Differential phosphorylation of tau proteins during kitten brain development and Alzheimer's disease.

Differential distribution and phosphorylation of tau proteins were studied in developing kitten brain by using several antibodies, and was compared to phosphorylation in Alzheimer's disease. Several antibodies demonstrated the presence of phosphorylated tau proteins during kitten brain development and identified pathological structures in human brain tissue. Antibody AD2, recognized tau in kittens and adult cats, but reacted in Alzheimer's tissue only with a pathological tau form. Antibody AT8 was prominent in developing kitten neurons and was found in axons and dendrites. After the first postnatal month this phosphorylation type disappeared from axons. Furthermore, dephosphorylation of kitten tau with alkaline phosphatase abolished immunoreactivity of AT8, but not that of AD2, pointing to a protection of the AD2 epitope in cats. Tau proteins during early cat brain development are phosphorylated at several sites that are also phosphorylated in paired helical filaments during Alzheimer's disease. In either event, phosphorylation of tau may play a crucial role to modulate microtubule dynamics, contributing to increased microtubule instability and promoting growth of processes during neuronal development or changing dynamic properties of the cytoskeleton and contributing to the formation of pathological structures in neurodegenerative diseases.

Phosphorylation regulates the microtubule-destabilizing activity of stathmin and its interaction with tubulin.

Stathmin is a regulator of microtubule dynamics which undergoes extensive phosphorylation during the cell cycle as well as in response to various extracellular factors. Four serine residues are targets for protein kinases: Ser-25 and Ser-38 for proline-directed kinases such as mitogen-activated protein kinase and cyclin-dependent protein kinase, and Ser-16 and Ser-63 for cAMP-dependent protein kinase. We studied the effect of phosphorylation on the microtubule-destabilizing activity of stathmin and on its interaction with tubulin in vitro. We show that triple phosphorylation on Ser-16, Ser-25, and Ser-38 efficiently inhibits its activity and prevents its binding to tubulin.

Changes of MAP2 phosphorylation during brain development.

The microtubule-associated protein MAP2 is essential for development of early neuronal morphology and maintenance of adult neuronal morphology. Several splice variants exist, MAP2a-d, with a lack of MAP2a in cat brain. MAP2 is widely used as a neuronal marker. In this study we compared five monoclonal antibodies (MAbs) against MAP2. They show differences in the immunocytochemical distribution of MAP2 isoforms during development of the visual cortex and cerebellum of the cat. Local and temporal differences were seen with MAb AP18, an antibody directed against a phosphorylation-dependent epitope near the N-terminal end. In large pyramidal dendrites in visual cortex, the AP18 epitope remained in parts immunoreactive after treatment with alkaline phosphatase. Three MAbs, AP14, MT-01, and MT-02, recognized the central region of the MAP2b molecule, which is not present in MAP2c and 2d, and reacted with phosphorylation-independent epitopes. During the first postnatal week the immunostaining in cerebellum differed between antibodies in that some cellular elements in external and internal granular layers and Purkinje cells were stained to various degrees, whereas at later stages staining patterns were similar. At early stages, antibody MT-02 stained cell bodies and dendrites in cerebral cortex and cerebellum. With progressing maturation, immunoreactivity became restricted to distal parts of apical dendrites of pyramidal cells and was absent from perikarya and finer proximal dendrites in cortex. MT-02 did not stain MAP2 in cerebellum of adult animals. This study demonstrates that the immunocytochemical detection of MAP2 depends on modifications such as phosphorylation and conformational changes of the molecule, and that MAP2 staining patterns differ between MAbs. Phosphorylation and specific conformations in the molecule may be essential for modulating function and molecular stability of MAP2, and monoclonal antibodies against such sites may provide tools for studying the functional role of modifications.

Role of Phosphorylation of the Oxysterol Binding Protein (OSBP) in (PI(4)P) and Sterol-Containing Membrane Recognition and Binding

Studies have demonstrated that the oxysterol binding protein (OSBP) acts as a phosphatidylinositol phosphate (PIP)-sterol exchanger at membrane contact sites (MCS) of the endoplasmic reticulum (ER) and Golgi. OSBP is known to pick up phosphatidylinositol-4-phosphate (PI(4)P) from the ER, transfer it to the trans-Golgi in exchange for a cholesterol molecule that is then transferred from the trans-Golgi to the ER. Upon further examination of this pathway by Ridgway et al. (1), it appeared that phosphorylation of OSBP played a role in the localization of OSBP. The dephosphorylation state of OSBP was linked to Golgi localization and the depletion of cholesterol at the ER. To mimic the phosphorylated state of OSBP, the mutant OSBP-S5E was designed by Ridgway et al. (1). The lipid and sterol recognition by wt-OSBP and its phosphomimic mutant OSBP-S5E were investigated using immobilized lipid bilayers and dual polarization interferometry (DPI). DPI is a technique in which the protein binding affinity to immobilized lipid bilayers is measured and the binding behavior is examined through real time. Lipid bilayers containing 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DOPC) and varying concentrations of PI(4)Ps or sterols (cholesterol or 25-hydroxycholesterol) were immobilized on a silicon nitride chip. It was determined that wt-OSBP binds differently to PI(4)P-containing bilayers compared to OSBP-S5E. The binding behavior suggested that wt-OSBP extracts PI(4)P and the change in the binding behavior, in the case of OSBP-S5E, suggested that the phosphorylation of OSBP may prevent the recognition and/or extraction of PI(4)P. In the presence of sterols, the overall binding behavior of OSBP, regardless of phosphorylation state, was fairly similar. The maximum specific bound mass of OSBP to sterols did not differ as the concentration of sterols increased. However, comparing the maximum specific bound mass of OSBP to cholesterol with oxysterol (25-hydroxycholesterol), OSBP displayed nearly a 2-fold increase in bound mass. With the absence of the wt-OSBP-PI(4)P binding behavior, it can be speculated that the sterols were not extracted. In addition, the binding behavior of OSBP was further tested using a fluorescence based binding assay. Using 22-(N-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)amino)-23,24-bisnor-5-cholen-3β-ol (22-NBD cholesterol), wt-OSBP a one site binding dissociation constant Kd, of 15 ± 1.4 nM was determined. OSBP-S5E did not bind to 22-NBD cholesterol and Kd value was not obtained.

Interactions protéiques et relation dynamique entre phosphorylation / sumoylation / ubiquitination des protéines TIF1α, β et PML: détection in vivo par BRET

Trois protéines de la famille TRIM (Motif TRIpartite), TIF1α, β (Transcriptional Intermediary Factor 1) et PML (ProMyelocytic Leukaemia¬), font l’objet de cette étude. TIF1α est connu comme un coactivateur des récepteurs nucléaires et TIF1β comme le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc dont le prototype étudié ici est ZNF74. PML possède divers rôles dont le plus caractérisé est celui d’être l’organisateur principal et essentiel des PML-NBs (PML-Nuclear Bodies), des macrostructures nucléaires très dynamiques regroupant et coordonnant plus de 40 protéines. Il est à noter que la fonction de TIF1α, β et PML est régulée par une modification post-traductionnelle, la sumoylation, qui implique le couplage covalent de la petite protéine SUMO (Small Ubiquitin like MOdifier) à des lysines de ces trois protéines cibles. Cette thèse propose de développer des méthodes utilisant le BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfert) afin de détecter dans des cellules vivantes et en temps réel des interactions non-covalentes de protéines nucléaires mais aussi leur couplage covalent à SUMO. En effet, le BRET n’a jamais été exploré jusqu’alors pour étudier les interactions non-covalentes et covalentes de protéines nucléaires. L’étude de l’interaction de protéines transcriptionnellement actives est parfois difficile par des méthodes classiques du fait de leur grande propension à agréger (famille TRIM) ou de leur association à la matrice nucléaire (ZNF74). L’homo et l’hétérodimérisation de TIF1α, β ainsi que leur interaction avec ZNF74 sont ici testées sur des protéines entières dans des cellules vivantes de mammifères répondant aux résultats conflictuels de la littérature et démontrant que le BRET peut être avantageusement utilisé comme alternative aux essais plus classiques basés sur la transcription. Du fait de l’hétérodimérisation confirmée de TIF1α et β, le premier article présenté ouvre la possibilité d’une relation étroite entre les récepteurs nucléaires et les protéines KRAB- multidoigt de zinc. Des études précédentes ont démontré que la sumoylation de PML est impliquée dans sa dégradation induite par l’As2O3 et dépendante de RNF4, une E3 ubiquitine ligase ayant pour substrat des chaînes de SUMO (polySUMO). Dans le second article, grâce au développement d’une nouvelle application du BRET pour la détection d’interactions covalentes et non-covalentes avec SUMO (BRETSUMO), nous établissons un nouveau lien entre la sumoylation de PML et sa dégradation. Nous confirmons que le recrutement de RNF4 dépend de SUMO mais démontrons également l’implication du SBD (Sumo Binding Domain) de PML dans sa dégradation induite par l’As2O3 et/ou RNF4. De plus, nous démontrons que des sérines, au sein du SBD de PML, qui sont connues comme des cibles de phosphorylation par la voie de la kinase CK2, régulent les interactions non-covalentes de ce SBD mettant en évidence, pour la première fois, que les interactions avec un SBD peuvent dépendre d’un évènement de phosphorylation (“SBD phospho-switch”). Nos résultats nous amènent à proposer l’hypothèse que le recrutement de PML sumoylé au niveau des PML-NBs via son SBD, favorise le recrutement d’une autre activité E3 ubiquitine ligase, outre celle de RNF4, PML étant lui-même un potentiel candidat. Ceci suggère l’existence d’une nouvelle relation dynamique entre phosphorylation, sumoylation et ubiquitination de PML. Finalement, il est suggéré que PML est dégradé par deux voies différentes dépendantes de l’ubiquitine et du protéasome; la voie de CK2 et la voie de RNF4. Enfin une étude sur la sumoylation de TIF1β est également présentée en annexe. Cette étude caractérise les 6 lysines cibles de SUMO sur TIF1β et démontre que la sumoylation est nécessaire à l’activité répressive de TIF1β mais n’est pas impliquée dans son homodimérisation ou son interaction avec la boîte KRAB. La sumoylation est cependant nécessaire au recrutement d’histones déacétylases, dépendante de son homodimérisation et de l’intégrité du domaine PHD. Alors que l’on ne connaît pas de régulateur physiologique de la sumoylation outre les enzymes directement impliquées dans la machinerie de sumoylation, nous mettons en évidence que la sumoylation de TIF1β est positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB et suggérons que ces facteurs transcriptionnels recrutent TIF1β à l’ADN au niveau de promoteur et augmentent son activité répressive en favorisant sa sumoylation.

Étude des propriétés antidiabétiques de Nigella sativa : sites d’action cellulaires et moléculaires

Nigella sativa ou cumin noir est une plante et un condiment populaires. Les graines de N. sativa sont très utilisées en médecine traditionnelle des pays nord africains pour le traitement du diabète. Cependant, les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels cette plante exerce son effet euglycémiant restent encore mal compris. Le but de notre étude est d'examiner l’effet de N. sativa sur la sécrétion d’insuline, le transport de glucose et sur les voies de signalisation impliquées dans l’homéostasie et le métabolisme de glucose, en utilisant des essais biologiques sur des cultures cellulaires murines (cellules β pancréatiques βTC, myoblastes C2C12, hépatocytes H4IIE et adipocytes 3T3-L1) et des études in vivo chez le rat normoglycémique et le Meriones shawi (rongeur) diabétique. Chez les cellules β pancréatiques, N. sativa a augmenté leur prolifération ainsi que la sécrétion basale et gluco-stimulée de l’insuline. N. sativa a augmenté aussi la prise de glucose de 50% chez les cellules musculaires alors que chez les cellules graisseuses, la prise de glucose est augmentée jusqu’au 400%. Les expériences d’immunobuvardage de type western ont montré que N. sativa stimule les voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERKs) et aussi celle insulino-indépendante (AMPK) chez les cellules C2C12. Par contre, chez les 3T3-L1, l’augmentation de transport de glucose est plutôt reliée à une activation de la voie de peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ). Chez les hépatocytes, N. sativa augmente la stimulation des protéines intracellulaires Akt et 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Cette activation de l’AMPK est associée à un effet découpleur de la plante au niveau de la phosphorylation oxydative mitochondriale. Par ailleurs, chez les Meriones shawi diabétiques, N. sativa diminue graduellement la glycémie à jeun ainsi que la réponse glycémique (AUC) à une charge orale en glucose (OGTT) pour atteindre des valeurs semblables aux animaux témoins après quatre semaines de traitement. Une amélioration du profile lipidique est observée autant chez les Meriones shawi diabétiques que chez les rats normaux. Au niveau moléculaire, N. sativa augmente le contenu musculaire en glucose transporter 4 Glut4 et la phosphorylation de l’acetyl-coenzyme A carboxylase ACC dans le muscle soléaire et le foie chez les Mériones shawi diabétiques. Par contre, chez le rat normal, on assiste à une stimulation des voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERK) au niveau hépatique. En conclusion, nous avons confirmé l’action insulinotropique de N. sativa au niveau des cellules β pancréatiques et mis en évidence un effet proliférateur pouvant potentiellement s’avérer utile pour contrecarrer la perte de masse cellulaire observée chez les diabétiques. Notre étude a également mis en évidence pour la première fois que N. sativa exerce son activité antidiabétique par une combinaison d’effets insulino-mimétiques et insulino-sensibilisateurs directs permettant ainsi d’augmenter le transport de glucose des tissus périphériques. Cette action de N. sativa est liée à une stimulation des voies de signalisation intracellulaires insulinodépendantes et -indépendantes (AMPK) chez le muscle squelettique et le foie alors qu’elle passe par la voie des PPARγ au niveau du tissu adipeux. Finalement, l’étude in vivo vient confirmer l’effet antidiabétique de N. sativa. Notre apport novateur se situe au niveau de la démonstration que l’activité antidiabétique de N. sativa chez le Meriones shawi diabétique est la résultante des mêmes activités que celles déterminées au niveau de l’étude in vitro. En effet, N. sativa active la voie de l’AMPK, améliore la sensibilité à l’insuline et augmente l’insulinémie. Notre étude montre aussi que N. sativa possède une activité antilipidémiante. Ces résultats confirment le bien-fondé de l'utilisation ethnopharmacologique de N. sativa comme traitement du diabète et des perturbations du métabolisme lipidique qui y sont associées. De plus, les actions pléiotropiques de N. sativa en font un traitement alternatif ou complémentaire du diabète très prometteur qui encouragent à présent la tenue d’études cliniques de bonne qualité.

Le récepteur CD36 : implication dans le développement de l'athérosclérose et dans le recrutement des leucocytes aux sites inflammatoires

Le CD36 est un récepteur éboueur de classe B exprimé par plusieurs types cellulaires dont les macrophages et les cellules endothéliales de la microvasculature. Le CD36 présente une haute affinité de liaison pour les ligands lipidiques tels que les lipoprotéines oxydées de basse densité (LDLox). De part sa capacité à internaliser les LDLox au niveau des macrophages et de son implication dans la formation des cellules spumeuses, le CD36 joue un rôle critique dans le développement des lésions athérosclérotiques. Nous avons testé l'hypothèse selon laquelle le EP 80317, un ligand synthétique sélectif du CD36, exerce des effets anti-athérosclérotiques chez les souris déficientes en apolipoprotéine E. Un traitement prolongé (12 semaines) avec le EP 80317 réduit fortement (de 51%) la surface des lésions athérosclérotiques par comparaison aux souris témoins. L'effet anti-athérosclérotique est associé à une diminution des taux de cholestérol plasmatique, à une réduction de l’internalisation des LDLox au niveau des macrophages et à une augmentation de l’expression des protéines impliquées dans le transport inverse du cholestérol. De plus, un traitement par le EP 80317 est également associé une diminution de l’expression aortique et plasmatique de protéines pro-inflammatoires. Nos études ont aussi montré un rôle pour le CD36 dans le recrutement des phagocytes mononucléés au niveau des lésions athérosclérotiques, tel que démontré par une réduction de l’accumulation des phagocytes mononucléés radiomarqués CD36–/– par rapport aux cellules CD36+/+. À l’échelle moléculaire, nous avons montré que les phospholipides oxydés induisent la phosphorylation de la kinase Pyk2 des podosomes des monocytes/macrophages de manière dépendante de l’expression du CD36 et de Src. Cette phosphorylation est atténuée par un traitement par le EP80317. Nos résultats appuient le rôle important du CD36 dans l’athérosclérose et suggèrent que les ligands synthétiques qui modulent la fonction du CD36 représentent potentiellement une nouvelle classe d'agents anti-athérosclérotiques. Le CD36 exprimé par les cellules endothéliales de la microvasculature est un récepteur de l’hétérodimère protéique S100A8/A9. Ces protéines s’associent à l’acide arachidonique intracellulaire (AA) des neutrophiles polymorphonucléaires (PMN) et le complexe S100A8/A9/AA peut être sécrété par les PMN activés au contact de l’endothélium. Nous avons vérifié l’hypothèse selon laquelle le CD36 exprimé par la microvasculature est impliqué dans le métabolisme transcellulaire de l’AA par la liaison du complexe S100A8/A9/AA et la réponse inflammatoire. Chez deux modèles murins d'inflammation aiguë (ischémie/reperfusion des membres inférieurs et poche d’air dorsale), nous avons observé que la réponse inflammatoire, notamment l’accumulation des PMN au niveau des sites inflammatoires, est diminuée en moyenne de 63% chez les souris CD36-/-. De même, un traitement par le EP 80317 ou par les anticorps anti-S100A8/A9 diminue chacun de 60% en moyenne l’extravasation des PMN vers les tissus inflammatoires. L’administration simultanée des deux traitements n’a aucun effet supplémentaire, et ces traitements n’exercent aucun effet chez les souris CD36-/-. Nos résultats appuient le rôle du récepteur CD36 de la microvasculature dans la régulation de la réponse inflammatoire. L’utilisation des ligands synthétiques du CD36 pourrait représenter une nouvelle avenue thérapeutique dans le traitement des réponses inflammatoires aiguës.

Régulation dynamique de l’activité du récepteur des estrogènes beta (ERβ) par la phosphorylation,l’ubiquitination et la sumoylation

Les estrogènes jouent un rôle primordial dans le développement et le fonctionnement des tissus reproducteurs par leurs interactions avec les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ. Ces récepteurs nucléaires agissent comme facteurs de transcription et contrôlent l’expression des gènes de façon hormono-dépendante et indépendante grâce à leurs deux domaines d’activation (AF-1 et AF-2). Une dérégulation de leur activité transcriptionnelle est souvent à l’origine de pathologies telles que le cancer du sein, de l’endomètre et des ovaires. Alors que ERα est utilisé comme facteur pronostic pour l’utilisation d’agents thérapeutiques, l’importance de la valeur clinique de ERβ est encore controversée. Toutefois, des évidences récentes lui associent un pouvoir anti-tumorigénique en démontrant que sa présence favorise l’inhibition de la progression de ces cancers ainsi que l’efficacité des traitements. En combinaisons avec d’autres études, ces observations démontrent que bien que les deux isoformes partagent une certaine similitude d’action, les ERs sont en mesure d’exercer des fonctions distinctes. Ces différences sont fortement attribuables au faible degré d’homologie observé entre certains domaines structuraux des ERs, comme le domaine AF-1, ce qui fait en sorte que les différents sites de modifications post-traductionnelles (MPTs) présents sur les ERs sont très peu conservés entre les isoformes. Or, l’activité transcriptionnelle ligand-dépendante et indépendante des ERs est hautement régulée par les MPTs. Elles sont impliquées à tous les niveaux de l’activation des ERs incluant la liaison et la sensibilité au ligand, la localisation cellulaire, la dimérisation, l’interaction avec l’ADN, le recrutement de corégulateurs transcriptionnels, la stabilité et l’arrêt de la transcription. Ainsi, de par leur dissimilitude, les ERs seront différemment régulés par la signalisation cellulaire. Comme un débalancement de plusieurs voies de signalisation ont été associées à la progression de tumeurs ER-positives ainsi qu’au développement d’une résistance, une meilleure compréhension de l’impact des MPTs sur la régulation spécifique des ERs s’avère essentielle en vue de proposer et/ou développer des traitements adéquats pour les cancers gynécologiques. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre les rôles des MPTs sur l’activité transcriptionnelle de ERβ qui sont, contrairement à ERα, très peu connus. Nous démontrons une régulation dynamique de ERβ par la phosphorylation, l’ubiquitination et la sumoylation. De plus, toutes les MPTs nouvellement découvertes par mes recherches se situent dans l’AF-1 de ERβ et permettent de mieux comprendre le rôle capital joué par ce domaine dans la régulation de l’activité ligand-dépendante et indépendante du récepteur. Dans la première étude, nous observons qu’en réponse aux MAPK, l’AF-1 de ERβ est phosphorylé au niveau de sérines spécifiques et qu’elles jouent un rôle important dans la régulation de l’activité ligand-indépendante de ERβ par la voie ubiquitine-protéasome. En effet, la phosphorylation de ces sérines régule le cycle d’activation-dégradation de ERβ en modulant son ubiquitination, sa mobilité nucléaire et sa stabilité en favorisant le recrutement de l’ubiquitine ligase E6-AP. De plus, ce mécanisme d’action semble être derrière la régulation différentielle de l’activité de ERα et ERβ observée lors de l’inhibition du protéasome. Dans le second papier, nous démontrons que l’activité et la stabilité de ERβ en présence d’estrogène sont étroitement régulées par la sumoylation phosphorylation-dépendante de l’AF-1, processus hautement favorisé par l’action de la kinase GSK-3. La sumoylation de ERβ par SUMO-1 prévient la dégradation du récepteur en entrant en compétition avec l’ubiquitination au niveau du même site accepteur. De plus, contrairement à ERα, SUMO-1 réprime l’activité de ERβ en altérant son interaction avec l’ADN et l’expression de ses gènes cibles dans les cellules de cancers du sein. Également, ces recherches ont permis d’identifier un motif de sumoylation dépendant de la phosphorylation (pSuM) jusqu’à lors inconnu de la communauté scientifique, offrant ainsi un outil supplémentaire à la prédiction de nouveau substrat de la sumoylation. En plus de permettre une meilleure compréhension du rôle des signaux intracellulaires dans la régulation de l’activité transcriptionnelle de ERβ, nos résultats soulignent l’importance des MPTs dans l’induction des différences fonctionnelles observées entre ERα et ERβ et apportent des pistes supplémentaires à la compréhension de leurs rôles physiopathologiques respectifs.

Phosphorylation et régulation de l’E3 ubiquitine ligase MDM2 par la protéine kinase RSK dans les mélanomes

La voie de signalisation Ras/MAPK (Ras/mitogen-activated protein kinase) régule une variété de protéines intracellulaires qui jouent un rôle important dans la croissance et la prolifération cellulaire. La régulation inappropriée de cette voie de signalisation conduit au développement de nombreux cancers comme le mélanome, qui est caractérisé par des mutations activatrices au niveau des gènes NRAS et BRAF. La protéine kinase RSK (p90 ribosomal S6 kinase) est un composant central de la voie Ras/MAPK, mais son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire n’est pas bien compris. RSK a été montrée pour participer à la résistance des mélanomes aux chimiothérapies, mais le mécanisme moléculaire reste encore à élucider. Nous montrons à l’aide d’un anticorps phospho-spécifique que MDM2 est phosphorylée en réponse à des agonistes et des mutations oncogéniques activant spécifiquement la voie Ras/MAPK. En utilisant des méthodes in vitro et in vivo, nous avons constaté que RSK phosphoryle directement MDM2 sur les Sérines 166 et 186, ce qui suggère que MDM2 est un substrat de RSK. La mutagénèse dirigée envers ces sites nous indique que ces résidus régulent l’ubiquitination de MDM2, suggérant que RSK régule la stabilité de MDM2 et de p53. De plus, nous avons observé que l’inhibition de RSK conduit à une augmentation du niveau protéique de p53 après un dommage à l’ADN dans les cellules de mélanomes. En conclusion, nos travaux suggèrent un rôle important de la protéine kinase RSK dans la régulation de MDM2 et de sa cible, p53. L’étude de ces mécanismes moléculaires aidera à mieux définir le rôle de RSK dans la croissance tumorale, mais également dans la résistance aux agents chimiothérapeutiques.

Phosphorylation of the voltage-gated potassium channel Kv2.1 by AMP-activated protein kinase regulates membrane excitability

Firing of action potentials in excitable cells accelerates ATP turnover. The voltage-gated potassium channel Kv2.1 regulates action potential frequency in central neurons, whereas the ubiquitous cellular energy sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) is activated by ATP depletion and protects cells by switching off energy-consuming processes. We show that treatment of HEK293 cells expressing Kv2.1 with the AMPK activator A-769662 caused hyperpolarizing shifts in the current-voltage relationship for channel activation and inactivation. We identified two sites (S440 and S537) directly phosphorylated on Kv2.1 by AMPK and, using phosphospecific antibodies and quantitative mass spectrometry, show that phosphorylation of both sites increased in A-769662-treated cells. Effects of A-769662 were abolished in cells expressing Kv2.1 with S440A but not with S537A substitutions, suggesting that phosphorylation of S440 was responsible for these effects. Identical shifts in voltage gating were observed after introducing into cells, via the patch pipette, recombinant AMPK rendered active but phosphatase-resistant by thiophosphorylation. Ionomycin caused changes in Kv2.1 gating very similar to those caused by A-769662 but acted via a different mechanism involving Kv2.1 dephosphorylation. In cultured rat hippocampal neurons, A-769662 caused hyperpolarizing shifts in voltage gating similar to those in HEK293 cells, effects that were abolished by intracellular dialysis with Kv2.1 antibodies. When active thiophosphorylated AMPK was introduced into cultured neurons via the patch pipette, a progressive, time-dependent decrease in the frequency of evoked action potentials was observed. Our results suggest that activation of AMPK in neurons during conditions of metabolic stress exerts a protective role by reducing neuronal excitability and thus conserving energy.

Regulation of Na(+)/H(+) Exchanger Isoform 1 (NHE1) by Calmodulin-binding Sites: Role of Angiotensin II

We examined the effect of Angiotensin II (Ang II) on the interaction between the Ca(2+)/CaM complex and hNHE1. Considering that calmodulin binds to NHE1 at two sites (A and B), amino acids at both sites were modified and two mutants were constructed: SA(1K3R/4E) and SB(1K3R/4E). Wild type and mutants were transfected into PS120 cells and their activity was examined by H(+) flux (J(H+)). The basal J(H+) of wild type was 4.71 +/- 0.57 (mM/min), and it was similar in both mutants. However, the mutations partially impaired the binding of CaM to hNHE1. Ang II (10(-12) and 10(-9) M) increased the J(H+) in wild type and SB. Ang II (10(-6) M) increased this parameter only in SA. Ang II (10(-9) M) maintained the expression of calmodulin in wild type or mutants, and Ang II (10(-6) M) decreased it in wild type or SA, but not in SB. Dimethyl-Bapta-AM (10(-7) M), a calcium chelator, suppressed the effect of Ang II (10(-9) M) in wild type. With Ang II (10(-6) M), Bapta failed to affect wild type or SA, but it increased the J(H+) in SB. W13 or calmidazolium chloride (10(-5) M), two distinct calmodulin inhibitors, decreased the effect of Ang II (10(-9) M) in wild type or SB. With Ang II (10(-6) M), W13 or calmidazolium chloride decreased the J(H+) in wild type or SA and increased it in SB. Thus, with Ang II (10(-12) and 10(-9) M), site A seems to be responsible for the stimulation of hNHE1 and with Ang II (10(-6) M), site B is important to maintain its basal activity. Copyright (C) 2010 S. Karger AG, Basel

Protein kinase C alpha-dependent phosphorylation of the mRNA-stabilizing factor HuR: implications for posttranscriptional regulation of cyclooxygenase-2

In this study, we investigated the molecular mechanisms underlying the ATP analogue adenosine-5'-O-(3-thio)triphosphate-induced nucleocytoplasmic shuttling of the mRNA stabilizing factor HuR in human (h) mesangial cells (MC). Using synthetic protein kinase C (PKC) inhibitors and small interfering RNA approaches, we demonstrated that knockdown of PKC alpha efficiently blocked the ATP-dependent nuclear HuR export to the cytoplasm. The functional importance of PKC alpha in HuR shuttling is highlighted by the high cytosolic HuR content detected in hMC stably overexpressing PKC alpha compared with mock-transfected cells. The ATP-induced recruitment of HuR to the cytoplasm is preceded by a direct interaction of PKC alpha with nuclear HuR and accompanied by increased Ser phosphorylation as demonstrated by coimmunoprecipitation experiments. Mapping of putative PKC target sites identified serines 158 and 221 as being indispensable for HuR phosphorylation by PKC alpha. RNA pull-down assay and RNA electrophoretic mobility shift assay demonstrated that the HuR shuttling by ATP is accompanied by an increased HuR binding to cyclooxygenase (COX)-2 mRNA. Physiologically, the ATP-dependent increase in RNA binding is linked with an augmentation in COX-2 mRNA stability and subsequent increase in prostaglandin E(2) synthesis. Regulation of HuR via PKC alpha-dependent phosphorylation emphasizes the importance of posttranslational modification for stimulus-dependent HuR shuttling.

Phosphorylation of serine 4642 in the C-terminus of plectin by MNK2 and PKA modulates its interaction with intermediate filaments

Plectin is a versatile cytolinker of the plakin family conferring cell resilience to mechanical stress in stratified epithelia and muscles. It acts as a critical organizer of the cytoskeletal system by tethering various intermediate filament (IF) networks through its C-terminal IF-binding domain (IFBD). Mutations affecting the IFBD cause devastating human diseases. Here, we show that serine 4642, which is located in the extreme C-terminus of plectin, is phosphorylated in different cell lines. Phosphorylation of S4642 decreased the ability of plectin IFBD to associate with various IFs, as assessed by immunofluorescence microscopy and cell fractionation studies, as well as in yeast two-hybrid assays. Plectin phosphorylated at S4642 was reduced at sites of IF network anchorage along cell-substrate contacts in both skin and cultured keratinocytes. Treatment of SK-MEL-2 and HeLa cells with okadaic acid increased plectin S4642 phosphorylation, suggesting that protein phosphatase 2A dephosphorylates this residue. Moreover, plectin S4642 phosphorylation was enhanced after cell treatment with EGF, phorbol ester, sorbitol and 8-bromo-cyclic AMP, as well as during wound healing and protease-mediated cell detachment. Using selective protein kinase inhibitors, we identified two different kinases that modulate the phosphorylation of plectin S4642 in HeLa cells: MNK2, which is downstream of the ERK1/2-dependent MAPK cascade, and PKA. Our study indicates that phosphorylation of S4642 has an important regulatory role in the interaction of plectin with IFs and identifies a novel link between MNK2 and the cytoskeleton.

Multiple site phosphorylation of tyrosine hydroxylase: A potential role for protein kinase C in the regulation of catecholamine synthesis

Tyrosine hydroxylase (TH), the initial and rate limiting enzyme in the catecholaminergic biosynthetic pathway, is phosphorylated on multiple serine residues by multiple protein kinases. Although it has been demonstrated that many protein kinases are capable of phosphorylating and activating TH in vitro, it is less clear which protein kinases participate in the physiological regulation of catecholamine synthesis in situ. These studies were designed to determine if protein kinase C (PK-C) plays such a regulatory role.^ Stimulation of intact bovine adrenal chromaffin cells with phorbol esters results in stimulation of catecholamine synthesis, tyrosine hydroxylase phosphorylation and activation. These responses are both time and concentration dependent, and are specific for those phorbol ester analogues which activate PK-C. RP-HPLC analysis of TH tryptic phosphopeptides indicate that PK-C phosphorylates TH on three putative sites. One of these (pepetide 6) is the same as that phosphorylated by both cAMP-dependent protein kinase (PK-A) and calcium/calmodulin-dependent protein kinase (CaM-K). However, two of these sites (peptides 4 and 7) are unique, and, to date, have not been shown to be phosphorylated by any other protein kinase. These peptides correspond to those which are phosphorylated with a slow time course in response to stimulation of chromaffin cells with the natural agonist acetylcholine. The activation of TH produced by PK-C is most closely correlated with the phosphorylation of peptide 6. But, as evident from pH profiles of tyrosine hydroxylase activity, phosphorylation of peptides 4 and 7 affect the expression of the activation produced by phosphorylation of peptide 6.^ These data support a role for PK-C in the control of TH activity, and suggest a two stage model for the physiological regulation of catecholamine synthesis by phosphorylation in response to cholinergic stimulation. An initial fast response, which appears to be mediated by CaM-K, and a slower, sustained response which appears to be mediated by PK-C. In addition, the multiple site phosphorylation of TH provides a mechanism whereby the regulation of catecholamine synthesis appears to be under the control of multiple protein kinases, and allows for the convergence of multiple, diverse physiological and biochemical signals. ^

Multisite phosphorylation of ornithine decarboxylase in transformed macrophages

Ornithine decarboxylase (ODC), the initial inducible enzyme in the polyamine biosynthetic pathway, exists in the transformed macrophage RAW264 cell line as a phosphoprotein following cell stimulation. The hypothesis that ODC is phosphorylated at multiple sites in stimulated RAW264 cells was investigated. ODC isolated from tetradecanoyl-phorbol-13-acetate (TPA)-stimulated cells metabolically radiolabeled in the presence of $\sp{32}$P$\sb{\rm i}$ was subjected to cyanogen bromide (CNBr) cleavage followed by phosphopeptide mapping and two dimensional phosphoamino acid analysis. These phosphorylation studies demonstrated six in situ phosphorylated CNBr-generated fragments having apparent molecular weights of 17, 14.3, 8, 6.5, 4, and 2.7 kDa and also revealed that ODC is phosphorylated in RAW264 cells on at least 5 serine and 2 threonine residues.^ In addition, the in vivo specific activity and phosphorylation pattern of ODC in response to various kinase cascade stimulants was studied. A differential response in ODC specific activity and a variation in the relative distribution of $\sp{32}$P-labeling of serine and threonine residues on the ODC molecule was noted in response to fetal bovine serum, cAMP and isobutylmethylxanthine, lipopolysaccharide, or TPA.^ Based on information derived from consensus sequence motifs, three protein kinases responsible for the phosphorylation of ODC in vitro were identified. Purified ODC was phosphorylated in vitro by casein kinase II (CK II), extracellular signal-regulated kinase 1 (ERK1), and its activator, extracellular signal-regulated kinase kinase (MEK). CK II phosphorylated ODC on serine residues contained on three CNBr-generated peptides with apparent molecular weights of 14.3, 6.5, and 2.7 kDa. Both ERK1 and MEK phosphorylated ODC on serine and threonine residues on a CNBr-generated peptide fragment with an apparent molecular weight of 6.5 kDa. The in vitro radiolabeled peptides corresponded in molecular mass with some of the CNBr fragments of ODC phosphorylated in situ in stimulated RAW264 cells.^ This study concludes that ODC is phosphorylated in the transformed macrophage RAW264 cell line at multiple sites in response to various kinase cascade stimulants. These stimulants also led to a differential response in specific activity and phosphorylation pattern of ODC in RAW264 cells. Three protein kinases have been identified which phosphorylate ODC in vitro on peptides and amino acid residues which correspond with those phosphorylated in situ. ^