Internalization and homologous desensitization of the GLP-1 receptor depend on phosphorylation of the receptor carboxyl tail at the same three sites.

Homologous desensitization and internalization of the GLP-1 receptor correlate with phosphorylation of the receptor in a 33-amino acid segment of the cytoplasmic tail. Here, we identify the sites of phosphorylation as being three serine doublets located at positions 441/442, 444/445, and 451/452. The role of phosphorylation on homologous desensitization was assessed after stable expression in fibroblasts of the wild type or of mutant receptors in which phosphorylation sites were changed in various combinations to alanines. We showed that desensitization, as measured by a decrease in the maximal production of cAMP after a first exposure of the cells to GLP-1, was strictly dependent on phosphorylation. Furthermore, the number of phosphorylation sites correlated with the extent of desensitization with no, intermediate, or maximal desensitization observed in the presence of one, two, or three phosphorylation sites, respectively. Internalization of the receptor-ligand complex was assessed by measuring the rate of internalization of bound [125I]GLP-1 or the redistribution of the receptor to an endosomal compartment after agonist binding. Our data demonstrate that internalization was prevented in the absence of receptor phosphorylation and that intermediate rates of endocytosis were obtained with receptors containing one or two phosphorylation sites. Thus, homologous desensitization and internalization require phosphorylation of the receptor at the same three sites. However, the differential quantitative impairment of these two processes in the single and double mutants suggests different molecular mechanisms controlling desensitization and internalization.

Glucagon-like peptide-I and the control of insulin secretion in the normal state and in NIDDM.

Potentiation of glucose-induced insulin secretion by intestinal factors has been described for many years. Today, two major peptides with potent insulinotropic action have been recognized: gastric inhibitory peptide and truncated forms of glucagon-like peptide I, GLP-I(7-37) or the related GLP-I(7-36)amide. These hormones have specific beta-cell receptors that are coupled to production of cAMP and activation of cAMP-dependent protein kinase. Elevation in intracellular cAMP levels is required to mediate the glucoincretin effect of these hormones: the potentiation of insulin secretion in the presence of stimulatory concentrations of glucose. In addition, circulating glucoincretins maintain basal levels of cAMP, which are necessary to keep beta-cells in a glucose-competent state. Interactions between glucoincretin signaling and glucose-induced insulin secretion may result from the phosphorylation of key elements of the glucose signaling pathway by cAMP-dependent protein kinase. These include the ATP-dependent K+ channel, the Ca++ channel, or elements of the secretory machinery itself. In NIDDM, the glucoincretin effect is reduced. However, basal or stimulated gastric inhibitory peptide and glucagon-like peptide I levels are normal or even elevated, suggesting that signals induced by these hormones on the beta-cells are probably altered. At pharmacological doses, infusion of glucagon-like peptide I but not gastric inhibitory peptide, can ameliorate postprandial insulin secretory response in NIDDM patients. Agonists of the glucagon-like peptide I receptor have been proposed as new therapeutic agents in NIDDM.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.

SOcK, MiSTs, MASK and STicKs: the GCKIII (germinal centre kinase III) kinases and their heterologous protein–protein interactions

The GCKIII (germinal centre kinase III) subfamily of the mammalian Ste20 (sterile 20)-like group of serine/threonine protein kinases comprises SOK1 (Ste20-like/oxidant-stressresponse kinase 1), MST3 (mammalian Ste20-like kinase 3) and MST4. Initially, GCKIIIs were considered in the contexts of the regulation of mitogen-activated protein kinase cascades and apoptosis. More recently, their participation in multiprotein heterocomplexes has become apparent. In the present review, we discuss the structure and phosphorylation of GCKIIIs and then focus on their interactions with other proteins. GCKIIIs possess a highly-conserved, structured catalytic domain at the N-terminus and a less-well conserved C-terminal regulatory domain. GCKIIIs are activated by tonic autophosphorylation of a T-loop threonine residue and their phosphorylation is regulated primarily through protein serine/threonine phosphatases [especially PP2A (protein phosphatase 2A)]. The GCKIII regulatory domains are highly disorganized, but can interact with more structured proteins, particularly the CCM3 (cerebral cavernous malformation 3)/PDCD10 (programmed cell death 10) protein. We explore the role(s) of GCKIIIs (and CCM3/PDCD10) in STRIPAK (striatin-interacting phosphatase and kinase) complexes and their association with the cis-Golgi protein GOLGA2 (golgin A2; GM130). Recently, an interaction of GCKIIIs with MO25 has been identified. This exhibits similarities to the STRADα (STE20-related kinase adaptor α)–MO25 interaction (as in the LKB1–STRADα–MO25 heterotrimer) and, at least for MST3, the interaction may be enhanced by cis-autophosphorylation of its regulatory domain. In these various heterocomplexes, GCKIIIs associate with the Golgi apparatus, the centrosome and the nucleus, as well as with focal adhesions and cell junctions, and are probably involved in cell migration, polarity and proliferation. Finally, we consider the association of GCKIIIs with a number of human diseases, particularly cerebral cavernous malformations.

MKP-1 mediates glucocorticoid-induced ERK1/2 dephosphorylation and reduction in pancreatic beta-cell proliferation in islets from early lactating mothers

Maternal pancreatic islets undergo a robust increase of mass and proliferation during pregnancy, which allows a compensation of gestational insulin resistance. Studies have described that this adaptation switches to a low proliferative status after the delivery. The mechanisms underlying this reversal are unknown, but the action of glucocorticoids (GCs) is believed to play an important role because GCs counteract the pregnancy-like effects of PRL on isolated pancreatic islets maintained in cell culture. Here, we demonstrate that ERK1/2 phosphorylation (phospho-ERK1/2) is increased in maternal rat islets isolated on the 19th day of pregnancy. Phospho-ERK1/2 status on the 3rd day after delivery (L3) rapidly turns to values lower than that found in virgin control rats (CTL). MKP-1, a protein phosphatase able to dephosphorylate ERK1/2, is increased in islets from L3 rats. Chromatin immunoprecipitation assay revealed that binding of glucocorticoid receptor (GR) to MKP-1 promoter is also increased in islets from L3 rats. In addition, dexamethasone (DEX) reduced phospho-ERK1/2 and increased MKP-1 expression in RINm5F and MIN-6 cells. Inhibition of transduction with cycloheximide and inhibition of phosphatases with orthovanadate efficiently blocked DEX-induced downregulation of phospho-ERK1/2. In addition, specific knockdown of MKP-1 with siRNA suppressed the downregulation of phosphoERK1/2 and the reduction of proliferation induced by DEX. Altogether, our results indicate that downregulation of phospho-ERK1/2 is associated with reduction in proliferation found in islets of early lactating mothers. This mechanism is probably mediated by GC-induced MKP-1 expression.

GLP-1 Inhibits and Adrenaline Stimulates Glucagon Release by Differential Modulation of N- and L-Type Ca(2+) Channel-Dependent Exocytosis

Glucagon secretion is inhibited by glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and stimulated by adrenaline. These opposing effects on glucagon secretion are mimicked by low (1-10 nM) and high (10 mu M) concentrations of forskolin, respectively. The expression of GLP-1 receptors in a cells is <0.2% of that in beta cells. The GLP-1-induced suppression of glucagon secretion is PKA dependent, is glucose independent, and does not involve paracrine effects mediated by insulin or somatostatin. GLP-1 is without much effect on a cell electrical activity but selectively inhibits N-type Ca(2+) channels and exocytosis. Adrenaline stimulates a cell electrical activity, increases [Ca(2+)] enhances L-type Ca(2+) channel activity, and accelerates exocytosis. The stimulatory effect is partially PKA independent and reduced in Epac2-deficient islets. We propose that GLP-1 inhibits glucagon secretion by PKA-dependent inhibition of the N-type Ca(2+) channels via a small increase in intracellular cAMP ([cAMP]). Adrenaline stimulates L-type Ca(2+) channel-dependent exocytosis by activation of the low-affinity cAMP sensor Epac2 via a large increase in [cAMP],.

SFlt-1/PlGF ratio as a prognostic marker of adverse outcomes in women with early-onset preeclampsia

Soluble fms-like tyrosine kinase 1 (sFlt-1) is an anti-angiogenic factor released in higher amounts by preeclamptic placentas and it has been implicated in the endothelial dysfunction observed in the disease. In this study we evaluated if circulating sFlt-1/PlGF ratio is useful to predict adverse outcomes in women with early-onset preeclampsia. This is a cohort study of 88 preeclamptic women with singleton pregnancies at ≤35 weeks of gestation. According to definitions used, adverse outcomes occurred in 46.5% (N = 43) of the patients. The median sFlt1/PlGF ratio (25th-75th centile) for all patients evaluated was of 42.26 (13.1-226.1). The median sFlt-1/PlGF ratio among women who had any adverse outcome (N = 43) versus no adverse outcomes (N = 45) was of 227.6 (80.3-346.1) versus 14.4 (3.35-30.0), (P < 0.0001). According to our analyses a sFlt-1/PlGF ratio cut-point of ≥85 gave a sensitivity of 74.0% and specificity of 97.0%. The positive predictive value and the negative predictive value were 96.0% and 80.0%, respectively. The median sFlt-1/PlGF ratio (25th-75th centile) for patients who delivered within <7 days was 260.0 (127.7-404.7) as compared to 14.4 (3.35-34.97) for those patients who delivered within two weeks or more (P < 0.0001). Our results suggest that sFlt-1/PlGF ratio is a promising marker for adverse outcomes in women with early-onset preeclampsia. © 2013 International Society for the Study of Hypertension in Pregnancy. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Regulation der Sphingosinkinase 1 und 2 und der neutralen Ceramidase in renalen Mesangiumzellen der Ratte

In den letzten Jahren gewann die Erforschung des Sphingolipidstoffwechsels in den verschiedensten Zellsystemen immer mehr an Bedeutung, da es sich zeigte, dass einige Sphingolipidspezies, vor allem Ceramid und Sphingosin-1-Phosphat, als wichtige intra- und extrazelluläre Botenstoffe wirken und bei einer Vielzahl unterschiedlicher zellulärer Antworten, wie Apoptose, Proliferation und Migration, eine wichtige Rolle spielen. Während Ceramid eher pro-apoptotisch und wachstumshemmend wirkt, begünstigt Sphingosin-1-Phosphat als „Gegenspieler“ eher die Proliferation und das Zellwachstum. Ceramid kann relativ schnell in Sphingosin-1-Phosphat umgewandelt werden durch die Wirkung zweier Enzymklassen, den Ceramidasen und den Sphingosinkinasen. Konsequenterweise ist die Regulation dieser Enzyme von entscheidender Bedeutung für das zelluläre Gleichgewicht zwischen Ceramid und Sphingosin-1-Phosphat. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Wirkung von extrazellulären Nukleotiden, die ebenfalls als Regulatoren zahlreicher zellulärer Antworten, wie z.B. Proliferation und Migration, bekannt sind und über entsprechende Oberflächenrezeptoren, die Purinrezeptoren, wirken, auf die Aktivität besonders der Sphingosinkinasen 1 und 2 näher untersucht. Es sollte geklärt werden, ob die Sphingosinkinasen an einigen durch extrazelluläre Nukleotide induzierbaren zellulären Antworten, in diesem Falle der Migration und der Proliferation von Zellen, beteiligt sind. Als Zellsystem wurden Nierenmesangiumzellen verwendet, da diese Zellen bei verschiedenen entzündlichen Nierenerkrankungen (Glomerulonephritiden) eine wichtige Rolle spielen. Es konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass extrazelluläre Nukleotide die Aktivität der Sphingosinkinase 1 in den Mesangiumzellen stimulieren können. Zu beobachten ist dabei eine biphasische Aktivitätssteigerung der Sphingosinkinase 1. Die erste Aktivitätssteigerung nach einer Kurzzeitstimulation ist dabei auf eine Phosphorylierung des Enzyms zurückzuführen, während die zweite Aktivitätssteigerung mit einer Aktivierung des Sphingosinkinase 1-Promotors, einer verstärkten mRNA-Expression und einer de novo Proteinsynthese zu erklären ist. Diese Induktion kann durch die Verwendung von Hemmstoffen des PKC- und MAPK-Signalweges, sowie durch Verwendung eines Transkriptions- (Actinomycin D) oder eines Translationsinhibitors (Cycloheximid) blockiert werden. Die Halbwertszeit der mRNA der Sphingosinkinase 1 in den Mesangiumzellen konnte auf ca. 20 Minuten bestimmt werden. Im Gegensatz dazu ist die Sphingosinkinase 2 nicht durch ATP aktivierbar, wohl aber durch diverse Abbauprodukte von ATP, wie AMP und Adenosin, sowie durch UTP und seine Abbauprodukten UDP und UMP. Die neutrale Ceramidase kann nicht durch ATP und UTP aktiviert werden, wohl aber durch P2X7-Rezeptoragonisten (Bz-ATP, αβ-Me-ATP, γS-ATP) und TPA. In einem zweiten Schritt wurde die Rolle der Sphingosinkinasen und der neutralen Ceramidase bei der durch extrazelluläre Nukleotide induzierten Migration und Proliferation untersucht. Es zeigte sich mit Hilfe von genspezifischer siRNA zur Depletion der Sphingosinkinasen und der neutralen Ceramidase, sowie durch Verwendung von Kinase-Hemmstoffen und damit einhergehend der Inhibierung der Signalwege und mit Hilfe von verschiedenen Zelllinien isoliert aus Wildtyp-, SPHK 1-überexprimierenden und mSPHK1-defizienten Mäusen, dass die Aktivierung der Sphingosinkinase 1 durch extrazelluläre Nukleotide von entscheidender Bedeutung für die Migrationsfähigkeit der Zellen ist, jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Proliferationsrate der Mesangiumzellen hat. Auch die Aktivität der neutralen Ceramidase ist von entscheidender Bedeutung für die Migrationsfähigkeit der Zellen. Durch Depletion der neutralen Ceramidase scheint Ceramid in den Zellen zu akkumulieren, was die Proliferationsrate reduziert. Für die Proliferation der Mesangiumzellen könnte die Sphingosinkinase 2 als negativer Regulator fungieren, wie die Experimente mit der genspezifischen siRNA unter UTP-Stimulation gezeigt haben. Für die Migration der Mesangiumzellen gilt darüber hinaus, dass auch das Produkt der Sphingosinkinase 1, Sphingosin-1-Phosphat, in der Lage ist, die Migration zu stimulieren. Im Gegensatz dazu spielt Sphingosin-1-Phosphat für die Induktion der Proliferation der hier verwendeten Zellen keine wesentliche Rolle. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass die Sphingosinkinase 1 und vorgeschaltet auch die neutrale Ceramidase bei der Migration von Mesangiumzellen eine zentrale Rolle spielen und damit als therapeutische Angriffspunkte bei der Behandlung von Krankheiten, die durch eine vermehrte Migration gekennzeichnet sind, in Frage kommen.

Targeting the sphingosine kinase/sphingosine 1-phosphate pathway to treat chronic inflammatory kidney diseases

Chronic kidney diseases including glomerulonephritis are often accompanied by acute or chronic inflammation that leads to an increase in extracellular matrix (ECM) production and subsequent glomerulosclerosis. Glomerulonephritis is one of the leading causes for end-stage renal failure with high morbidity and mortality, and there are still only a limited number of drugs for treatment available. In this MiniReview, we discuss the possibility of targeting sphingolipids, specifically the sphingosine kinase 1 (SphK1) and sphingosine 1-phosphate (S1P) pathway, as new therapeutic strategy for the treatment of glomerulonephritis, as this pathway was demonstrated to be dysregulated under disease conditions. Sphingosine 1-phosphate is a multifunctional signalling molecule, which was shown to influence several hallmarks of glomerulonephritis including mesangial cell proliferation, renal inflammation and fibrosis. Most importantly, the site of action of S1P determines the final effect on disease progression. Concerning renal fibrosis, extracellular S1P acts pro-fibrotic via activation of cell surface S1P receptors, whereas intracellular S1P was shown to attenuate the fibrotic response. Interference with S1P signalling by treatment with FTY720, an S1P receptor modulator, resulted in beneficial effects in various animal models of chronic kidney diseases. Also, sonepcizumab, a monoclonal anti-S1P antibody that neutralizes extracellular S1P, and a S1P-degrading recombinant S1P lyase are promising new strategies for the treatment of glomerulonephritis. In summary, especially due to the bifunctionality of S1P, the SphK1/S1P pathway provides multiple target sites for the treatment of chronic kidney diseases.

Activation of the c-Jun N-terminal kinase pathway by a novel protein kinase related to human germinal center kinase

The c-Jun N-terminal kinase (JNK), or stress-activated protein kinase plays a crucial role in cellular responses stimulated by environmental stress and proinflammatory cytokines. However, the mechanisms that lead to the activation of the JNK pathway have not been elucidated. We have isolated a cDNA encoding a novel protein kinase that has significant sequence similarities to human germinal center kinase (GCK) and human hematopoietic progenitor kinase 1. The novel GCK-like kinase (GLK) has a nucleotide sequence that encodes an ORF of 885 amino acids with 11 kinase subdomains. Endogenous GLK could be activated by UV radiation and proinflammatory cytokine tumor necrosis factor α. When transiently expressed in 293 cells, GLK specifically activated the JNK, but not the p42/44MAPK/extracellular signal-regulated kinase or p38 kinase signaling pathways. Interestingly, deletion of amino acids 353–835 in the putative C-terminal regulatory region, or mutation of Lys-35 in the putative ATP-binding domain, markedly reduced the ability of GLK to activate JNK. This result indicates that both kinase activity and the C-terminal region of GLK are required for maximal activation of JNK. Furthermore, GLK-induced JNK activation could be inhibited by a dominant-negative mutant of mitogen-activated protein kinase kinase kinase 1 (MEKK1) or mitogen-activated protein kinase kinase 4/SAPK/ERK kinase 1 (SEK1), suggesting that GLK may function upstream of MEKK1 in the JNK signaling pathway.

Functional characterization of the C—C chemokine-like molecules encoded by molluscum contagiosum virus types 1 and 2

Many viruses have evolved mechanisms for evading the host immune system by synthesizing proteins that interfere with the normal immune response. The poxviruses are among the most accomplished at deceiving their hosts’ immune systems. The nucleotide sequence of the genome of the human cutaneous poxvirus, molluscum contagiosum virus (MCV) type 1, was recently reported to contain a region that resembles a human chemokine. We have cloned and expressed the chemokine-like genes from MCV type 1 and the closely related MCV type 2 to determine a potential role for these proteins in the viral life cycle. In monocyte chemotaxis assays, the viral proteins have no chemotactic activity but both viral proteins block the chemotactic response to the human chemokine, macrophage inflammatory protein (MIP)-1α. Like MIP-1α, both viral proteins also inhibit the growth of human hematopoietic progenitor cells, but the viral proteins are more potent in this activity than the human chemokine. These viral chemokines antagonize the chemotactic activity of human chemokines and have an inhibitory effect on human hematopoietic progenitor cells. We hypothesize that the inhibition of chemotaxis is an immune evasion function of these proteins during molluscum contagiosum virus infection. The significance of hematopoietic progenitor cell inhibition in viral pathogenesis is uncertain.

Anchoring of protein kinase A facilitates hormone-mediated insulin secretion

Impaired insulin secretion is a characteristic of non-insulin-dependent diabetes mellitus (NIDDM). One possible therapeutic agent for NIDDM is the insulinotropic hormone glucagon-like peptide 1 (GLP-1). GLP-1 stimulates insulin secretion through several mechanisms including activation of protein kinase A (PKA). We now demonstrate that the subcellular targeting of PKA through association with A-kinase-anchoring proteins (AKAPs) facilitates GLP-1-mediated insulin secretion. Disruption of PKA anchoring by the introduction of anchoring inhibitor peptides or expression of soluble AKAP fragments blocks GLP-1 action in primary islets and cAMP-responsive insulin secretion in clonal beta cells (RINm5F). Displacement of PKA also prevented cAMP-mediated elevation of intracellular calcium suggesting that localized PKA phosphorylation events augment calcium flux.

Plo1 Kinase Recruitment to the Spindle Pole Body and Its Role in Cell Division in Schizosaccharomyces pombe

Polo kinases execute multiple roles during cell division. The fission yeast polo related kinase Plo1 is required to assemble the mitotic spindle, the prophase actin ring that predicts the site for cytokinesis and for septation after the completion of mitosis (Ohkura et al., 1995; Bahler et al., 1998). We show that Plo1 associates with the mitotic but not interphase spindle pole body (SPB). SPB association of Plo1 is the earliest fission yeast mitotic event recorded to date. SPB association is strong from mitotic commitment to early anaphase B, after which the Plo1 signal becomes very weak and finally disappears upon spindle breakdown. SPB association of Plo1 requires mitosis-promoting factor (MPF) activity, whereas its disassociation requires the activity of the anaphase-promoting complex. The stf1.1 mutation bypasses the usual requirement for the MPF activator Cdc25 (Hudson et al., 1990). Significantly, Plo1 associates inappropriately with the interphase SPB of stf1.1 cells. These data are consistent with the emerging theme from many systems that polo kinases participate in the regulation of MPF to determine the timing of commitment to mitosis and may indicate that pole association is a key aspect of Plo1 function. Plo1 does not associate with the SPB when septation is inappropriately driven by deregulation of the Spg1 pathway and remains SPB associated if septation occurs in the presence of a spindle. Thus, neither Plo1 recruitment to nor its departure from the SPB are required for septation; however, overexpression of plo1+ activates the Spg1 pathway and causes transient Cdc7 recruitment to the SPB and multiple rounds of septation.

Purification of a ligand for the EPH-like receptor HEK using a biosensor-based affinity detection approach.

Advances in screening technologies allowing the identification of growth factor receptors solely by virtue of DNA or protein sequence comparison call for novel methods to isolate corresponding ligand growth factors. The EPH-like receptor tyrosine kinase (RTK) HEK (human EPH-like kinase) was identified previously as a membrane antigen on the LK63 human pre-B-cell line and overexpression in leukemic specimens and cell lines suggested a role in oncogenesis. We developed a biosensor-based approach using the immobilized HEK receptor exodomain to detect and monitor purification of the HEK ligand. A protein purification protocol, which included HEK affinity chromatography, achieved a 1.8 X 10(6)-fold purification of an approximately 23-kDa protein from human placental conditioned medium. Analysis of specific sHEK (soluble extracellular domain of HEK) ligand interactions in the first and final purification steps suggested a ligand concentration of 40 pM in the source material and a Kd of 2-3 nM. Since the purified ligand was N-terminally blocked, we generated tryptic peptides and N-terminal amino acid sequence analysis of 7 tryptic fragments of the S-pyridylethylated protein unequivocally matched the sequence for AL-1, a recently reported ligand for the related EPH-like RTK REK7 (Winslow, J.W., Moran, P., Valverde, J., Shih, A., Yuan, J.Q., Wong, S.C., Tsai, S.P., Goddard, A., Henzel, W.J., Hefti, F., Beck, K.D., & Caras, I.W. (1995) Neuron 14, 973-981). Our findings demonstrate the application of biosensor technology in ligand purification and show that AL-1, as has been found for other ligands of the EPH-like RTK family, binds more than one receptor.