Equine herpesvirus-2 E10 gene product, but not its cellular homologue, activates NF-kappaB transcription factor and c-Jun N-terminal kinase.

We have previously reported on the death effector domain containing E8 gene product from equine herpesvirus-2, designated FLICE inhibitory protein (v-FLIP), and on its cellular homologue, c-FLIP, which inhibit the activation of caspase-8 by death receptors. Here we report on the structure and function of the E10 gene product of equine herpesvirus-2, designated v-CARMEN, and on its cellular homologue, c-CARMEN, which contain a caspase-recruiting domain (CARD) motif. c-CARMEN is highly homologous to the viral protein in its N-terminal CARD motif but differs in its C-terminal extension. v-CARMEN and c-CARMEN interact directly in a CARD-dependent manner yet reveal different binding specificities toward members of the tumor necrosis factor receptor-associated factor (TRAF) family. v-CARMEN binds to TRAF6 and weakly to TRAF3 and, upon overexpression, potently induces the c-Jun N-terminal kinase (JNK), p38, and nuclear factor (NF)-kappaB transcriptional pathways. c-CARMEN or truncated versions thereof do not appear to induce JNK and NF-kappaB activation by themselves, nor do they affect the JNK and NF-kappaB activating potential of v-CARMEN. Thus, in contrast to the cellular homologue, v-CARMEN may have additional properties in its unique C terminus that allow for an autonomous activator effect on NF-kappaB and JNK. Through activation of NF-kappaB, v-CARMEN may regulate the expression of the cellular and viral genes important for viral replication.

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.

Equine herpesvirus protein E10 induces membrane recruitment and phosphorylation of its cellular homologue, bcl-10.

v-E10, a caspase recruitment domain (CARD)-containing gene product of equine herpesvirus 2, is the viral homologue of the bcl-10 protein whose gene was found to be translocated in mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) lymphomas. v-E10 efficiently activates the c-jun NH(2)-terminal kinase (JNK), p38 stress kinase, and the nuclear factor (NF)-kappaB transcriptional pathway and interacts with its cellular homologue, bcl-10, via a CARD-mediated interaction. Here we demonstrate that v-E10 contains a COOH-terminal geranylgeranylation consensus site which is responsible for its plasma membrane localization. Expression of v-E10 induces hyperphosphorylation and redistribution of bcl-10 from the cytoplasm to the plasma membrane, a process which is dependent on the intactness of the v-E10 CARD motif. Both membrane localization and a functional CARD motif are important for v-E10-mediated NF-kappaB induction, but not for JNK activation, which instead requires a functional v-E10 binding site for tumor necrosis factor receptor-associated factor (TRAF)6. Moreover, v-E10-induced NF-kappaB activation is inhibited by a dominant negative version of the bcl-10 binding protein TRAF1, suggesting that v-E10-induced membrane recruitment of cellular bcl-10 induces constitutive TRAF-mediated NF-kappaB activation.

Regulation of glucose transporter expression in cardiac myocytes: p38 MAPK is a strong inducer of GLUT4.

OBJECTIVE: In vivo differentiation of cardiac myocytes is associated with downregulation of the glucose transporter isoform GLUT1 and upregulation of the isoform GLUT4. Adult rat cardiomyocytes in primary culture undergo spontaneous dedifferentiation, followed by spreading and partial redifferentiation, which can be influenced by growth factors. We used this model to study the signaling mechanisms modifying the expression of GLUT4 in cardiac myocytes. RESULTS: Adult rat cardiomyocytes in primary culture exhibited spontaneous upregulation of GLUT1 and downregulation of GLUT4, suggesting resumption of a fetal program of GLUT gene expression. Treatment with IGF-1 and, to a minor extent, FGF-2 resulted in restored expression of GLUT4 protein and mRNA. Activation of p38 MAPK mediated the increased expression of GLUT4 in response to IGF-1. Transient transfection experiments in neonatal cardiac myocytes confirmed that p38 MAPK could activate the glut4 promoter. Electrophoretic mobility shift assay in adult rat cardiomyocytes and transient transfection experiments in neonatal cardiac myocytes indicated that MEF2 was the main transcription factor transducing the effect of p38 MAPK activation on the glut4 promoter. CONCLUSION: Spontaneous dedifferentiation of adult rat cardiomyocytes in vitro is associated with downregulation of GLUT4, which can be reversed by treatment with IGF-1. The effect of IGF-1 is mediated by the p38 MAPK/MEF2 axis, which is a strong inducer of GLUT4 expression.

Modulation of the c-Jun N-terminal kinase activity in the embryonic heart in response to anoxia-reoxygenation: involvement of the Ca2+ and mitoKATP channels.

Whether the response of the fetal heart to ischemia-reperfusion is associated with activation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) pathway is not known. In contrast, involvement of the sarcolemmal L-type Ca2+ channel (LCC) and the mitochondrial KATP (mitoKATP) channel has been established. This work aimed at investigating the profile of JNK activity during anoxia-reoxygenation and its modulation by LCC and mitoK(ATP) channel. Hearts isolated from 4-day-old chick embryos were submitted to anoxia (30 min) and reoxygenation (60 min). Using the kinase assay method, the profile of JNK activity in the ventricle was determined every 10 min throughout anoxia-reoxygenation. Effects on JNK activity of the LCC blocker verapamil (10 nM), the mitoK(ATP) channel opener diazoxide (50 microM) and the blocker 5-hydroxydecanoate (5-HD, 500 microM), the mitochondrial Ca2+ uniporter (MCU) inhibitor Ru360 (10 microM), and the antioxidant N-(2-mercaptopropionyl) glycine (MPG, 1 mM) were determined. In untreated hearts, JNK activity was increased by 40% during anoxia and peaked fivefold relative to basal level after 30-40 min reoxygenation. This peak value was reduced by half by diazoxide and was tripled by 5-HD. Furthermore, the 5-HD-mediated stimulation of JNK activity during reoxygenation was abolished by diazoxide, verapamil or Ru360. MPG had no effect on JNK activity, whatever the conditions. None of the tested pharmacological agents altered JNK activity under basal normoxic conditions. Thus, in the embryonic heart, JNK activity exhibits a characteristic pattern during anoxia and reoxygenation and the respective open-state of LCC, MCU and mitoKATP channel can be a major determinant of JNK activity in a ROS-independent manner.

Thrombin-induced ischemic tolerance is prevented by inhibiting c-jun N-terminal kinase.

We have studied ischemic tolerance induced by the serine protease thrombin in two different models of experimental ischemia. In organotypic hippocampal slice cultures, we demonstrate that incubation with low doses of thrombin protects neurons against a subsequent severe oxygen and glucose deprivation. L-JNKI1, a highly specific c-jun N-terminal kinase (JNK) inhibitor, and a second specific JNK inhibitor, SP600125, prevented thrombin preconditioning (TPC). We also show that the exposure to thrombin increases the level of phosphorylated c-jun, the major substrate of JNK. TPC, in vivo, leads to significantly smaller lesion sizes after a 30-min middle cerebral artery occlusion (MCAo), and the preconditioned mice were better off in the three tests used to evaluate functional recovery. In accordance with in vitro results, TPC in vivo was prevented by administration of L-JNKI1, supporting a role for JNK in TPC. These results, from two different TPC models and with two distinct JNK inhibitors, show that JNK is likely to be involved in TPC.

Activation of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) by their ligands and protein kinase A activators.

The nuclear peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) alpha, beta, and gamma activate the transcription of multiple genes involved in lipid metabolism. Several natural and synthetic ligands have been identified for each PPAR isotype but little is known about the phosphorylation state of these receptors. We show here that activators of protein kinase A (PKA) can enhance mouse PPAR activity in the absence and the presence of exogenous ligands in transient transfection experiments. Activation function 1 (AF-1) of PPARs was dispensable for transcriptional enhancement, whereas activation function 2 (AF-2) was required for this effect. We also show that several domains of PPAR can be phosphorylated by PKA in vitro. Moreover, gel retardation experiments suggest that PKA stabilizes binding of the liganded PPAR to DNA. PKA inhibitors decreased not only the kinase-dependent induction of PPARs but also their ligand-dependent induction, suggesting an interaction between both pathways that leads to maximal transcriptional induction by PPARs. Moreover, comparing PPAR alpha knockout (KO) with PPAR alpha WT mice, we show that the expression of the acyl CoA oxidase (ACO) gene can be regulated by PKA-activated PPAR alpha in liver. These data demonstrate that the PKA pathway is an important modulator of PPAR activity, and we propose a model associating this pathway in the control of fatty acid beta-oxidation under conditions of fasting, stress, and exercise.

Selective inhibition of JNK with a peptide inhibitor attenuates pain hypersensitivity and tumor growth in a mouse skin cancer pain model.

Cancer pain significantly affects the quality of cancer patients, and current treatments for this pain are limited. C-Jun N-terminal kinase (JNK) has been implicated in tumor growth and neuropathic pain sensitization. We investigated the role of JNK in cancer pain and tumor growth in a skin cancer pain model. Injection of luciferase-transfected B16-Fluc melanoma cells into a hindpaw of mouse induced robust tumor growth, as indicated by increase in paw volume and fluorescence intensity. Pain hypersensitivity in this model developed rapidly (<5 days) and reached a peak in 2 weeks, and was characterized by mechanical allodynia and heat hyperalgesia. Tumor growth was associated with JNK activation in tumor mass, dorsal root ganglion (DRG), and spinal cord and a peripheral neuropathy, such as loss of nerve fibers in the hindpaw skin and induction of ATF-3 expression in DRG neurons. Repeated systemic injections of D-JNKI-1 (6 mg/kg, i.p.), a selective and cell-permeable peptide inhibitor of JNK, produced an accumulative inhibition of mechanical allodynia and heat hyperalgesia. A bolus spinal injection of D-JNKI-1 also inhibited mechanical allodynia. Further, JNK inhibition suppressed tumor growth in vivo and melanoma cell proliferation in vitro. In contrast, repeated injections of morphine (5 mg/kg), a commonly used analgesic for terminal cancer, produced analgesic tolerance after 1 day and did not inhibit tumor growth. Our data reveal a marked peripheral neuropathy in this skin cancer model and important roles of the JNK pathway in cancer pain development and tumor growth. JNK inhibitors such as D-JNKI-1 may be used to treat cancer pain.

The JNK inhibitor XG-102 protects from ischemic damage with delayed intravenous administration also in the presence of recombinant tissue plasminogen activator.

BACKGROUND: XG-102 (formerly D-JNKI1), a TAT-coupled dextrogyre peptide which selectively inhibits the c-Jun N-terminal kinase, is a powerful neuroprotectant in mouse models of middle cerebral artery occlusion (MCAo) with delayed intracerebroventricular injection. We aimed to determine whether this neuroprotection could also be achieved by intravenous injection of XG-102, which is a more feasible approach for future use in stroke patients. We also tested the compatibility of the compound with recombinant tissue plasminogen activator (rtPA), commonly used for intravenous thrombolysis and known to enhance excitotoxicity. METHODS: Male ICR-CD1 mice were subjected to a 30-min-suture MCAo. XG-102 was injected intravenously in a single dose, 6 h after ischemia. Hippocampal slice cultures were subjected to oxygen (5%) and glucose (1 mM) deprivation for 30 min. rtPA was added after ischemia and before XG-102 administration, both in vitro and in vivo. RESULTS: The lowest intravenous dose achieving neuroprotection was 0.0003 mg/kg, which reduced the infarct volume after 48 h from 62 +/- 19 mm(3) (n = 18) for the vehicle-treated group to 18 +/- 9 mm(3) (n = 5, p &lt; 0.01). The behavioral outcome was also significantly improved at two doses. Addition of rtPA after ischemia enhanced the ischemic damage both in vitro and in vivo, but XG-102 was still able to induce a significant neuroprotection. CONCLUSIONS: A single intravenous administration of XG-102 several hours after ischemia induces a powerful neuroprotection. XG-102 protects from ischemic damage in the presence of rtPA. The feasibility of systemic administration of this promising compound and its compatibility with rtPA are important steps for its development as a drug candidate in ischemic stroke.

The caspase-8 inhibitor FLIP promotes activation of NF-kappaB and Erk signaling pathways.

BACKGROUND: Activation of Fas (CD95) by its ligand (FasL) rapidly induces cell death through recruitment and activation of caspase-8 via the adaptor protein Fas-associated death domain protein (FADD). However, Fas signals do not always result in apoptosis but can also trigger a pathway that leads to proliferation. We investigated the level at which the two conflicting Fas signals diverge and the protein(s) that are implicated in switching the response. RESULTS: Under conditions in which proliferation of CD3-activated human T lymphocytes is increased by recombinant FasL, there was activation of the transcription factors NF-kappaB and AP-1 and recruitment of the caspase-8 inhibitor and FADD-interacting protein FLIP (FLICE-like inhibitory protein). Fas-recruited FLIP interacts with TNF-receptor associated factors 1 and 2, as well as with the kinases RIP and Raf-1, resulting in the activation of the NF-kappaB and extracellular signal regulated kinase (Erk) signaling pathways. In T cells these two signal pathways are critical for interleukin-2 production. Increased expression of FLIP in T cells resulted in increased production of interleukin-2. CONCLUSIONS: We provide evidence that FLIP is not simply an inhibitor of death-receptor-induced apoptosis but that it also mediates the activation of NF-kappaB and Erk by virtue of its capacity to recruit adaptor proteins involved in these signaling pathways.

Role of intracellular signaling pathways activated in fibroblasts in response to lipoproteins

Summary The best described physiological function of low-density lipoproteins (LDL) is to transport cholesterol to target tissues. LDL deliver their cholesterol cargo to cells following their interaction with the LDL receptor. LDL, when their vascular concentrations increase, have also been implicated in pathologies such as atherosclerosis. Among the cell types that are found in blood vessels, endothelial and smooth muscle cells have dominated cellular research on atherosclerotic mechanisms and LDL activation of signaling pathways, while very little is known about adventitial fibroblast activation caused by elevated lipoprotein levels. Since fibroblasts participate in wound repair and since it has recently been recognized that fibroblasts may play pivotal roles in vascular remodeling and repair of injury, we assessed whether lipoproteins affect fibroblast function. We have found that LDL specifically mediate the activation of a class of mitogen-activated protein kinases (MAPKs): the p38 MAPKs. The activation of this pathway in turn modulates cell shape by promoting lamellipodia formation and extensive cell spreading. This is of particular interest because it provides a mechanism by which LDL can promote wound healing or vessel wall remodeling as observed during the development of atherosclerosis. In order to understand the molecular mechanisms by which LDL induce p38 activation we searched for the component in the LDL particle responsible for the induction of this pathway. We found that cholesterol is the major component of lipoprotein particles that mediates their ability to stimulate the p38 MAPK pathway. Furthermore, we investigated the cellular mechanisms underlying the ability of LDL to induce cell shape changes and whether this could participate in wound repair. Our recent data demonstrates that the capacity of LDL to induce fibroblast spreading relies on their ability to stimulate IL-8 secretion, which in turn leads to accelerated wound healing. LDL-induced IL-8 production and subsequent wound closure are impaired upon inhibition of the p38 MAPK pathway indicating that the LDL-induced spreading and accelerated wound sealing rely on the ability of LDL to stimulate IL-8 secretion in a p38 MAPK-dependent manner. Therefore, regulation of fibroblast shape and migration by lipoproteins may be relevant to atherosclerosis that is characterized by increased LDL-cholesterol levels, IL-8 production and extensive remodeling of the vessel wall. Résumé: La fonction physiologique des lipoprotéines à faible densité (LDL) la mieux décrite est celle du transport du cholestérol aux tissus cibles. Les LDL livrent leur cargaison de cholestérol aux cellules après leur interaction avec le récepteur au LDL. Une concentration vasculaire des LDL augmenté est également impliquée dans le développement de l'athérosclérose. Parmi les types de cellule présents dans les vaisseaux sanguins, les cellules endothéliales et les cellules du muscle lisse ont dominé la recherche cellulaire sur les mécanismes athérosclérotiques et sur l'activation par les LDL des voies de signalisation intracellulaire. A l'inverse peu de choses sont connues sur l'activation des fibroblastes de l'adventice par les lipoprotéines. Puisqu'il a été récemment reconnu que les fibroblastes peuvent jouer un rôle central dans la remodélisation vasculaire et la réparation tissulaire, nous avons étudié si les lipoprotéines affectent la fonction des fibroblastes. Nous avons constaté que les LDL activent spécifiquement une classe de protéines kinases: les p38 MAPK (mitogen-activated protein kinases). L'activation de cette voie module à son tour la forme de la cellule en favorisant la formation de lamellipodes et l'agrandissement des cellules. Cela a un intérêt particulier car il fournit un mécanisme par lequel les LDL peuvent promouvoir la cicatrisation ou la remodélisation des parois vasculaires comme observés lors du développement de l'athérosclérose. Pour comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels les LDL provoquent l'activation des p38 MAPK, nous avons cherché à identifier les composants dans la particule de LDL responsables de l'induction de cette voie. Nous avons constaté que le cholestérol est l'élément principal des particules de lipoprotéine qui contrôle leur capacité à stimuler la voie des p38 MAPK. En outre, nous avons examiné les mécanismes cellulaires responsables de la capacité des LDL à induire des changements dans la forme des cellules. Nos données récentes démontrent que la capacité des LDL à induire l'agrandissement des cellules, ainsi que leur aptitude à favoriser la cicatrisation, reposant sur leur capacité à stimuler la sécrétiond'IL-8. La production d'IL-8 induite par les LDL est bloquée par l'inhibition de la voie p38 MAPK, ce qui indique que l'étalement des cellules induit par les LDL ainsi que l'accélération de la cicatrisation sont liés à la capacité des LDL à stimuler la sécrétion d'IL8 via l'activation des p38 MAPK. La régulation de la forme et de la migration des fibroblastes par les lipoprotéines peuvent donc participer au développement de l'athérosclérose qui est caractérisée par l'augmentation des niveaux de production de LDL-cholestérol et d'IL-8 ainsi que par une remodélisation augmentée de la paroi du vaisseau.

The sirtuin inhibitor cambinol impairs MAPK signaling, inhibits inflammatory and innate immune responses and protects from septic shock.

Sirtuins (SIRT1-7) are NAD(+)-dependent histone deacetylases (HDACs) that play an important role in the control of metabolism and proliferation and the development of age-associated diseases like oncologic, cardiovascular and neurodegenerative diseases. Cambinol was originally described as a compound inhibiting the activity of SIRT1 and SIRT2, with efficient anti-tumor activity in vivo. Here, we studied the effects of cambinol on microbial sensing by mouse and human immune cells and on host innate immune responses in vivo. Cambinol inhibited the expression of cytokines (TNF, IL-1β, IL-6, IL-12p40, and IFN-γ), NO and CD40 by macrophages, dendritic cells, splenocytes and whole blood stimulated with a broad range of microbial and inflammasome stimuli. Sirtinol, an inhibitor of SIRT1 and SIRT2 structurally related to cambinol, also decreased macrophage response to TLR stimulation. On the contrary, selective inhibitors of SIRT1 (EX-527 and CHIC-35) and SIRT2 (AGK2 and AK-7) used alone or in combination had no inhibitory effect, suggesting that cambinol and sirtinol act by targeting more than just SIRT1 and SIRT2. Cambinol and sirtinol at anti-inflammatory concentrations also did not inhibit SIRT6 activity in in vitro assay. At the molecular level, cambinol impaired stimulus-induced phosphorylation of MAPKs and upstream MEKs. Going well along with its powerful anti-inflammatory activity, cambinol reduced TNF blood levels and bacteremia and improved survival in preclinical models of endotoxic shock and septic shock. Altogether, our data suggest that pharmacological inhibitors of sirtuins structurally related to cambinol may be of clinical interest to treat inflammatory diseases.

INK4a/Arf is required for suppression of EGFR/DeltaEGFR(2-7)-dependent ERK activation in mouse astrocytes and glioma.

Amplification of the epidermal growth factor receptor (EGFR) or expression of its constitutively activated mutant, DeltaEGFR(2-7), in association with the inactivation of the INK4a/Arf gene locus is a frequent alteration in human glioblastoma. The notion of a cooperative effect between these two alterations has been demonstrated in respective mouse brain tumor models including our own. Here, we investigated underlying molecular mechanisms in early passage cortical astrocytes deficient for p16(INK4a)/p19(Arf) or p53, respectively, with or without ectopic expression of DeltaEGFR(2-7). Targeting these cells with the specific EGFR inhibitor tyrphostin AG1478 revealed that phosphorylation of ERK was only abrogated in the presence of an intact INK4a/Arf gene locus. The sensitivity to inhibit ERK phosphorylation was independent of ectopic expression of DeltaEGFR(2-7) and independent of the TP53 status. This resistance to downregulate the MAPK pathway in the absence of INK4a/Arf was confirmed in cell lines derived from our mouse glioma models with the respective initial genetic alterations. Thus, deletion of INK4a/Arf appears to keep ERK in its active, phosphorylated state insensitive to an upstream inhibitor specifically targeting EGFR/DeltaEGFR(2-7). This resistance may contribute to the cooperative tumorigenic effect selected for in human glioblastoma that may be of crucial clinical relevance for treatments specifically targeting EGFR/DeltaEGFR(2-7) in glioblastoma patients.

Identification of CARDIAK, a RIP-like kinase that associates with caspase-1.

Members of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) superfamily have an important role in the induction of cellular signals resulting in cell growth, differentiation and death. TNFR-1 recruits and assembles a signaling complex containing a number of death domain (DD)-containing proteins, including the adaptor protein TRADD and the serine/threonine kinase RIP, which mediates TNF-induced NF-kappa B activation. RIP also recruits caspase-2 to the TNFR-1 signaling complex via the adaptor protein RAIDD, which contains a DD and a caspase-recruiting domain (CARD). Here, we have identified a RIP-like kinase, termed CARDIAK (for CARD-containing interleukin (IL)-1 beta converting enzyme (ICE) associated kinase), which contains a serine/threonine kinase domain and a carboxy-terminal CARD. Overexpression of CARDIAK induced the activation of both NF-kappa B and Jun N-terminal kinase (JNK). CARDIAK interacted with the TNFR-associated factors TRAF-1 and TRAF-2, and a dominant-negative form of TRAF-2 inhibited CARDIAK-induced NF-kappa B activation. Interestingly, CARDIAK specifically interacted with the CARD of caspase-1 (previously known as ICE), and this interaction correlated with the processing of pro-caspase-1 and the formation of the active p20 subunit of caspase-1. Together, these data suggest that CARDIAK may be involved in NF-kappa B/JNK signaling and in the generation of the proinflammatory cytokine IL-1 beta through activation of caspase-1.

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.