Connective tissue growth factor/CCN2 stimulates actin disassembly through Akt/protein kinase B-mediated phosphorylation and cytoplasmic translocation of p27(Kip-1)

Connective tissue growth factor (CTGF/CCN2) is a 38-kDa secreted protein, a prototypic member of the CCN family, which is up-regulated in many diseases, including atherosclerosis, pulmonary fibrosis, and diabetic nephropathy. We previously showed that CTGF can cause actin disassembly with concurrent down-regulation of the small GTPase Rho A and proposed an integrated signaling network connecting focal adhesion dissolution and actin disassembly with cell polarization and migration. Here, we further delineate the role of CTGF in cell migration and actin disassembly in human mesangial cells, a primary target in the development of renal glomerulosclerosis. The functional response of mesangial cells to treatment with CTGF was associated with the phosphorylation of Akt/protein kinase B (PKB) and resultant phosphorylation of a number of Akt/PKB substrates. Two of these substrates were identified as FKHR and p27(Kip-1). CTGF stimulated the phosphorylation and cytoplasmic translocation of p27(Kip-1) on serine 10. Addition of the PI-3 kinase inhibitor LY294002 abrogated this response; moreover, addition of the Akt/PKB inhibitor interleukin (IL)-6-hydroxymethyl-chiro-inositol-2(R)-2-methyl-3-O-octadecylcarbonate prevented p27(Kip-1) phosphorylation in response to CTGF. Immunocytochemistry revealed that serine 10 phosphorylated p27(Kip-1) colocalized with the ends of actin filaments in cells treated with CTGF. Further investigation of other Akt/PKB sites on p27(Kip-1), revealed that phosphorylation on threonine 157 was necessary for CTGF mediated p27(Kip-1) cytoplasmic localization; mutation of the threonine 157 site prevented cytoplasmic localization, protected against actin disassembly and inhibited cell migration. CTGF also stimulated an increased association between Rho A and p27(Kip-1). Interestingly, this resulted in an increase in phosphorylation of LIM kinase and subsequent phosphorylation of cofilin, suggesting that CTGF mediated p27(Kip-1) activation results in uncoupling of the Rho A/LIM kinase/cofilin pathway. Confirming the central role of Akt/PKB, CTGF-stimulated actin depolymerization only in wild-type mouse embryonic fibroblasts (MEFs) compared to Akt-1/3 (PKB alpha/gamma) knockout MEFs. These data reveal important mechanistic insights into how CTGF may contribute to mesangial cell dysfunction in the diabetic milieu and sheds new light on the proposed role of p27(Kip-1) as a mediator of actin rearrangement.

Abnormal changes in voltage-gated sodium channels NaV1.1, NaV1.2, NaV1.3, NaV1.6 and in Calmodulin/calmodulin-dependent protein kinase II, within the brains of spontaneously epileptic rats and tremor rats

Voltage-gated sodium channels (VGSCs) play a crucial role in epilepsy. The expressions of different VGSCs subtypes are varied in diverse animal models of epilepsy that may reflect their multiple phenotypes or the complexity of the mechanisms of epilepsy. In a previous study, we reported that NaV1.1 and NaV1.3 were up-regulated in the hippocampus of the spontaneously epileptic rat (SER). In this study, we further analyzed both the expression and distribution of the typical VGSC subtypes NaV1.1, NaV1.2, NaV1.3 and NaV1.6 in the hippocampus and in the cortex of the temporal lobe of two genetic epileptic animal models: the SER and the tremor rat (TRM). The expressions of calmodulin (CaM) and calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) were also analyzed with the purpose of assessing the effect of the CaM/CaMKII pathway in these two models of epilepsy. Increased expression of the four VGSC subtypes and CaM, accompanied by a decrease in CaMKII was observed in the hippocampus of both the SERs and the TRM rats. However, the changes observed in the expression of VGSC subtypes and CaM were decreased with an elevated CaMKII in the cortex of their temporal lobes. Double-labeled immunofluorescence data suggested that in SERs and TRM rats, the four subtypes of the VGSC proteins were present throughout the CA1, CA3 and dentate gyrus regions of the hippocampus and temporal lobe cortex and these were co-localized in neurons with CaM. These data represent the first evidence of abnormal changes in expression of four VGSC subtypes (NaV1.1, NaV1.2, NaV1.3 and NaV1.6) and CaM/CaMKII in the hippocampus and temporal lobe cortex of SERs and TRM rats. These changes may be involved in the generation of epileptiform activity and underlie the observed seizure phenotype in these rat models of genetic epilepsy.

Phosphorylation of plant actin-depolymerising factor by calmodulin-like domain protein kinase

actin-depolymerising factor (ADF)/cofilin group of proteins are stimulus-responsive actin-severing proteins, members of which are regulated by reversible phosphorylation. The phosphorylation site on the maize ADF, ZmADF3, is Ser-6 but the kinase responsible is unknown [Smertenko et al,, Plant J. 14 (1998) 187-193]. We have partially purified the ADF kinase(s) and found it to be calcium-regulated and inhibited by N-(6-aminohesyl)-[H-3]5-chloro-1-naphthalenesulphonamide. Immunoblotting reveals that calmodulin-like domain protein kinase(s) (CDPK) are enriched in the purified preparation and addition of anti-CDPK to in vitro phosphorylation assays results in the inhibition of ADF phosphorylation, These data strongly suggest that plant ADP is phosphorylation by CDPK(s), a class of protein kinases unique to plants and protozoa. (C) 2001 Published by Elsevier Science B.V. on behalf of the Federation of European Biochemical Societies.

Apoptosis induction by oxidized glycated LDL in human retinal capillary pericytes is independent of activation of MAPK signaling pathways

Pericyte loss is a cardinal feature of early diabetic retinopathy. We previously reported that highly oxidized-glycated low density lipoprotein (HOG-LDL) induces pericyte apoptosis in vitro. In this study, we investigated the role of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathways in HOG-LDL-induced apoptosis in human pericytes.

Increased expression of the RIα subunit of the cAMP-dependent protein kinase A is associated with advanced stage ovarian cancer

The primary element in the cAMP signal transduction pathway is the cAMP-dependent protein kinase (PKA). Expression of the RIα subunit of type I PKA is elevated in a variety of human tumours and cancer cell lines. The purpose of this study was to assess the prognostic importance of RIα expression in patients with ovarian cancer. We have evaluated the expression of RIα in a panel of human ovarian tumours (n = 40) and five human ovarian cancer cell lines using quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR) and Western blot analysis. The human ovarian cell lines OAW42 and OTN14 express high endogenous levels of RIα mRNA and protein (at significantly higher mRNA levels than high tissue expressors, P < 0.05). The ovarian cell line A2780 expresses low endogenous levels of RIα mRNA and protein (also at higher mRNA levels than low tissue expressors, P < 0.05). Quantitative RT-PCR revealed no significant difference in RIα mRNA expression between different ovarian histological subtypes in this study. No associations were found between RIα mRNA expression and differentiation state. RIα mRNA expression was significantly associated with tumour stage (P = 0.0036), and this remained significant in univariate analysis (P = 0.0002). A trend emerged between RIα mRNA expression levels and overall survival in univariate analysis (P = 0.051), however, by multivariate analysis, stage remained the major determinant of overall survival (P = 0.0001). This study indicates that in ovarian epithelial tumours high RIα mRNA expression is associated with advanced stage disease. RIα expression may be of predictive value in ovarian cancer and may be associated with dysfunctional signalling pathways in this cancer type.

Dilated cardiomyopathy and impaired cardiac hypertrophic response to angiotensin II in mice lacking FGF-2.

FGF-2 has been implicated in the cardiac response to hypertrophic stimuli. Angiotensin II (Ang II) contributes to maintain elevated blood pressure in hypertensive individuals and exerts direct trophic effects on cardiac cells. However, the role of FGF-2 in Ang II-induced cardiac hypertrophy has not been established. Therefore, mice deficient in FGF-2 expression were studied using a model of Ang II-dependent hypertension and cardiac hypertrophy. Echocardiographic measurements show the presence of dilated cardiomyopathy in normotensive mice lacking FGF-2. Moreover, hypertensive mice without FGF-2 developed no compensatory cardiac hypertrophy. In wild-type mice, hypertrophy was associated with a stimulation of the c-Jun N-terminal kinase, the extracellular signal regulated kinase, and the p38 kinase pathways. In contrast, mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation was markedly attenuated in FGF-2-deficient mice. In vitro, FGF-2 of fibroblast origin was demonstrated to be essential in the paracrine stimulation of MAPK activation in cardiomyocytes. Indeed, fibroblasts lacking FGF-2 expression have a defective capacity for releasing growth factors to induce hypertrophic responses in cardiomyocytes. Therefore, these results identify the cardiac fibroblast population as a primary integrator of hypertrophic stimuli in the heart, and suggest that FGF-2 is a crucial mediator of cardiac hypertrophy via autocrine/paracrine actions on cardiac cells.

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

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

Mechanisms of endothelin-1 induced reactive oxygen species production in vascular adventitial fibroblasts

With the relationship between endothelin-1 (ET-1) stimulation and reactive oxygen species (ROS) production unknown in adventitial fibroblasts, I examined the ROS response to ET-1 and angiotensin (Ang II). ET-1 -induced ROS peaked following 4 hrs of ET-1 stimulation and was inhibited by an ETA receptor antagonist (BQ 123, 1 uM) an extracellular signal-regulated kinase (ERK) 1/2 inhibitor (PD98059, 10 uM), and by both a specific, apocynin (10 uM), and non-specific, diphenyleneiodonium (10 uM), NAD(P)H oxidase inhibitor. NOX2 knockout fibroblasts did not produce an ET-1 induced change in ROS levels. Ang II treatment increased ROS levels in a biphasic manner, with the second peak occurring 6 hrs following stimulation. The secondary phase of Ang II induced ROS was inhibited by an ATi receptor antagonist, Losartan (100 uM) and BQ 123. In conclusion, ET-1 induces ROS production primarily through an ETA-ERKl/2 NOX2 pathway, additionally, Ang II-induced ROS production also involves an ETa pathway.

Inhibition of human lung cancer cell proliferation and survival by wine

Compounds of plant origin and food components have attracted scientific attention for use as agents for cancer prevention and treatment. Wine contains polyphenols that were shown to have anti-cancer and other health benefits. The survival pathways of Akt and extracellular signal-regulated kinase (Erk), and the tumor suppressor p53 are key modulators of cancer cell growth and survival. In this study, we examined the effects of wine on proliferation and survival of human Non-small cell lung cancer (NSCLC) cells and its effects on signaling events.

Inhibition of human lung cancer cell proliferation and survival by wine

Compounds of plant origin and food components have attracted scientific attention for use as agents for cancer prevention and treatment. Wine contains polyphenols that were shown to have anti-cancer and other health benefits. The survival pathways of Akt and extracellular signal-regulated kinase (Erk), and the tumor suppressor p53 are key modulators of cancer cell growth and survival. In this study, we examined the effects of wine on proliferation and survival of human Non-small cell lung cancer (NSCLC) cells and its effects on signaling events.

Mithramycin downregulates proinflammatory cytokine-induced matrix metalloproteinase gene expression in articular chondrocytes

Affiliation: Département de Médecine, Faculté de médecine, Université de Montréal & Centre de Recherche du Centre Hospitalier de l'Université de Montréal (CHUM), Hôpital Notre-Dame du CHUM

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.

Modulation of Endothelin-1 and Insulin-like Growth Factor Type 1-induced Signaling by Curcumin in A-10 Vascular Smooth Muscle Cells

Les maladies cardio-vasculaires (MCV), telles que l’hypertension et l’athérosclérose, s’accompagnent de modifications structurales et fonctionnelles au niveau vasculaire. Un fonctionnement aberrant de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires à l’origine de ces changements. L’endothéline-1 (ET-1) contribue à la pathogénèse des anomalies vasculaires, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, des composantes clés impliquées dans les voies prolifératives et de croissance cellulaires. Il a été suggéré que le stress oxydant jouerait un rôle intermédiaire dans les effets pathophysiologiques vasculaires de l’ET-1. En conséquence, une modulation de la signalisation induite par l’ET-1 peut servir comme éventuelle stratégie thérapeutique contre le développement des MCV. Il apparaît de nos jours un regain d’intérêt dans l’utilisation des agents phyto-chimiques pour traiter plusieurs maladies. La curcumine, constituant essentiel de l’épice curcuma, est dotée de plusieurs propriétés biologiques parmi lesquelles des propriétés anti-oxydantes, anti-prolifératrices et cardio-protectrices. Cependant, les mécanismes moléculaires de son effet cardio-protecteur demeurent obscurs. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’efficacité de la curcumine à inhiber la signalisation induite par l’ET-1 dans les CMLV. La curcumine a inhibé la phosphorylation des protéines IGF-1R, PKB, c-Raf et ERK1/2, induite par l’ET-1 et l’IGF-1. De plus, la curcumine a inhibé l’expression du facteur de transcription Egr-1 induite par l’ET-1 et l’IGF-1, dans les CMLV. Ces résultats suggèrent que la capacité de la curcumine à atténuer ces voies de signalisation serait un mécanisme d’action potentiel de ses effets protecteurs au niveau cardiovasculaire.

Caractérisation des processus moléculaires impliqués dans l’activation de la protéine IKKbeta par l'angiotensine II et son rôle dans la réponse phénotypique des CMLV.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) régule l’homéostasie de la contraction des artères. Or, suivant la liaison de l’angiotensine II (Ang II) à son récepteur AT1, le SRAA est également impliqué dans l’activation de voies de signalisation à l’origine de l’inflammation et de l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), soit deux processus participant au remodelage vasculaire caractéristique de diverses maladies cardiovasculaires, telles l’hypertension et l’athérosclérose. Ces pathologies sont les premières causes de mortalité naturelle en Amérique et les traitements les ciblant ne sont pas optimaux puisqu’ils visent seulement quelques facteurs de risque qui leur sont associés. Ainsi, la détermination des effecteurs intracellulaires régulant ces voies délétères est nécessaire à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. L’inflammation Ang II-dépendante dans les CMLV est attribuée au facteur de transcription nuclear factor-kappa B (NF-κB). Cependant, les processus moléculaires couplant le récepteur AT1 à son activation sont peu caractérisés. L’étude abordant cette question démontre in vitro que NF-κB est activé par la protéine IκB kinase β (IKKβ) dans les CMLV exposées à l’Ang II et que cette kinase est régulée par deux voies de signalisation indépendantes, mais complémentaires afin d’assurer son activation rigoureuse et soutenue. L’une des voies est précoce et dépend des seconds messagers ainsi que de deux nouveaux effecteurs sous-jacents au récepteur AT1, soit la E3 ligase TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) et la IKK kinase transforming growth factor-beta-activated kinase 1 (TAK1) tandis que la seconde est tardive et résulte de la signalisation mitogen-activated protein kinase kinase 1/2 (MEK1/2) - extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) - ribosomal S6 kinase (RSK). L’inhibition conjointe de ces voies abroge complètement la réponse inflammatoire, ce qui indique qu’elles en sont la seule source. Ainsi, l’inhibition d’IKKβ pourrait suffire à contrer l’inflammation impliquée dans le remodelage vasculaire associé à une suractivation du SRAA. Une découverte des plus novatrices découle de cette étude, qui veut que la E3 ligase TRAF6 est un nouvel effecteur des récepteurs couplés aux protéines G et est à l’origine de la formation d’un nouveau type de second messager, soit des chaînes libres de poly-ubiquitines. Les mécanismes moléculaires à la base de l’hypertrophie Ang II-dépendante dans les CMLV sont également peu définis. Or, suivant la parution d’un article démontrant qu’IKKβ dans les cellules cancéreuses participe aux mécanismes d’initiation de la traduction en réponse au facteur de nécrose tumorale α (TNFα) via la phosphorylation de la protéine Tuberous sclerosis 1 (TSC1) et donc l’activation du complexe mammalian target of rapamycin (mTORC1), une hypothèse a été émise selon laquelle cette kinase serait impliquée dans la synthèse protéique Ang II-dépendante dans les CMLV. Les expériences effectuées in vitro dans des CMLV exposées à l’Ang II démontrent qu’IKKβ induit la phosphorylation de TSC1 ainsi que l’activation de mTORC1 et de ses substrats S6 kinase 1 (S6K1) et translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein (4E-BP1), deux protéines impliquées directement dans l’hypertrophie. Par ailleurs, la synthèse protéique au niveau des CMLV exposées à l’Ang II est réduite de 75% suivant la diminution de l’expression d’IKKβ et suivant la surexpression d’un mutant de TSC1 dont le site consensus d’IKKβ a été modifié, faisant de cette kinase un médiateur majeur au niveau de ce processus. Ainsi, in vitro IKKβ en réponse à l’Ang II est en amont de deux processus impliqués dans un remodelage vasculaire à l’origine de maladies cardiovasculaires. De plus, plusieurs facteurs de risque de ces pathologies convergent à l’activation d’IKKβ, ce qui en fait une cible thérapeutique particulièrement attrayante. Qui plus est, l’administration d’un inhibiteur d’IKKβ à des rats diminue non seulement la synthèse protéique dépendante de l’Ang II au niveau de l’aorte et des artères mésentériques, mais également la synthèse de la protéine pro-inflammatoire VCAM-1 par les cellules composant l’aorte, ce qui confirme son envergure en tant que cible.

Structural insights into the allosteric activation mechanism of cGMP-dependent protein kinase I

Cyclic GMP-dependent protein kinase (PKG) is a key transducer in the NO-cGMP signaling pathway. In this line, PKG has been considered an important drug target for treating hypertensive cardiovascular and pulmonary diseases. However, the investigation of PKG’s allosteric activation mechanism has been hampered by a lack of structural information. One of the fundamental questions on the cGMP-dependent activation of PKG is how the enzyme can distinguish cGMP over cAMP and selectively respond to cGMP. To ensure proper signaling, PKG must have developed unique features to ensure its activation upon the right activation signal. In this thesis, the cGMP-selective activation mechanism of PKG was studied through determining crystal structures of three truncated constructs of the regulatory domain [CNB-A (92-227), CNB-B (271-369), and CNB-A/B (92-351)] of PKG Iβ in the absence or presence of cyclic nucleotides. Herein, two individual CNB domain structures with biochemical data revealed that the C-terminal CNB domain (CNB-B) is responsible for cGMP selectivity, while the N-terminal CNB-domain (CNB-A) has a higher binding affinity for both cGMP and cAMP without showing any selectivity. Based on these crystal structures, mutagenesis studies were performed in which the critical residues for cyclic nucleotide selectivity and activation were identified. Furthermore, we discovered that the conformational changes of the C-terminal helix of the CNB-B that bridges between the regulatory and catalytic domains including the hydrophobic capping interaction are crucial for PKG activation. In addition, to observe the global conformation of the activated R-domain, I solved a co-crystal structure of the CNB-A/B with cGMP. Although a monomeric construct was crystallized, the structure displays a dimer. Strikingly, the CNB-A domain and its bound cGMP provide a key interface for this dimeric interaction. Using small angle X-ray scattering (SAXS), the existence of the cGMP-mediated dimeric interface within the CNB domains was confirmed. Furthermore, measuring cGMP-binding affinities (EC50) of the dimeric interface mutants as well as determining activation constants (Ka) revealed that the interface formation is important for PKG activation. To conclude, this thesis study provides a new mechanistic insight in PKG activation along with a newly found interface that can be targeted for designing PKG-specific activity modulators.