Le niveau réduit d’AMPc dans la surexpression des protéines G(alpha)i et la prolifération accrue des cellules du muscle lisse vasculaire des rats spontanément hypertendus

Nous avons précédemment montré que les cellules musculaires lisses vasculaires(CMLV) des rats spontanément hypertendus (SHR) présentent une expression augmentée des protéines G inhibitrices (Gi) et une prolifération cellulaire accrue par rapport aux CMLV des rats Wystar-Kyoto (WKY). Le niveau d'AMPc s’est également avéré plus faible dans les CMLV de SHR. La présente étude a donc été entreprise afin d'examiner la contribution de la diminution du niveau intracellulaire d'AMPc à l’augmentation de l'expression des protéines Gi et à la prolifération accrue des CMLV de SHR et de continuer à explorer les mécanismes moléculaires sous-jacents responsables de cette réponse. Les CMLV de SHR ont montré par rapport aux CMLV des WKY une expression accrue de Giα-2 et Giα-3 qui a été diminué d'une manière dépendante de concentration par le dbcAMP, un analogue d'AMPc perméable à la membrane cellulaire. En outre, les fonctions augmentées des protéines Gi comme démontrées par l'amplification de l’inhibition de l'adénylate cyclase par les hormones inhibitrices et l'activité forskoline (FSK)-stimulée de l’adénylate cyclase par une faible concentration de GTPγS dans les CMLV de SHR ont également été restaurées aux niveaux de WKY par le dbcAMP. La prolifération accrue des CMLV de SHR a également été atténuée par le dbcAMP et la forskoline, un activateur de l'adénylate cyclase. De plus, dbcAMP a restauré la production augmentée d'anion superoxyde (O2-), l'activité de la NAD(P)H oxydase et l’expression accrue des protéines Nox 4 et p47phox observée dans les CMLV de SHR jusqu’au niveau contrôle. Par ailleurs, la phosphorylation accrue des PDGF-R, EGF-R, c-Src et ERK1/2 énoncée par les CMLV de SHR a également été diminuée par le dbcAMP d'une manière dépendante de concentration. Ces résultats suggèrent que le niveau réduit d'AMPc intracellulaire montré par les CMLV de SHR contribue à l'expression accrue des protéines Gi et à l’hyperprolifération cellulaire à travers l’augmentation du stress oxydatif, la transactivation des EGF-R, PDGF-R et la voie de signalisation des MAP kinases.

Leptin modulation of locomotor and emotional behaviors : the role of STAT3 signaling in dopamine neurons

La leptine circule en proportion de la masse graisseuse du corps et la transduction de son signal à travers la forme longue de son récepteur via un certain nombre de voies neurales , y compris MAPK, PI3-K ,AMPK et JAK2 - STAT3 . Il faut noter que STAT3 constitue une voie clée au récepteur de la leptine par laquelle la leptine module l'expression des gènes impliqués dans la régulation du bilan énergétique. La plupart des recherches ont porté sur la fonction du récepteur de la leptine au sein de l' hypothalamus, en particulier la fonction du récepteur de la leptine dans le noyau arqué. Toutefois, les récepteurs de la leptine sont également exprimés sur les neurones dopaminergiques de l'aire tégmentale ventrale et la leptine agit sur cette région du cerveau pour influencer la prise alimentaire, la motivation, la locomotion, l'anxiété et la transmission de la dopamine. De plus, la leptine active la STAT3 dans les dopaminergiques et GABAergiques populations neuronales. Bien que ces résultats contribuent à notre compréhension des multiples actions de la leptine dans le système nerveux central, il reste à résoudre les cellules et la signalisation du récepteur de la leptine qui sont responsables des effets neurocomportementaux de la leptine dans le mésencéphale. Visant à déterminer la contribution de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale, nous avons généré une lignée de souris knockout conditionnel dans lequel l'activation du gène de STAT3 sur son résidu tyrosine 705 ( Tyr 705 ) est absent spécifiquement dans les neurones dopaminergiques. Avec l'utilisation de ce modèle de souris génétique, nous avons évalué l'impact de l'ablation de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques sur un certain nombre de fonctions liées à la dopamine, y compris l'alimentation, la locomotion, les comportements liés à la récompense, l'émotion et la libération de dopamine dans le noyau accumbens. Fait intéressant, nous avons observé un dimorphisme sexuel dans le phénotype des souris STAT3DAT-KO. L'activation de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable de l'action de la leptine dans la réduction de la locomotion, récompense liée à l'activité physique, et de l'augmentation de la libération et de la disponibilité de la dopamine chez les souris mâles. Cependant, il ne module pas le comportement émotionnel. D'autre part, les souris femelles STAT3DAT-KO augmentent les niveaux d'anxiété et les niveaux plasmatiques de corticostérone, sans provoquer de changements de la dépression. Cependant, la perte d'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques ne module pas le comportement locomoteur chez les souris femelles. Notamment, les actions de la leptine dans le mésencéphale pour influencer le comportement alimentaire ne sont pas médiées par l'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques, considérant que les souris mâles et femelles ont un comportement alimentaire normal. Nos résultats démontrent que la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable des effets anxiolytiques de la leptine, et soutient l'hypothèse que la leptine communique l'état d'énergie du corps (i.e. la relation entre la dépense et les apports énergétiques) pour les régions mésolimbiques pour atténuer les effets de motivation et de récompense de plusieurs comportements qui servent à réhabiliter ou à épuiser les réserves d'énergie. En outre, ce travail souligne l'importance d'étudier la modulation de la signalisation de la leptine dans différente types de cellules, afin d'identifier les voies de signalisation et les mécanismes cellulaires impliqués dans les différentes fonctions neuro-comportementales de la leptine.

Histone H2B-R95A mutant identifies the pheromone pathway that signals cell cycle arrest during rapamycin response

La rapamycine est un immunosuppresseur utilisé pour traiter plusieurs types de maladies dont le cancer du rein. Son fonctionnement par l’inhibition de la voie de Tor mène à des changements dans des processus physiologiques, incluant le cycle cellulaire. Chez Saccharomyces cerevisiae, la rapamycine conduit à une altération rapide et globale de l’expression génique, déclenchant un remodelage de la chromatine. Nous proposons que les modifications des histones peuvent jouer un rôle crucial dans le remodelage de la chromatine en réponse à la rapamycine. Notre objectif principal est d’identifier d’une banque de mutants d’histone les variantes qui vont échouer à répondre à la rapamycine dans une tentative de réaliser une caractérisation des modifications d’histone critiques pour la réponse à cette drogue. Ainsi, nous avons réalisé un criblage d’une banque de mutants d’histone et identifié plusieurs mutants d‘histone dont la résistance à la rapamycine a été altérée. Nous avons caractérisé une de ces variantes d’histone, à savoir H2B, qui porte une substitution de l’alanine en arginine en position 95 (H2B-R95A) et démontré que ce mutant est extrêmement résistant à la rapamycine, et non à d’autres drogues. Des immunoprécipitations ont démontré que H2B-R95A est défectueux pour former un complexe avec Spt16, un facteur essentiel pour la dissociation de H2A et H2B de la chromatine, permetant la réplication et la transcription par les ADN et ARN polymérases, respectivement. Des expériences de ChIP-Chip et de micropuce ont démontré que l’arginine 95 de H2B est requise pour recruter Spt16 afin de permettre l’expression d’une multitude de gènes, dont certains font partie de la voie des phéromones. Des évidences seront présentées pour la première fois démontrant que la rapamycine peut activer la voie des phéromones et qu’une défectuosité dans cette voie cause la résistante à cette drogue.

Role of Reactive Gliosis and Neuroinflammation in Experimental Glaucoma

Le glaucome est la principale cause de cécité irréversible dans le monde. Chez les patients atteints de cette pathologie, la perte de la vue résulte de la mort sélective des cellules ganglionnaires (CGR) de la rétine ainsi que de la dégénérescence axonale. La pression intraoculaire élevée est considérée le facteur de risque majeur pour le développement de cette maladie. Les thérapies actuelles emploient des traitements pharmacologiques et/ou chirurgicaux pour diminuer la pression oculaire. Néanmoins, la perte du champ visuel continue à progresser, impliquant des mécanismes indépendants de la pression intraoculaire dans la progression de la maladie. Il a été récemment démontré que des facteurs neuroinflammatoires pourraient être impliqués dans le développement du glaucome. Cette réponse est caractérisée par une régulation positive des cytokines pro-inflammatoires, en particulier du facteur de nécrose tumorale alpha (TNFα). Cependant, le mécanisme par lequel le processus neuroinflammatoire agit sur la mort neuronale reste à clarifier. L’hypothèse principale de ce doctorat propose que les facteurs pro-inflammatoires comme le TNFα et la phosphodiestérase 4 (PDE4) interagissent avec les mécanismes moléculaires de la mort neuronale, favorisant ainsi la survie et la protection des CGRs au cours du glaucome. Dans la première partie de ma thèse, J’ai utilisé un modèle in vivo de glaucome chez des rats Brown Norway pour montrer que l’expression du TNFα est augmentée après l'induction de l'hypertension oculaire. L'hypothèse spécifique de cette étude suggère que les niveaux élevés de TNFα provoquent la mort des CGRs en favorisant l'insertion de récepteurs AMPA perméables au calcium (CP-AMPAR) à la membrane cytoplasmique. Pour tester cette hypothèse, j’ai utilisé un inhibiteur sélectif de la forme soluble du TNFα, le XPro1595. L'administration de cet agent pharmacologique a induit une protection significative des somas et des axones des neurones rétiniens. L'évaluation de la perméabilité au cobalt a montré que le TNFα soluble est impliqué dans l'insertion de CP-AMPAR à la membrane des CGRs lors du glaucome. L’exposition des neurones à une pression oculaire élevée est à l’origine de la hausse de la densité membranaire des CP-AMPARs, grâce à une diminution de l’expression de la sous-unité GluA2. La présence de GluA2 au sein du récepteur ne permet pas l’entrée du calcium à l’intérieur de la cellule. L'administration intraoculaire d’antagonistes spécifiques des CP-AMPARs promeut la protection des somas et des axones des CGRs. Ces résultats montrent que les CP-AMPARs jouent un rôle important dans la pathologie du glaucome. Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai caractérisé l'effet neuroprotecteur d’un inhibiteur de la PDE4, l’ibudilast, dans notre modèle de glaucome. L'hypothèse spécifique s’oriente vers une atténuation de la réponse neuroinflammatoire et de la gliose par l’administration d’ibudilast, favorisant ainsi la protection neuronale. Les résultats montrent que dans les rétines glaucomateuses, l’ibudilast diminue la gliose et l'expression de plusieurs facteurs tels que le TNFα, l'interleukine-1β (IL-1β), l’interleukine-6 (IL-6) et le facteur inhibiteur de la migration des macrophages (MIF). Chez les rats glaucomateux, nous avons observé une expression notable de PDE4A dans les cellules de Müller, qui est en corrélation avec l'accumulation de l’AMP cyclique (AMPc) dans ces cellules après un traitement d’ibudilast. Finalement, nous avons démontré que la protection des CGRs via l’administration d’ibudilast est un mécanisme dépendent de l’AMPc et de la protéine kinase A (PKA). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse identifient deux mécanismes différents impliqués dans la perte des CGRs au cours du glaucome. Ces mécanismes pourraient fournir des perspectives potentielles pour le développement de nouvelles stratégies de traitement du glaucome.

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.

Role of phosphatidylinositol 3-kinase pathway (PI3K/Akt) in humans

The signaling pathway of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) is critical in many aspects of growth and cell survival. The path of PI3K is stimulated physiologically as a result of many growth factors and regulatory factors. Several genetic alterations such as amplification, mutation and chromosomal arrangements may compromise the PI3K pathway, generating permanent activation in different cancer types have found evidence of these deleterious genetic modifications. Abnormal activation of the PI3K pathway results in alteration of the control mechanisms of growth and cell survival, which favors the competitive growth, and frequently metastatic capacity, greater resistance to treatment. The aim of this paper is to review matters relating to the operation of the PI3K/Akt signaling pathway and its role in the process of carcinogenesis in humans.

Nerve terminal GABAA receptors activate Ca2+/calmodulin-dependent signaling to inhibit voltage-gated Ca2+ influx and glutamate release

-Aminobutyric acid type A (GABAA) receptors, a family of Cl-permeable ion channels, mediate fast synaptic inhibition as postsynaptically enriched receptors for -aminobutyric acid at GABAergic synapses. Here we describe an alternative type of inhibition mediated byGABAA receptors present on neocortical glutamatergic nerve terminals and examine the underlying signaling mechanism(s). By monitoring the activity of the presynaptic CaM kinase II/synapsin I signaling pathway in isolated nerve terminals, we demonstrate that GABAA receptor activation correlated with an increase in basal intraterminal [Ca2]i. Interestingly, this activation of GABAA receptors resulted in a reduction of subsequent depolarization-evoked Ca2 influx, which thereby led to an inhibition of glutamate release. To investigate how the observed GABAA receptor-mediated modulation operates, we determined the sensitivity of this process to the Na-K-2Cl cotransporter 1 antagonist bumetanide, as well as substitution of Ca2 with Ba2, or Ca2/calmodulin inhibition by W7. All of these treatments abolished the modulation by GABAA receptors. Application of selective antagonists of voltage-gated Ca2 channels (VGCCs) revealed that the GABAA receptor-mediated modulation of glutamate release required the specific activity of L- and R-type VGCCs. Crucially, the inhibition of release by these receptors was abolished in terminals isolated from R-type VGCC knock-out mice. Together, our results indicate that a functional coupling between nerve terminal GABAA receptors and L- or R-type VGCCs is mediated by Ca2/calmodulin-dependent signaling. This mechanism provides a GABA-mediated control of glutamatergic synaptic activity by a direct inhibition of glutamate release.

Syk-Dependent Cytokine Induction by Dectin-1 Reveals a Novel Pattern Recognition Pathway for C Type Lectins

Pattern-recognition receptors (PRRs) detect molecular signatures of microbes and initiate immune responses to infection. Prototypical PRRs such as Toll-like receptors (TLRs) signal via a conserved pathway to induce innate response genes. In contrast, the signaling pathways engaged by other classes of putative PRRs remain ill defined. Here, we demonstrate that the β-glucan receptor Dectin-1, a yeast binding C type lectin known to synergize with TLR2 to induce TNFα and IL-12, can also promote synthesis of IL-2 and IL-10 through phosphorylation of the membrane proximal tyrosine in the cytoplasmic domain and recruitment of Syk kinase. syk−/− dendritic cells (DCs) do not make IL-10 or IL-2 upon yeast stimulation but produce IL-12, indicating that the Dectin-1/Syk and Dectin-1/TLR2 pathways can operate independently. These results identify a novel signaling pathway involved in pattern recognition by C type lectins and suggest a potential role for Syk kinase in regulation of innate immunity.

Bone morphogenetic proteins (BMP)-4,-6, and-7 potently suppress basal and luteinizing hormone-induced androgen production by bovine theca interna cells in primary culture: Could ovarian hyperandrogenic dysfunction be caused by a defect in thecal BMP signaling?

We reported recently that bovine theca interna cells in primary culture express several type-I and type-II receptors for bone morphogenetic proteins (BMPs). The same cells express at least two potential ligands for these receptors (BMP-4 and - 7), whereas bovine granulosa cells and oocytes express BMP-6. Therefore, BMPs of intrafollicular origin may exert autocrine/paracrine actions to modulate theca cell function. Here we report that BMP-4, - 6, and - 7 potently suppress both basal ( P < 0.0001; respective IC50 values, 0.78, 0.30, and 1.50 ng/ml) and LH-induced ( P < 0.0001; respective IC50 values, 5.00, 0.55, and 4.55 ng/ml) androgen production by bovine theca cells while having only a moderate effect on progesterone production and cell number. Semiquantitative RT-PCR showed that all three BMPs markedly reduced steady-state levels of mRNA for P450c17. Levels of mRNA encoding steroidogenic acute regulatory protein, P450scc, and 3 beta-hydroxysteroid dehydrogenase were also reduced but to a much lesser extent. Immunocytochemistry confirmed a marked reduction in cellular content of P450c17 protein after BMP treatment ( P < 0.001). Exposure to BMPs led to cellular accumulation of phosphorylated Smad1, but not Smad2, confirming that the receptors signal via a Smad1 pathway. The specificity of the BMP response was further explored by coincubating cells with BMPs and several potential BMP antagonists, chordin, gremlin, and follistatin. Gremlin and chordin were found to be effective antagonists of BMP-4 and - 7, respectively, and the observation that both antagonists enhanced ( P < 0.01) androgen production in the absence of exogenous BMP suggests an autocrine/paracrine role for theca-derived BMP- 4 and - 7 in modulating androgen production. Collectively, these data indicate that an intrafollicular BMP signaling pathway contributes to the negative regulation of thecal androgen production and that ovarian hyperandrogenic dysfunction could be a result of a defective autoregulatory pathway involving thecal BMP signaling.

Ingestion of quercetin inhibits platelet aggregation and essential components of the collagen-stimulated platelet activation pathway in humans

Background: Quercetin, a flavonoid present in the human diet, which is found in high levels in onions, apples, tea and wine, has been shown previously to inhibit platelet aggregation and signaling in vitro. Consequently, it has been proposed that quercetin may contribute to the protective effects against cardiovascular disease of a diet rich in fruit and vegetables. Objectives: A pilot human dietary intervention study was designed to investigate the relationship between the ingestion of dietary quercetin and platelet function. Methods: Human subjects ingested either 150 mg or 300 mg quercetin-4'-O-beta-D-glucoside Supplement to determine the systemic availability of quercetin. Platelets were isolated from subjects to analyse collagen-stimulated cell signaling and aggregation. Results: Plasma quercetin concentrations peaked at 4.66 mum (+/-0.77) and 9.72mum (+/-1.38) 30min after ingestion of 150-mg and 300-mg doses of quercefin-4'-O-beta-D-glucoside, respectively, demonstrating that quercetin was bioavailable, with plasma concentrations attained in the range known to affect platelet function in vitro. Platelet aggregation was inhibited 30 and 120 min after ingestion of both doses of quercetin-4'-O-beta-D-glucoside. Correspondingly, collagen-stimulated tyrosine phosphorylation of total platelet proteins was inhibited. This was accorripanied by reduced tyrosine phosphorylation of the tyrosine kinase Syk and phospholipase Cgamma2, components of the platelet glycoprotein VI collagen receptor signaling pathway. Conclusions: This study provides new evidence of the relatively high systemic availability of quercetin in the form of quercetin-4'-O-beta-D-glucoside by supplementation, and implicates quercetin as a dietary inhibitor of platelet cell signaling and thrombus formation.

Light modulates the melanophore response to alpha-MSH in Xenopus laevis: An analysis of the signal transduction crosstalk mechanisms involved

Melanin granule (melanosome) dispersion within Xenopus laevis melanophores is evoked either by light or alpha-MSH. We have previously demonstrated that the initial biochemical steps of light and alpha-MSH signaling are distinct, since the increase in cAMP observed in response to alpha-MSH was not seen after light exposure. cAMP concentrations in response to alpha-MSH were significantly lower in cells pre-exposed to light as compared to the levels in dark-adapted melanophores. Here we demonstrate the presence of an adenylyl cyclase (AC) in the Xenopus melanophore, similar to the mammalian type IX which is inhibited by Ca(2+)-calmodulin-activated phosphatase. This finding supports the hypothesis that the cyclase could be negatively modulated by a light-promoted Ca(2+) increase. In fact, the activity of calcineurin PP2B phosphatase was increased by light, which could result in AC IX inhibition, thus decreasing the response to alpha-MSH. St-Ht31, a disrupting agent of protein kinase A (PKA)-anchoring kinase A protein (AKAP) complex totally blocked the melanosome dispersing response to alpha-MSH, but did not impair the photo-response in Xenopus melanophores. Sequence comparison of a melanophore AKAP partial clone with GenBank sequences showed that the anchoring protein was a gravin-like adaptor previously sequenced from Xenopus non-pigmentary tissues. Co-immunoprecipitation of Xenopus AKAP and the catalytic subunit of PKA demonstrated that PKA is associated with AKAP and it is released in the presence of alpha-MSH. We conclude that in X laevis melanophores, AKAP12 (gravin-like) contains a site for binding the inactive PKA thus compartmentalizing PKA signaling and also possesses binding sites for PKC. Light diminishes alpha-MSH-induced increase of cAMP by increasing calcineurin (PP2B) activity, which in turn inhibits adenylyl cyclase type IX, and/or by activating PKC, which phosphorylates the gravin-like molecule, thus destabilizing its binding to the cell membrane. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Augmentation of insulin secretion by leucine supplementation in malnourished rats: possible involvement of the phosphatidylinositol 3-phosphate kinase/mammalian target protein of rapamycin pathway

A regimen of low-protein diet induces a reduction of pancreatic islet function that is associated with development of metabolic disorders including diabetes and obesity afterward. In the present study, the influence of leucine supplementation on metabolic parameters, insulin secretion to glucose and to amino acids, as well as the levels of proteins that participate in the phosphatidylinositol 3-phosphate kinase (PI3K) pathway was investigated in malnourished rats. Four groups were fed with different diets for 12 weeks: a normal protein diet (17%) without (NP) or with leucine supplementation (NPL) or a low (6%)-protein diet without (LP) or with leucine supplementation (LPL). Leucine was given in the drinking water during the last 4 weeks. As indicated by the intraperitoneal glucose tolerance test, LPL rats exhibited increased glucose tolerance as compared with NPL group. Both NPL and LPL rats had higher circulating insulin levels than controls. The LPL rats also showed increased insulin secretion by pancreatic islets in response to glucose or arginine compared with those observed in islets from LP animals. Glucose oxidation was significantly reduced in NPL, LP, and LPL isolated islets as compared with NP; but no alteration was observed for leucine and glutamate oxidation among the 4 groups. Western blotting analysis demonstrated increased PI3K and mammalian target protein of rapamycin protein contents in LPL compared with LP islets. A significant increase in insulin-induced insulin receptor substrate I associated PI3K activation was also observed in LPL compared with LP islets. These findings indicate that leucine supplementation can augment islet function in malnourished rats and that activation of the PI3K/maminalian target protein of rapamycin pathway may play a role in this process. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Exogenous insulin stimulates glycogen accumulation in Rhipicephalus (Boophilus) microplus embryo cell line BME26 via PI3K/AKT pathway

Ticks are obligatory blood-feeding arthropods and important vectors of both human and animal disease agents. Besides its metabolic role, insulin signaling pathway (ISP) is widely described as crucial for vertebrate and invertebrate embryogenesis, development and cell survival. In such cascade, Phosphatidylinositol 3-OH Kinase (PI3K) is hierarchically located upstream Protein Kinase B (PKB). To study the insulin-triggered pathway and its possible roles during embryogenesis we used a culture of embryonic Rhipicephalus microplus cells (BME26). Exogenous insulin elevated cell glycogen content in the absence of fetal calf serum (FCS) when compared to cells without treatment. Moreover, in the presence of PI3K inhibitors (Wortmannin or LY294002) these effects were blocked. We observed an increase in the relative expression level of PI3K`s regulatory subunit (p85), as determined by qRT-PCR. In the presence of PI3K inhibitors these effects on transcription were also reversed. Additionally, treatment with Wortmannin increased the expression level of the insulin-regulated downstream target glycogen synthase kinase 3 beta (GSK3 beta). The p85 subunit showed elevated transcription levels in ovaries from fully engorged females, but was differentially expressed during tick embryogenesis. These results strongly suggest the presence of an insulin responsive machinery in BME26 cells, and its correlation with carbohydrate/glycogen metabolism also during embryogenesis. (C) 2009 Published by Elsevier Inc.

Transcriptional regulation of the Na(+)/H(+) exchanger NHE3 by chronic exposure to angiotensin II in renal epithelial cells

Angiotensin II (Ang II) exerts an acute bimodal effect on proximal tubule NHE3: while low doses stimulate the exchanger, high doses inhibit it. In the present study, we have investigated the chronic effects of Ang II on NHE3 expression and transcriptional regulation. Treatment of a tubular epithelial cell line, OKP, with Ang II 10(-11) M significantly increased NHE protein expression and mRNA levels, without evidence of bimodal effect. No change in mRNA half-life was detected, but transient transfection studies showed a significant increase in NHE3 promoter activity. Binding sites for Sp1/Egr-1 and AP2 transcription factors of the NHE3 proximal promoter were mutated and we observed that the Sp1/Egr-1 binding site integrity is necessary for Ang II stimulatory effects. Inhibition of cytochrome P450, PI3K, PKA and MAPK pathways prevented the Ang II stimulatory effect on the NHE3 promoter activity. Taking all the results together, our data reveal that chronic Ang II treatment exerts a stimulatory effect on NHE3 expression and promoter activity. The Ang II up-regulation of the NHE3 promoter activity appears to involve the Sp1/Egr-1 binding site and the interplay of several intracellular signaling pathways. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Density-Profile Processes Describing Biological Signaling Networks: Almost Sure Convergence to Deterministic Trajectories

We introduce jump processes in R(k), called density-profile processes, to model biological signaling networks. Our modeling setup describes the macroscopic evolution of a finite-size spin-flip model with k types of spins with arbitrary number of internal states interacting through a non-reversible stochastic dynamics. We are mostly interested on the multi-dimensional empirical-magnetization vector in the thermodynamic limit, and prove that, within arbitrary finite time-intervals, its path converges almost surely to a deterministic trajectory determined by a first-order (non-linear) differential equation with explicit bounds on the distance between the stochastic and deterministic trajectories. As parameters of the spin-flip dynamics change, the associated dynamical system may go through bifurcations, associated to phase transitions in the statistical mechanical setting. We present a simple example of spin-flip stochastic model, associated to a synthetic biology model known as repressilator, which leads to a dynamical system with Hopf and pitchfork bifurcations. Depending on the parameter values, the magnetization random path can either converge to a unique stable fixed point, converge to one of a pair of stable fixed points, or asymptotically evolve close to a deterministic orbit in Rk. We also discuss a simple signaling pathway related to cancer research, called p53 module.