ex-4 sont en partie accomplis en préservant l'expression de l'insuline et la survie des cellules ß contre les stress associés au DT2. La restauration des niveaux d'expression d'IB1 est un des mécanismes par lequel l'ex-4 prodigue son effet sur la cellule. En effet, cette molécule stimule l'activité du promoteur du gène et ainsi compense la réduction du contenu en IB1 causée par le stress. Outre ce rôle anti-apoptotique, dans ce travail de thèse nous avons mis en évidence une autre fonction d'IB1 dans la cellule ß. La réduction de l'activité ou des niveaux d'expression d'IB1 induisent une réduction importante de la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose. Le mécanisme par lequel IB1 régule la sécrétion de l'insuline implique à la fois le métabolisme du glucose et éventuellement le transport vésiculaire en contrôlant l'expression de la protéine annexin A2. En résumé, IB 1 est une molécule clé à travers laquelle l'environnement du diabétique pourrait exercer un effet délétère sur la cellule ß. L'amélioration de l'activité d'IB1 et/ou de son expression devrait être considérée dans les approches thérapeutiques futures visant à limiter la perte des cellules ß dans le diabète. Abstract : ß-cells of the pancreatic islets of Langerhans produce and secrete insulin when blood glucose rises. In turn, insulin ensures that plasma glucose concentrations return within a relatively narrow physiological range. If ß-cells die or fail to produce enough insulin, individuals develop one of the most common diseases in Western countries, namely type 2 diabetes (T2D). Chronic excess of oxidized low density lipoproteins (oxLDL) and/or pro-inflammatory cytokines such as interleukin 1-ß (IL-1ß) contribute to decline of ß-cells and thereby are thought to accelerate progression of the disease overtime. We showed that profound reduction in the levels of the mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1 also called islet brain 1 (IB1) causes ß-cell failure accomplished by oxLDL or IL-1 ß. IB1 regulates insulin expression and cell survivals by inhibiting the c-Jun N-terminal Kinase pathway. Diminution in IB 1 levels leads to an increase in activation of the JNK pathway induced by environmental stressors, and thus initiates loss of insulin expression and programmed cell death. The mimetic agents of the glucoincretin glucagon-like peptide 1 such as exendin-4 (ex-4) are new class of hypoglycaemic medicines for treatment of T2D. The beneficial property is in part achieved by preserving insulin expression and ß-cell survival against stressors related to diabetes. Restored levels in IB 1 account for the cytoprotective effect of the ex-4. In fact, the latter molecule .stimulates the promoter activity of the gene and thus compensates loss of IB1 content triggered by stress. Beside of the anti-apoptotic role, an additional leading function for IB 1 in ß-cells was highlighted in this thesis. Impairment in IB1 activity or silencing of the gene in ß-cells revealed a major reduction in insulin secretion elicited by glucose. The mechanisms whereby IB 1 couples glucose to insulin release involve glucose metabolism and potentially, vesicles trafficking by maintaining the levels of annexin A2. IB 1 is therefore a key molecule through which environmental factors related to diabetes may exert harmful effects on ß-cells. Improvement in IB 1 activity and/or expression should be considered as a target for therapeutic purpose.

The tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand receptors TRAIL-R1 and TRAIL-R2 have distinct cross-linking requirements for initiation of apoptosis and are non-redundant in JNK activation.

Overexpression of the tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) receptors, TRAIL-R1 and TRAIL-R2, induces apoptosis and activation of NF-kappaB in cultured cells. In this study, we have demonstrated differential signaling capacities by both receptors using either epitope-tagged soluble TRAIL (sTRAIL) or sTRAIL that was cross-linked with a monoclonal antibody. Interestingly, sTRAIL was sufficient for induction of apoptosis only in cell lines that were killed by agonistic TRAIL-R1- and TRAIL-R2-specific IgG preparations. Moreover, in these cell lines interleukin-6 secretion and NF-kappaB activation were induced by cross-linked or non-cross-linked anti-TRAIL, as well as by both receptor-specific IgGs. However, cross-linking of sTRAIL was required for induction of apoptosis in cell lines that only responded to the agonistic anti-TRAIL-R2-IgG. Interestingly, activation of c-Jun N-terminal kinase (JNK) was only observed in response to either cross-linked sTRAIL or anti-TRAIL-R2-IgG even in cell lines where both receptors were capable of signaling apoptosis and NF-kappaB activation. Taken together, our data suggest that TRAIL-R1 responds to either cross-linked or non-cross-linked sTRAIL which signals NF-kappaB activation and apoptosis, whereas TRAIL-R2 signals NF-kappaB activation, apoptosis, and JNK activation only in response to cross-linked TRAIL.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

The scaffold protein IB1/JIP-1 is a critical mediator of cytokine-induced apoptosis in pancreatic beta cells.

In insulin-secreting cells, cytokines activate the c-Jun N-terminal kinase (JNK), which contributes to a cell signaling towards apoptosis. The JNK activation requires the presence of the murine scaffold protein JNK-interacting protein 1 (JIP-1) or human Islet-brain 1(IB1), which organizes MLK3, MKK7 and JNK for proper signaling specificity. Here, we used adenovirus-mediated gene transfer to modulate IB1/JIP-1 cellular content in order to investigate the contribution of IB1/JIP-1 to beta-cell survival. Exposure of the insulin-producing cell line INS-1 or isolated rat pancreatic islets to cytokines (interferon-gamma, tumor necrosis factor-alpha and interleukin-1beta) induced a marked reduction of IB1/JIP-1 content and a concomitant increase in JNK activity and apoptosis rate. This JNK-induced pro-apoptotic program was prevented in INS-1 cells by overproducing IB1/JIP-1 and this effect was associated with inhibition of caspase-3 cleavage. Conversely, reducing IB1/JIP-1 content in INS-1 cells and isolated pancreatic islets induced a robust increase in basal and cytokine-stimulated apoptosis. In heterozygous mice carrying a selective disruption of the IB1/JIP-1 gene, the reduction in IB1/JIP-1 content in happloinsufficient isolated pancreatic islets was associated with an increased JNK activity and basal apoptosis. These data demonstrate that modulation of the IB1-JIP-1 content in beta cells is a crucial regulator of JNK signaling pathway and of cytokine-induced apoptosis.

Neuroprotection in cerebral ischemia with XG-102, a new peptide inhibitor of JNK

Abstract Stroke or cerebrovascular accident, whose great majority is of ischemic nature, is the third leading cause of mortality and long lasting disability in industrialised countries. Resulting from the loss of blood supply to the brain depriving cerebral tissues of oxygen and glucose, it induces irreversible neuronal damages. Despite the large amount of research carried out into the causes and pathogenic features of cerebral ischemia the progress toward effective treatments has been poor. Apart the clot-busting drug tissue-type plasminogen activator (tPA) as effective therapy for acute stroke (reperfusion by thrombolysis) but limited to a low percentage of patients, there are currently no other approved medical treatments. The need for new therapy strategies is therefore imperative. Neuronal death in cerebral ischemia is among others due to excitotoxic mechanisms very early after stroke onset. One of the main involved molecular pathways leading to excitotoxic cell death is the c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) pathway. Several studies have already shown the efficacy of a neuroprotective agent of a new type, a dextrogyre peptide synthesized in the retro inverso form (XG102, formerly D-JNKI1), which is protease-resistant and cell-penetrating and that selectively and strongly blocks the access of JNK to many of its targets. A powerful protection was observed with this compound in several models of ischemia (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). This chimeric compound, made up of a 10 amino acid TAT transporter sequence followed by a 20 amino acids JNK binding domain (JBD) sequence from JNK inhibitor protein (JIP) molecule, induced both a major reduction in lesion size and improved functional outcome. Moreover it presents a wide therapeutic window. XG-102 has proved its powerful efficacy in an occlusion model of middle cerebral artery in mice with intracérebroventricular (i.c.v.) injection but in order to be able to consider the development of this drug for human ischemic stroke it was therefore necessary to determine the feasibility of its systemic administration. The studies being the subject of this thesis made it possible to show a successful neuroprotection with XG-102 administered systemically after transient mouse middle cerebral artery occlusion (MCAo). Moreover our data. provided information about the feasibility to combine XG-102 with tPA without detrimental action on cell survival. By combining the benefits from a reperfusion treatment with the effects of a neuroprotective compound, it would represent the advantage of bringing better chances to protect the cerebral tissue. Résumé L'attaque cérébrale ou accident vasculaire cérébral, dont la grande majorité est de nature ischémique, constitue la troisième cause de mortalité et d'infirmité dans les pays industrialisés. Résultant de la perte d'approvisionnement de sang au cerveau privant les tissus cérébraux d'oxygène et de glucose, elle induit des dommages neuronaux irréversibles. En dépit du nombre élevé de recherches effectuées pour caractériser les mécanismes pathogènes de l'ischémie. cérébrale, les progrès vers des traitements efficaces restent pauvres. Excepté l'activateur tissulaire du plasminogène (tPA) dont le rôle est de désagréger les caillots sanguins et employé comme thérapie efficace contre l'attaque cérébrale aiguë (reperfusion par thrombolyse) mais limité à un faible pourcentage de patients, il n'y a actuellement aucun autre traitement médical approuvé. Le besoin de nouvelles stratégies thérapeutiques est par conséquent impératif. La mort neuronale dans l'ischémie cérébrale est entre autres due à des mécanismes excitotoxiques survenant rapidement après le début de l'attaque cérébrale. Une des principales voies moléculaires impliquée conduisant à la mort excitotoxique des cellules est la voie de la c-Jun NH2terminal kinase (JNK). Plusieurs études ont déjà montré l'efficacité d'un agent neuroprotecteur d'un nouveau type, un peptide dextrogyre synthétisé sous la forme retro inverso (XG-102, précédemment D-JNKI1) résistant aux protéases, capable de pénétrer dans les cellules et de bloquer sélectivement et fortement l'accès de JNK à plusieurs de ses cibles. Une puissante protection a été observée avec ce composé dans plusieurs modèles d'ischémie (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). Ce composé chimérique, construit à partir d'une séquence TAT de 10 acides aminés suivie par une séquence de 20 acides aminés d'un domaine liant JNK (JBD) issu de la molécule JNK protéine inhibitrice. (JIP), induit à la fois une réduction importante de la taille de lésion et un comportement fonctionnel amélioré. De plus il présente une fenêtre thérapeutique étendue. XG-102 a prouvé sa puissante efficacité dans un modèle d'occlusion de l'artère cérébrale moyenne chez la souris avec injection intracerebroventriculaire (i.c.v.) mais afin de pouvoir envisager le développement de ce composé pour l'attaque cérébrale chez l'homme, il était donc nécessaire de déterminer la faisabilité de son administration systémique. Les études faisant l'objet de cette thèse ont permis de montrer une neuroprotection importante avec XG-102 administré de façon systémique après l'occlusion transitoire de l'artère cérébrale moyenne chez la souris (MCAo). De plus nos données ont fourni des informations quant à la faisabilité de combiner XG-102 et tPA, démontrant une protection efficace par XG-102 malgré l'action nuisible du tPA sur la survie des cellules. En combinant les bénéfices de la reperfusion avec les effets d'un composé neurooprotecteur, cela représenterait l'avantage d'apporter des meilleures chances de protéger le tissu cérébral.