Targeting the PI3K/AKT/mTOR signaling pathway in medulloblastoma

Medulloblastoma is the most common malignant childhood brain tumor and is associated with a poor outcome. There is an urgent need to develop novel targeted therapeutic approaches for medulloblastoma, which will arise from an enhanced understanding of the disease at the molecular level. Medulloblastoma has been recognized to be a heterogeneous disease, and no recurrent cancer gene mutations have been found, although many of the mutations described so far affect key intracellular signaling pathways, such as sonic hedgehog (SHH) and Wnt/β-catenin. The PI3K/AKT/mTOR (PAM) signaling pathway controls key cellular responses, such as cell growth and proliferation, survival, migration and metabolism. Over the last decades, it has been recognized that this intracellular signaling pathway is frequently activated by genetic and epigenetic alterations in malignant brain tumors, including medulloblastoma. Clinical trials have started to evaluate the safety and efficacy of agents targeting this pathway in malignant brain tumors. Due to the complexity of the PAM signaling pathway, there remain significant difficulties in the development of novel therapeutic approaches. The future challenges in developing effective treatments for cancer patients include the development of predictive biomarkers and combinatorial approaches to effectively target multiple signal transduction pathways. In this review article, we will summarize the current knowledge about the role of PAM signaling in medulloblastoma and discuss the strategies that are currently being evaluated with targeted agents against this pathway.

Cadherin Sequences That Inhibit β-Catenin Signaling: A Study in Yeast and Mammalian Cells

Drosophila Armadillo and its mammalian homologue β-catenin are scaffolding proteins involved in the assembly of multiprotein complexes with diverse biological roles. They mediate adherens junction assembly, thus determining tissue architecture, and also transduce Wnt/Wingless intercellular signals, which regulate embryonic cell fates and, if inappropriately activated, contribute to tumorigenesis. To learn more about Armadillo/β-catenin's scaffolding function, we examined in detail its interaction with one of its protein targets, cadherin. We utilized two assay systems: the yeast two-hybrid system to study cadherin binding in the absence of Armadillo/β-catenin's other protein partners, and mammalian cells where interactions were assessed in their presence. We found that segments of the cadherin cytoplasmic tail as small as 23 amino acids bind Armadillo or β-catenin in yeast, whereas a slightly longer region is required for binding in mammalian cells. We used mutagenesis to identify critical amino acids required for cadherin interaction with Armadillo/β-catenin. Expression of such short cadherin sequences in mammalian cells did not affect adherens junctions but effectively inhibited β-catenin–mediated signaling. This suggests that the interaction between β-catenin and T cell factor family transcription factors is a sensitive target for disruption, making the use of analogues of these cadherin derivatives a potentially useful means to suppress tumor progression.

Rescue of a Wnt mutation by an activated form of LEF-1: Regulation of maintenance but not initiation of Brachyury expression

Members of the LEF-1/TCF family of transcription factors have been implicated in mediating a nuclear response to Wnt signals by association with β-catenin. Consistent with this view, mice carrying mutations in either the Wnt3a gene or in both transcription factor genes Lef1 and Tcf1 were previously found to show a similar defect in the formation of paraxial mesoderm in the gastrulating mouse embryo. In addition, mutations in the Brachyury gene, a direct transcriptional target of LEF-1, were shown to result in mesodermal defects. However, direct evidence for the role of LEF-1 and Brachyury in Wnt3a signaling has been limiting. In this study, we genetically examine the function of LEF-1 in the regulation of Brachyury expression and in signaling by Wnt3a. Analysis of the expression of Brachyury in Lef1−/−Tcf1−/− mice and studies of Brachyury:lacZ transgenes containing wild type or mutated LEF-1 binding sites indicate that Lef1 is dispensable for the initiation, but is required for the maintenance of Brachyury expression. We also show that the expression of an activated form of LEF-1, containing the β-catenin activation domain fused to the amino terminus of LEF-1, can rescue a Wnt3a mutation. Together, these data provide genetic evidence that Lef1 mediates the Wnt3a signal and regulates the stable maintenance of Brachyury expression during gastrulation.

Tyrosine Phosphorylation-Mediated Signaling Pathways in Dictyostelium

While studies on metazoan cell proliferation, cell differentiation, and cytokine signaling laid the foundation of the current paradigms of tyrosine kinase signaling, similar studies using lower eukaryotes have provided invaluable insight for the understanding of mammalian pathways, such as Wnt and STAT pathways. Dictyostelium is one of the leading lower eukaryotic model systems where stress-induced cellular responses, Wnt-like pathways, and STAT-mediated pathways are well investigated. TheseDictyostelium pathways will be reviewed together with their mammalian counterparts to facilitate the comparative understanding of these variant and noncanonical pathways.

The regulatory role of eNOS-derived nitric oxide on transcription in endothelial cells: Impact of S-nitrosylation on β-catenin signaling

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale.

The regulatory role of eNOS-derived nitric oxide on transcription in endothelial cells: Impact of S-nitrosylation on β-catenin signaling

Les cellules endothéliales forment une couche semi-perméable entre le sang et les organes. La prolifération, la migration et la polarisation des cellules endothéliales sont essentielles à la formation de nouveaux vaisseaux à partir de vaisseaux préexistants, soit l’angiogenèse. Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) peut activer la synthase endothéliale du monoxyde d’azote (eNOS) et induire la production de monoxyde d’azote (NO) nécessaire pour la régulation de la perméabilité vasculaire et l’angiogenèse. β- caténine est une composante essentielle du complexe des jonctions d’ancrage ainsi qu’un régulateur majeur de la voie de signalisation de Wnt/β-caténine dans laquelle elle se joint au facteur de transcription TCF/LEF et module l’expression de nombreux gènes, dont certains sont impliqués dans l’angiogenèse. La S-nitrosylation (SNO) est un mécanisme de régulation posttraductionnel des protéines par l’ajout d’un groupement nitroso au niveau de résidus cystéines. Le NO produit par eNOS peut induire la S-nitrosylation de la β−caténine au niveau des jonctions intercellulaires et moduler la perméabilité de l’endothélium. Il a d’ailleurs été montré que le NO peut contrôler l’expression génique par la transcription. Le but de cette thèse est d’établir le rôle du NO au sein de la transcription des cellules endothéliales, spécifiquement au niveau de l’activité de β-caténine. Le premier objectif était de déterminer si la SNO de la β-caténine affecte son activité transcriptionnelle. Nous avons montré que le NO inhibe l’activité transcriptionnelle de β- caténine ainsi que la prolifération des cellules endothéliales induites par l’activation de la voie Wnt/β-caténine. Il est intéressant de constater que le VEGF, qui induit la production de NO via eNOS, réprime l’expression de AXIN2 qui est un gène cible de Wnt s’exprimant suite à la i i stimulation par Wnt3a et ce, dépendamment de eNOS. Nous avons identifié que la cystéine 466 de la β-caténine est un résidu essentiel à la modulation répressive de son activité transcriptionnelle par le NO. Lorsqu’il est nitrosylé, ce résidu est responsable de la perturbation du complexe de transcription formé de β-caténine et TCF-4 ce qui inhibe la prolifération des cellules endothéliales induite par la stimulation par Wnt3a. Puisque le NO affecte la transcription, nous avons réalisé l’analyse du transcriptome afin d’obtenir une vue d’ensemble du rôle du NO dans l’activité transcriptionnelle des cellules endothéliales. L’analyse différentielle de l’expression des gènes de cellules endothéliales montre que la répression de eNOS par siRNA augmente l’expression de gènes impliqués au niveau de la polarisation tels que : PARD3A, PARD3B, PKCZ, CRB1 et TJ3. Cette analyse suggère que le NO peut réguler la polarisation des cellules et a permis d’identifier des gènes responsables de l’intégrité des cellules endothéliales et de la réponse immunitaire. De plus, l’analyse de voies de signalisation par KEGG montre que certains gènes modulés par l’ablation de eNOS sont enrichis dans de nombreuses voies de signalisation, notamment Ras et Notch qui sont importantes lors de la migration cellulaire et la différenciation des cellules de têtes et de tronc (tip/stalk). Le regroupement des gènes exprimés chez les cellules traitées au VEGF (déplétées de eNOS ou non) révèle que le NO peut affecter l’expression de gènes contribuant au processus angiogénique, dont l’attraction chimiotactique. Notre étude montre que le NO module la transcription des cellules endothéliales et régule l’expression des gènes impliqués dans l’angiogenèse et la fonction endothéliale.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Stem cell regulatory gene expression in human adult dental pulp and periodontal ligament cells undergoing odontogenic/osteogenic differentiation

Introduction During development and regeneration, odontogenesis and osteogenesis are initiated by a cascade of signals driven by several master regulatory genes. Methods In this study, we investigated the differential expression of 84 stem cell–related genes in dental pulp cells (DPCs) and periodontal ligament cells (PDLCs) undergoing odontogenic/osteogenic differentiation. Results Our results showed that, although there was considerable overlap, certain genes had more differential expression in PDLCs than in DPCs. CCND2, DLL1, and MME were the major upregulated genes in both PDLCs and DPCs, whereas KRT15 was the only gene significantly downregulated in PDLCs and DPCs in both odontogenic and osteogenic differentiation. Interestingly, a large number of regulatory genes in odontogenic and osteogenic differentiation interact or crosstalk via Notch, Wnt, transforming growth factor β (TGF-β)/bone morphogenic protein (BMP), and cadherin signaling pathways, such as the regulation of APC, DLL1, CCND2, BMP2, and CDH1. Using a rat dental pulp and periodontal defect model, the expression and distribution of both BMP2 and CDH1 have been verified for their spatial localization in dental pulp and periodontal tissue regeneration. Conclusions This study has generated an overview of stem cell–related gene expression in DPCs and PDLCs during odontogenic/osteogenic differentiation and revealed that these genes may interact through the Notch, Wnt, TGF-β/BMP, and cadherin signalling pathways to play a crucial role in determining the fate of dental derived cell and dental tissue regeneration. These findings provided a new insight into the molecular mechanisms of the dental tissue mineralization and regeneration

Efficient Voltage/Current Spike Reduction by Active Gate Signaling

This paper presents an Active Gate Signaling scheme to reduce voltage/current spikes across insulated gate power switches in hard switching power electronic circuits. Voltage and/or current spikes may cause EMI noise. In addition, they increase voltage/current stress on the switch. Traditionally, a higher gate resistance is chosen to reduce voltage/current spikes. Since the switching loss will increase remarkably, an active gate voltage control scheme is developed to improve efficiency of hard switching circuits while the undesirable voltage and/or current spikes are minimized.

The contribution of different androgen receptor domains to receptor dimerization and signaling

The androgen receptor (AR) is a ligand-activated transcription factor of the nuclear receptor superfamily that plays a critical role in male physiology and pathology. Activated by binding of the native androgens testosterone and 5-dihydrotestosterone, the AR regulates transcription of genes involved in the development and maintenance of male phenotype and male reproductive function as well as other tissues such as bone and muscle. Deregulation of AR signaling can cause a diverse range of clinical conditions, including the X-linked androgen insensitivity syndrome, a form of motor neuron disease known as Kennedy’s disease, and male infertility. In addition, there is now compelling evidence that the AR is involved in all stages of prostate tumorigenesis including initiation, progression, and treatment resistance. To better understand the role of AR signaling in the pathogenesis of these conditions, it is important to have a comprehensive understanding of the key determinants of AR structure and function. Binding of androgens to the AR induces receptor dimerization, facilitating DNA binding and the recruitment of cofactors and transcriptional machinery to regulate expression of target genes. Various models of dimerization have been described for the AR, the most well characterized interaction being DNA-binding domain- mediated dimerization, which is essential for the AR to bind DNA and regulate transcription. Additional AR interactions with potential to contribute to receptor dimerization include the intermolecular interaction between the AR amino terminal domain and ligand-binding domain known as the N-terminal/C-terminal interaction, and ligand-binding domain dimerization. In this review, we discuss each form of dimerization utilized by the AR to achieve transcriptional competence and highlight that dimerization through multiple domains is necessary for optimal AR signaling.

Autocrine fibroblast growth factor 2 increases the multipotentiality of human adipose-derived mesenchymal stem cells

Multipotent mesenchymal stem cells (MSCs), first identified in the bone marrow, have subsequently been found in many other tissues, including fat, cartilage, muscle, and bone. Adipose tissue has been identified as an alternative to bone marrow as a source for the isolation of MSCs, as it is neither limited in volume nor as invasive in the harvesting. This study compares the multipotentiality of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (BMSCs) with that of adipose-derived mesenchymal stem cells (AMSCs) from 12 age- and sex-matched donors. Phenotypically, the cells are very similar, with only three surface markers, CD106, CD146, and HLA-ABC, differentially expressed in the BMSCs. Although colony-forming units-fibroblastic numbers in BMSCs were higher than in AMSCs, the expression of multiple stem cell-related genes, like that of fibroblast growth factor 2 (FGF2), the Wnt pathway effectors FRAT1 and frizzled 1, and other self-renewal markers, was greater in AMSCs. Furthermore, AMSCs displayed enhanced osteogenic and adipogenic potential, whereas BMSCs formed chondrocytes more readily than AMSCs. However, by removing the effects of proliferation from the experiment, AMSCs no longer out-performed BMSCs in their ability to undergo osteogenic and adipogenic differentiation. Inhibition of the FGF2/fibroblast growth factor receptor 1 signaling pathway demonstrated that FGF2 is required for the proliferation of both AMSCs and BMSCs, yet blocking FGF2 signaling had no direct effect on osteogenic differentiation. Disclosure of potential conflicts of interest is found at the end of this article.

Evaluation of distributed control signaling protocols in GMPLS

GMPLS is a generalized form of MPLS (MultiProtocol Label Switching). MPLS is IP packet based and it uses MPLS-TE for Packet Traffic Engineering. GMPLS is extension to MPLS capabilities. It provides separation between transmission, control and management plane and network management. Control plane allows various applications like traffic engineering, service provisioning, and differentiated services. GMPLS control plane architecture includes signaling (RSVP-TE, CR-LDP) and routing (OSPF-TE, ISIS-TE) protocols. This paper provides an overview of the signaling protocols, describes their main functionalities, and provides a general evaluation of both the protocols.