The role of terminal tyrosine residues in the formation of tripeptide nanotubes: a crystallographic insight

Terminally protected acyclic tripeptides containing tyrosine residues at both termini self-assemble into nanotubes in crystals through various non-covalent interactions including intermolecular hydrogen bonds. The nanotube has an average internal diameter of 5 angstrom (0.5 nm) and the tubular ensemble is developed through the hydrogen-bonded phenolic-OH side chains of tyrosine (Tyr) residues [Org. Lett. 2004, 6, 4463]. We have synthesized and studied several tripeptides 3-6 to probe the role of tyrosine residues in nanotube structure formation. These peptides either have only one Tyr residue at N- or C-termini or they have one or two terminally located phenylalanine (Phe) residues. These tripeptides failed to form any kind of nanotubular structure in the solid state. Single crystal X-ray diffraction studies of these peptides 3-6 clearly demonstrate that substitution of any one of the terminal Tyr residues in the Boc-Tyr-X-Tyr-OMe (X=VaI or Ile) sequence disrupts the formation of the nanotubular structure indicating that the presence of two terminally located Tyr residues is vital for nanotube formation. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

F-actin and G-actin binding are uncoupled by mutation of conserved tyrosine residues in maize actin depolymerizing factor (ZmADF)

Actin depolymerizing factors (ADF) are stimulus responsive actin cytoskeleton modulating proteins. They bind both monomeric actin (G-actin) and filamentous actin (F-actin) and, under certain conditions, F-actin binding is followed by filament severing. In this paper, using mutant maize ADF3 proteins, we demonstrate that the maize ADF3 binding of F-actin can be spatially distinguished from that of G-actin. One mutant, zmadf3–1, in which Tyr-103 and Ala-104 (equivalent to destrin Tyr-117 and Ala-118) have been replaced by phenylalanine and glycine, respectively, binds more weakly to both G-actin and F-actin compared with maize ADF3. A second mutant, zmadf3–2, in which both Tyr-67 and Tyr-70 are replaced by phenylalanine, shows an affinity for G-actin similar to maize ADF3, but F-actin binding is abolished. The two tyrosines, Tyr-67 and Tyr-70, are in the equivalent position to Tyr-82 and Tyr-85 of destrin, respectively. Using the tertiary structure of destrin, yeast cofilin, and Acanthamoeba actophorin, we discuss the implications of removing the aromatic hydroxyls of Tyr-82 and Tyr-85 (i.e., the effect of substituting phenylalanine for tyrosine) and conclude that Tyr-82 plays a critical role in stabilizing the tertiary structure that is essential for F-actin binding. We propose that this tertiary structure is maintained as a result of a hydrogen bond between the hydroxyl of Tyr-82 and the carbonyl of Tyr-117, which is located in the long α-helix; amino acid components of this helix (Leu-111 to Phe-128) have been implicated in G-actin and F-actin binding. The structures of human destrin and yeast cofilin indicate a hydrogen distance of 2.61 and 2.77 Å, respectively, with corresponding bond angles of 99.5° and 113°, close to the optimum for a strong hydrogen bond.

Phosphorylation of two regulatory tyrosine residues in the activation of Bruton’s tyrosine kinase via alternative receptors

Mutation of Bruton’s tyrosine kinase (Btk) impairs B cell maturation and function and results in a clinical phenotype of X-linked agammaglobulinemia. Activation of Btk correlates with an increase in the phosphorylation of two regulatory Btk tyrosine residues. Y551 (site 1) within the Src homology type 1 (SH1) domain is transphosphorylated by the Src family tyrosine kinases. Y223 (site 2) is an autophosphorylation site within the Btk SH3 domain. Polyclonal, phosphopeptide-specific antibodies were developed to evaluate the phosphorylation of Btk sites 1 and 2. Crosslinking of the B cell antigen receptor (BCR) or the mast cell Fcɛ receptor, or interleukin 5 receptor stimulation each induced rapid phosphorylation at Btk sites 1 and 2 in a tightly coupled manner. Btk molecules were singly and doubly tyrosine-phosphorylated. Phosphorylated Btk comprised only a small fraction (≤5%) of the total pool of Btk molecules in the BCR-activated B cells. Increased dosage of Lyn in B cells augmented BCR-induced phosphorylation at both sites. Kinetic analysis supports a sequential activation mechanism in which individual Btk molecules undergo serial transphosphorylation (site 1) then autophosphorylation (site 2), followed by successive dephosphorylation of site 1 then site 2. The phosphorylation of conserved tyrosine residues within structurally related Tec family kinases is likely to regulate their activation.

Identification of Tyrosine Residues in Constitutively Activated Fibroblast Growth Factor Receptor 3 Involved in Mitogenesis, Stat Activation, and Phosphatidylinositol 3-Kinase Activation

Fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) mutations are frequently involved in human developmental disorders and cancer. Activation of FGFR3, through mutation or ligand stimulation, results in autophosphorylation of multiple tyrosine residues within the intracellular domain. To assess the importance of the six conserved tyrosine residues within the intracellular domain of FGFR3 for signaling, derivatives were constructed containing an N-terminal myristylation signal for plasma membrane localization and a point mutation (K650E) that confers constitutive kinase activation. A derivative containing all conserved tyrosine residues stimulates cellular transformation and activation of several FGFR3 signaling pathways. Substitution of all nonactivation loop tyrosine residues with phenylalanine rendered this FGFR3 construct inactive, despite the presence of the activating K650E mutation. Addition of a single tyrosine residue, Y724, restored its ability to stimulate cellular transformation, phosphatidylinositol 3-kinase activation, and phosphorylation of Shp2, MAPK, Stat1, and Stat3. These results demonstrate a critical role for Y724 in the activation of multiple signaling pathways by constitutively activated mutants of FGFR3.

Multiple tyrosine residues in the cytosolic domain of the erythropoietin receptor promote activation of STAT5.

Signaling through the erythropoietin receptor (EPO-R) is crucial for proliferation, differentiation, and survival of erythroid progenitor cells. EPO induces homodimerization of the EPO-R, triggering activation of the receptor-associated kinase JAK2 and activation of STAT5. By mutating the eight tyrosine residues in the cytosolic domain of the EPO-R, we show that either Y343 or Y401 is sufficient to mediate maximal activation of STAT5; tyrosine residues Y429 and Y431 can partially activate STAT5. Comparison of the sequences surrounding these tyrosines reveals YXXL as the probable motif specifying recruitment of STAT5 to the EPO-R. Expression of a mutant EPO-R lacking all eight tyrosine residues in the cytosolic domain supported a low but detectable level of EPO-induced STAT5 activation, indicating the existence of an alternative pathway for STAT5 activation independent of any tyrosine in the EPO-R. The kinetics of STAT5 activation and inactivation were the same, regardless of which tyrosine residue in the EPO-R mediated its activation or whether the alternative pathway was used. The ability of mutant EPO-Rs to activate STAT5 did not directly correlate with their mitogenic potential.

p140/c-Abl that binds DNA is preferentially phosphorylated at tyrosine residues.

EP is a DNA element found in the enhancer and promoter regions of several cellular and viral genes. Previously, we have identified the DNA binding p140/c-Abl protein that specifically recognizes this element. Here we show that phosphorylation is essential for the p140/c-Abl DNA binding activity and for the formation of DNA-protein complexes. Furthermore, by 32P labeling of cells and protein purification, we demonstrate that in vivo the EP-DNA-associated p140/c-Abl is a tyrosine phosphoprotein. By employing two different c-Abl antibodies, we demonstrate the existence of two distinct c-Abl populations in cellular extracts. p140/c-Abl is quantitatively the minor population, is heavily phosphorylated at both serine and tyrosine residues, and is active in autophosphorylation reactions.

Peroxynitrite-mediated nitration of tyrosine residues in Escherichia coli glutamine synthetase mimics adenylylation: relevance to signal transduction.

Treatment of Escherichia coli glutamine synthetase (GS) with peroxynitrite leads to nitration of some tyrosine residues and conversion of some methionine residues to methionine sulfoxide (MSOX) residues. Nitration, but not MSOX formation, is stimulated by Fe-EDTA. In the absence of Fe-EDTA, nitration of only one tyrosine residue per subunit of unadenylylated GS leads to changes in divalent cation requirement, pH-activity profile, affinity for ADP, and susceptibility to feedback inhibition by end products (tryptophan, AMP, CTP), whereas nitration of one tyrosine residue per subunit in the adenylylated GS leads to complete loss of catalytic activity. In the presence of Fe-EDTA, nitration is a more random process: nitration of five to six tyrosine residues per subunit is needed to convert unadenylylated GS to the adenylylated configuration. These results and the fact that nitration of tyrosine residues is an irreversible process serve notice that the regulatory function of proteins that undergo phosphorylation or adenylylation in signal transduction cascades might be seriously compromised by peroxynitrite-promoted nitration.

The serine and threonine residues in the Ig-α cytoplasmic tail negatively regulate immunoreceptor tyrosine-based activation motif-mediated signal transduction

The B cell antigen receptor (BCR) is a multiprotein complex consisting of the membrane-bound Ig molecule and the Ig-α/Ig-β heterodimer. On BCR engagement, Ig-α and Ig-β become phosphorylated not only on tyrosine residues of the immunoreceptor tyrosine-based activation motif but also on serine and threonine residues. We have mutated all serine and threonine residues in the Ig-α tail to alanine and valine, respectively. The mutated Ig-α sequence was expressed either as a single-chain Fv/Ig-α molecule or in the context of the complete BCR. In both cases, the mutated Ig-α showed a stronger tyrosine phosphorylation than the wild-type Ig-α and initiated increased signaling on stimulation. These findings suggest that serine/threonine kinases can negatively regulate signal transduction from the BCR.

Tyrosine residue 271 of the norepinephrine transporter is an important determinant of its pharmacology

The aim was to examine the functional importance in the norepinephrine transporter (NET) of (i) the phenylalanine residue at position 531 in transmembrane domain (TMD) 11 by mutating it to tyrosine in the rat (rF531Y) and human (hF531Y) NETs and (ii) the highly conserved tyrosine residues at positions 249 in TMD 4 of human NET (hNET) (mutated to alanine: hY249A) and 271 in TMD 5, by mutating to alanine (hY271A), phenylalanine (hY271F) and histidine (hY271H). The effects of the mutations on NET function were for uptake of the substrates, examined by expressing the mutant and wildtype NETs in COS-7 cells and measuring the K-m and V-max for uptake of the substrates, [H-3]norepinephrine, [H-3]MPP+ and [H-3]dopamine, the K-D and B-max for [H-3]nisoxetine binding and the K-i of the inhibitors, nisoxetine, desipramine and cocaine, for inhibition of [H-3]norepinephrine uptake. The K-m values of the substrates were lower for the mutants at amino acid 271 than hNET and unaffected for the other mutants, and each mutant had a significantly lower than NET for substrate uptake. The mutations at position 271 caused an increase in the K-i or K-D values of nisoxetine, desipramine and cocaine, but there were no effects for the other mutations. Hence, the 271 tyrosine residue in TMD 5 is an important determinant of NET function, with the mutants showing an increase in the apparent affinities of substrates and a decrease in the apparent affinities of inhibitors, but the 249 tyrosine and 531 phenylalanine residues do not have a major role in determining NET function. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Rôle de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans la régulation du programme angiogénique induit par le VEGF

Depuis la découverte de la première protéine possédant une activité tyrosine kinase (protein tyrosine kinase [PTK]) dans les années 1980, l’importance des PTKs et de la phosphorylation sur résidu tyrosine dans la régulation des événements de signalisation intracellulaire est bien établie. Quant aux protéines qui possèdent une activité tyrosine phosphatase (protein tyrosine phosphatase [PTP]), dont l’existence n’a été dévoilée qu’une dixaine d’années plus tard, elles ont longtemps été perçues comme des enzymes dont le rôle ne se résumait qu'à contrecarrer passivement les activités des PTKs. Il est maintenant clair que les activités des PTPs sont spécifiques, hautement régulées, et qu’elles doivent être coordonnées avec celles des PTKs pour une régulation adéquate des événements de signalisation intracellulaire. En dépit de cette évidence, la contribution des PTPs à la régulation des différents processus physiologiques fondamentaux demeure encore peu caractérisée. C’est le cas, notamment, de l’angiogenèse, le processus par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins sont formés à partir de ceux préexistants. Le VEGF (Vascular endothelial growth factor), un des facteurs angiogéniques les plus importants, est connu pour induire majoritairement ses effets biologiques via l’activation du récepteur à activité tyrosine kinase VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). Puisque l’angiogenèse est impliquée dans le développement d’une multitude de pathologies, dont la progression tumorale, une meilleure caractérisation des PTPs qui assurent la qualité de la réponse angiogénique en agissant de pair avec le VEGFR2 s’avère cruciale et ce, afin de raffiner les outils thérapeutiques actuels. L’expression de la PTP DEP-1 corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2 localisé au niveau des jonctions cellules-cellules et contribue à l’inhibition de la prolifération des cellules endothéliales en réponse au VEGF lorsque les cellules sont à confluence. Par contre, la contribution spécifique de DEP-1 à la régulation des voies de signalisation et des réponses biologiques induites par le VEGF demeurait toujours inconnue. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent tout d’abord que DEP-1 régule négativement l’activité tyrosine kinase de VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement les résidus tyrosine Y1054/Y1059 de sa boucle d’activation. Cette déphosphorylation mène par conséquent à une diminution générale de la phosphorylation du récepteur et à une atténuation de la plupart des voies de signalisation induites par le VEGF, incluant la voie mitogénique PLCγ-ERK1/2. Par ailleurs, malgré ce rôle négatif global, nos travaux révèlent étonnement, et pour la première fois, que DEP-1 contribue d’une manière positive à la promotion de la survie des cellules endothéliales via l’activation de la voie Src-Gab1-Akt en aval du récepteur VEGFR2. Ce pouvoir pro-survie de DEP-1 dans les cellules endothéliales réside avant tout dans sa capactié à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529). Au cours de notre étude, nous avons pu identifier deux résidus tyrosine au niveau de l’extrémité carboxy-terminale de DEP-1, Y1311 et Y1320, dont la phosphorylation est dépendante de Src. Nos travaux révèlent par ailleurs que ces deux résidus tyrosine phosphorylés lient le domaine SH2 de Src et que la Y1320 est principalement requise pour l’activation de Src et d’Akt en réponse au VEGF dans les cellules endothéliales. Ces résultats constituent donc une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels DEP-1 peut réguler le programme angiogénique dépendant du VEGF. De plus, cette découverte d’un rôle positif pour DEP-1 dans la survie des cellules endothéliales pourrait mener à l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à inhiber cette fonction spécifique de DEP-1 pour bloquer l'angiogenèse pathologique.

Implication de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans la perméabilité vasculaire induite par le VEGF

La perméabilité vasculaire est une caractéristique cruciale de l’angiogenèse. Les acteurs principaux sont les cellules endothéliales qui la régulent en réponse à divers facteurs perméabilisant, tels que le « Vascular Endothelial Growth Factor » (VEGF). Dans le contexte pathologique du cancer, les cellules tumorales produisent de grandes quantités de VEGF qui stimulent la perméabilité, ce qui leur permet d’infiltrer le réseau vasculaire. Il est connu que la tyrosine kinase Src contrôle cette modulation de la perméabilité. Puisque notre laboratoire a préalablement démontré que la phosphatase de type récepteur (PTP) DEP-1 est impliquée dans l’activation de Src en réponse au VEGF, nous avons émis l'hypothèse que DEP-1 pourrait aussi jouer un rôle dans la perméabilité des cellules endothéliales. Grâce à des expériences de transfections d’ARN interférant, nous démontrons que DEP-1 est important pour la régulation de la phosphorylation de la VE-Cadhérine, un médiateur critique de la perméabilité. L’impact de DEP-1 sur la dissociation de jonctions intercellulaires est également démontré par microscopie à immunofluorescence de cellules endothéliales. DEP-1 est également nécessaire à l’augmentation de la perméabilité induite par VEGF in vitro. Deux résidus tyrosine retrouvés dans la queue carboxy-terminale de DEP-1 sont essentiels à l’activation de Src en réponse au VEGF. Suite à la transfection d’un plasmide encodant DEP-1 muté pour ces deux résidus, nous démontrons aussi leur implication dans la régulation de la perméabilité in vitro par DEP-1. Ces travaux permettent ainsi d’approfondir nos connaissances sur un nouveau régulateur potentiel de la perméabilité vasculaire.

Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

Platelet nitric oxide synthase is activated by tyrosine dephosphorylation: possible role for SHP-1 phosphatase

Background: Endothelial nitric oxide synthase (eNOS) activity in endothelial cells is regulated by post-translational phosphorylation of critical serine, threonine and tyrosine residues in response to a variety of stimuli. However, the post-translational regulation of eNOS in platelets is poorly defined. Objectives: We investigated the role of tyrosine phosphorylation in the regulation of platelet eNOS activity. Methods: Tyrosine phosphorylation of eNOS and interaction with the tyrosine phosphatase SHP-1 were investigated by coimmunoprecipitation and immunoblotting. An in vitro immunoassay was used to determine eNOS activity together with the contribution of protein tyrosine phosphorylation. Results: We found platelet eNOS was tyrosine phosphorylated under basal conditions. Thrombin induced a dose- and time-dependent increase in eNOS activity without altering overall level of tyrosine phosphorylation, although we did observe evidence of minor tyrosine dephosphorylation. In vitro tyrosine dephosphorylation of platelet eNOS using a recombinant protein tyrosine phosphatase enhanced thrombin-induced activity compared to thrombin alone, but had no effect on endothelial eNOS activity either at basal or after stimulation with bradykinin. Having shown that dephosphorylation could modulate platelet eNOS activity we examined the role of potential protein phosphatases important for platelet eNOS activity. We found SHP-1 protein tyrosine phosphatase, co-associated with platelet eNOS in resting platelets, but does not associate with eNOS in endothelial cells. Stimulation of platelets with thrombin increased SHP-1 association with eNOS, while inhibition of SHP-1 abolished the ability of thrombin to induce elevated eNOS activity. Conclusions: Our data suggest a novel role for tyrosine dephosphorylation in platelet eNOS activation, which may be mediated by SHP-1.

Post-translational tyrosine nitration of eosinophil granule toxins mediated by eosinophil peroxidase

Nitration of tyrosine residues has been observed during various acute and chronic inflammatory diseases. However, the mechanism of tyrosine nitration and the nature of the proteins that become tyrosine nitrated during inflammation remain unclear. Here we show that eosinophils but not other cell types including neutrophils contain nitrotyrosine-positive proteins in specific granules. Furthermore, we demonstrate that the human eosinophil toxins, eosinophil peroxidase (EPO), major basic protein, eosinophil-derived neurotoxin (EDN) and eosinophil cationic protein (ECP), and the respective murine toxins, are post-translationally modified by nitration at tyrosine residues during cell maturation. High resolution affinity-mass spectrometry identified specific single nitration sites at Tyr349 in EPO and Tyr33 in both ECP and EDN. ECP and EDN crystal structures revealed and EPO structure modeling suggested that the nitrated tyrosine residues in the toxins are surface exposed. Studies in EPO(-/-), gp91phox(-/-), and NOS(-/-) mice revealed that tyrosine nitration of these toxins is mediated by EPO in the presence of hydrogen peroxide and minute amounts of NOx. Tyrosine nitration of eosinophil granule toxins occurs during maturation of eosinophils, independent of inflammation. These results provide evidence that post-translational tyrosine nitration is unique to eosinophils.