Suppression of ras-mediated transformation and inhibition of tumor growth and angiogenesis by anthrax lethal factor, a proteolytic inhibitor of multiple MEK pathways

Lethal factor is a protease, one component of Bacillus anthracis exotoxin, which cleaves many of the mitogen-activated protein kinase kinases (MEKs). Given the importance of MEK signaling in tumorigenesis, we assessed the effects of anthrax lethal toxin (LeTx) on tumor cells. LeTx was very effective in inhibiting mitogen-activated protein kinase activation in V12 H-ras-transformed NIH 3T3 cells. In vitro, treatment of transformed cells with LeTx caused them to revert to a nontransformed morphology, and inhibited their abilities to form colonies in soft agar and to invade Matrigel without markedly affecting cell proliferation. In vivo, LeTx inhibited growth of ras-transformed cells implanted in athymic nude mice (in some cases causing tumor regression) at concentrations that caused no apparent animal toxicity. Unexpectedly, LeTx also greatly decreased tumor neovascularization. These results demonstrate that LeTx potently inhibits ras-mediated tumor growth and is a potential antitumor therapeutic.

Phosphorylation and microtubule association of the Opitz syndrome protein mid-1 is regulated by protein phosphatase 2A via binding to the regulatory subunit α4

Opitz syndrome (OS) is a human genetic disease characterized by deformities such as cleft palate that are attributable to defects in embryonic development at the midline. Gene mapping has identified OS mutations within a protein called Mid1. Wild-type Mid1 predominantly colocalizes with microtubules, in contrast to mutant versions of Mid1 that appear clustered in the cytosol. Using yeast two-hybrid screening, we found that the α4-subunit of protein phosphatases 2A/4/6 binds Mid1. Epitope-tagged α4 coimmunoprecipitated endogenous or coexpressed Mid1 from COS7 cells, and this required only the conserved C-terminal region of α4. Localization of Mid1 and α4 was influenced by one another in transiently transfected cells. Mid1 could recruit α4 onto microtubules, and high levels of α4 could displace Mid1 into the cytosol. Metabolic 32P labeling of cells showed that Mid1 is a phosphoprotein, and coexpression of full-length α4 decreased Mid1 phosphorylation, indicative of a functional interaction. Association of green fluorescent protein–Mid1 with microtubules in living cells was perturbed by inhibitors of MAP kinase activation. The conclusion is that Mid1 association with microtubules, which seems important for normal midline development, is regulated by dynamic phosphorylation involving MAP kinase and protein phosphatase that is targeted specifically to Mid1 by α4. Human birth defects may result from environmental or genetic disruption of this regulatory cycle.

Perturbation of the Nucleus: A Novel Hog1p-independent, Pkc1p-dependent Consequence of Hypertonic Shock in Yeast

Hypertonic shock of Saccharomyces cerevisiae activates the Hog1p MAP kinase cascade. In contrast, protein kinase C (Pkc1p) and the “cell integrity” MAP kinase cascade are critical for the response to hypotonic shock. We observed that hypertonic shock transiently relocated many, but not all, nuclear and nucleolar proteins to the cytoplasm. We hypothesized that the relocation of nuclear proteins was due to activation of the Hog1p kinase cascade, yet, surprisingly, Hog1p was not required for these effects. In contrast, Pkc1p kinase activity was required, although the Pkc1p MAP kinase cascade and several factors known to lie upstream and downstream of Pkc1p were not. Moreover, sudden induction of a hyperactive form of Pkc1p was sufficient to relocate nuclear proteins. Taken together, these observations show that the scope of involvement of Pkc1p in the organization of the nucleus considerably exceeds what has been characterized previously. The relocation of nuclear proteins is likely to account for the profound inhibition of RNA synthesis that was observed during hypertonic shock.

Critical role for the docking-protein FRS2α in FGF receptor-mediated signal transduction pathways

The docking protein FRS2α has been implicated as a mediator of signaling via fibroblast growth factor receptors (FGFRs). We have demonstrated that targeted disruption of FRS2α gene causes severe impairment in mouse development resulting in embryonal lethality at E7.0–E7.5. Experiments with FRS2α-deficient fibroblasts demonstrate that FRS2α plays a critical role in FGF-induced mitogen-activated protein (MAP) kinase stimulation, phosphatidylinositol-3 (PI-3) kinase activation, chemotactic response, and cell proliferation. Following FGF stimulation, tyrosine phosphorylated FRS2α functions as a site for coordinated assembly of a multiprotein complex that includes Gab1 and the effector proteins that are recruited by this docking protein. Furthermore, we demonstrate that different tyrosine phosphorylation sites on FRS2α are responsible for mediating different FGF-induced biological responses. These experiments establish the central role of FRS2α in signaling via FGFRs and demonstrate that FRS2α mediates multiple FGFR-dependent signaling pathways critical for embryonic development.

G protein beta gamma subunits stimulate phosphorylation of Shc adapter protein.

The mechanism of mitogen-activated protein (MAP) kinase activation by pertussis toxin-sensitive Gi-coupled receptors is known to involve the beta gamma subunits of heterotrimeric G proteins (G beta gamma), p21ras activation, and an as-yet-unidentified tyrosine kinase. To investigate the mechanism of G beta gamma-stimulated p21ras activation, G beta gamma-mediated tyrosine phosphorylation was examined by overexpressing G beta gamma or alpha 2-C10 adrenergic receptors (ARs) that couple to Gi in COS-7 cells. Immunoprecipitation of phosphotyrosine-containing proteins revealed a 2- to 3-fold increase in the phosphorylation of two proteins of approximately 50 kDa (designated as p52) in G beta gamma-transfected cells or in alpha 2-C10 AR-transfected cells stimulated with the agonist UK-14304. The latter response was pertussis toxin sensitive. These proteins (p52) were also specifically immunoprecipitated with anti-Shc antibodies and comigrated with two Shc proteins, 46 and 52 kDa. The G beta gamma- or alpha 2-C10 AR-stimulated p52 (Shc) phosphorylation was inhibited by coexpression of the carboxyl terminus of beta-adrenergic receptor kinase (a G beta gamma-binding pleckstrin homology domain peptide) or by the tyrosine kinase inhibitors genistein and herbimycin A, but not by a dominant negative mutant of p21ras. Worthmannin, a specific inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) inhibited phosphorylation of p52 (Shc), implying involvement of PI3K. These results suggest that G beta gamma-stimulated Shc phosphorylation represents an early step in the pathway leading to p21ras activation, similar to the mechanism utilized by growth factor tyrosine kinase receptors.

L’importance de la coopération de TRAF1 et LSP1 en aval du récepteur 4-1BB(CD137) pour la survie des lymphocytes

4-1BB (CD137) est un membre de la superfamille TNFR qui est impliqué dans la transmission des signaux de survie aux lymphocytes. TRAF1 est une protéine adaptatrice qui est recrutée par 4-1BB et autres TNFRs et est caractérisée par une expression très restreinte aux lymphocytes, cellules dendritiques et certaines cellules épithéliales. TRAF1 est nécessaire pour l’expansion et la survie des cellules T mémoire en présence d'agonistes anti-4-1BB in vivo. De plus, TRAF1 est requise en aval de 4-1BB pour activer (phosphoryler) la MAP kinase Erk impliquée dans la régulation de la molécule pro-apoptotique Bim. Suite à l’activation du récepteur 4-1BB, TRAF1 et ERK sont impliqués dans la phosphorylation de Bim et la modulation de son expression. L’activation et la régulation de TRAF1 et Bim ont un rôle important dans la survie des cellules T CD8 mémoires. Dans cette étude, nous avons utilisé une approche protéomique afin de pouvoir identifier de nouveaux partenaires de liaison de TRAF1. Utilisant cette stratégie, nous avons identifié que LSP1 (Leukocyte Specific Protein 1) est recruté dans le complexe de signalisation 4-1BB de manière TRAF1 dépendante. Une caractérisation plus poussée de l’interaction entre TRAF1 et LSP1 a montré que LSP1 lie la région unique N-terminal de TRAF1 de façon indépendante de la région conservée C-terminal. À l’instar des cellules T déficientes en TRAF1, les cellules T déficientes en LSP1 ne sont pas capables d’activer ERK en aval de 4-1BB et par conséquent ne peuvent pas réguler Bim. Ainsi, TRAF1 et LSP1 coopèrent en aval de 4-1BB dans le but d’activer ERK et réguler en aval les niveaux de Bim dans les cellules T CD8. Selon la littérature, le récepteur 4-1BB n’est pas exprimé à la surface des cellules B murines, mais le récepteur 4-1BB favorise la prolifération et la survie des cellules B humaines. Cependant, il est important d'étudier l'expression du récepteur 4-1BB dans les cellules B murines afin de disposer d'un modèle murin et de prédire la réponse clinique à la manipulation de 4-1BB. En utilisant différentes stimulations de cellules B murines primaires, nous avons identifié que le récepteur 4-1BB est exprimé à la surface des cellules B de souris suite à une stimulation avec le LPS (Lipopolysaccharides). Une caractérisation plus poussée a montré que le récepteur 4-1BB est induit dans les cellules B murines d'une manière dépendante de TLR4 (Toll Like Receptor 4). Collectivement, notre travail a démontré que la stimulation avec le LPS induit l’expression du récepteur 4-1BB à la surface des cellules B murines, menant ainsi à l'induction de TRAF1. De plus, TRAF1 et LSP1 coopèrent en aval de 4-1BB pour activer la signalisation de la Map kinase ERK dans les cellules B murines de manière similaire aux cellules T. Les cellules B déficientes en TRAF1 et les cellules B déficientes en LSP1 ne sont pas en mesure d'activer la voie ERK en aval de 4-1BB et montrent un niveau d’expression du récepteur significativement diminué comparé aux cellules B d’une souris WT. Ainsi, TRAF1 et LSP1 sont nécessaires pour une expression maximale du récepteur 4-1BB à la surface cellulaire de cellules B murines et coopèrent en aval de 4-1BB afin d'activer la cascade ERK dans les cellules B murines.

The mitogenic signaling pathway for fibroblast growth factor-2 involves the tyrosine phosphorylation of cyclin D2 in MCF-7 human breast cancer cells

Fibroblast growth factor-2 (FGF-2) is mitogenic for the human breast cancer cell line MCF-7; here we investigate some of the signaling pathways subserving this activity. FGF-2 stimulation of MCF-7 cells resulted in a global increase of intracellular tyrosine phosphorylation of proteins, particularly FGF receptor substrate-2, the protooncogene product Src and the mitogen-activated protein kinase (MAP kinase) cascade, A major increase in the tyrosine phosphorylation of a 30-kDa protein species was also found. This protein was identified as cyclin D2 by mass spectrometry after trypsin digestion. Immunoprecipitation of cyclin D2 and immunoblotting with anti-phosphotyrosine antibodies confirmed that the tyrosine phosphorylation of cyclin D2 was indeed induced by FGF-2 stimulation. In addition, pharmacological inhibition of Src (with herbimycin A and PP2), and of the MAP kinase cascade (with PD98059), confirmed that Src activity is required for the FGF-2-induced phosphorylation of cyclin D2 whereas MAP kinase activity is not, Thus, tyrosine phosphorylation of cyclin D2 may be a hey regulatory target for FGF-2 signaling. (C) 2000 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Interventions against obesity through increased lipolysis in adipose tissue

Obesity is a disease of excess adiposity affecting> 17% of men and >20% of women in Britain. Clinically, it is defined by a Body Mass Index (BMI, kg/m2) of 2:30. Obesity is a confounding factor that promotes insulin resistance, hyperinsulinaemia and type 2 diabetes. Type 2 diabetes accounts for >90% of all cases of diabetes, with a prevalence of 2-6% of adults in most western societies, a majority of which are overweight or obese. Weight loss in obese patients reduces the risk of developing diabetes by >50%. This thesis has investigated the first part of a two-stage therapeutic intervention against obesity in which adipose tissue lipolysis will be combined with increased energy expenditure: the approach is also designed to consider agents that will benefit glycaemic control in coexistent obesity and diabetes by improving insulin sensitivity. Rodent and human in vitro models of adipocyte biology and skeletal muscle have been developed, characterised and evaluated. They include isolated epididymal and parametrial adipocytes of lean and obese diabetic ob/ob mice, cultured 3T3-Ll preadipocytes, isolated human omental and subcutaneous adipocytes and rat L6 cultured muscle cells. Compounds investigated for anti-obesity and anti-diabetic properties include M2 (sibutramine metabolite), 3-guanidinopropionic acid and mazindol. In vivo studies were undertaken to investigate these compounds further in lean and ob/ob mice. In vivo studies indicated that M2 and 3-guanidinopropionic acid reduced body weight gain in ob/ob mice. The three compounds increased lipolysis in adipocytes isolated from lean and ob/ob mice and human adipose depots. The direct action of these compounds was mediated via a pathway involving the f3 adrenoceptors and components of the lipolytic signalling pathway, including protein kinase A and p38 MAP kinase. In addition, M2 and mazindol were capable of increasing glucose uptake into insulin sensitive tissues. M2 and mazindol can act directly on adipose tissue and skeletal muscle to increase glucose uptake via a pathway involving new protein synthesis and activation of the glucose transporters. The M2-stimulated pathway is activated by the conversion of phosphatidylinositol bisphosphate to phosphatidylinositol trisphosphate by phosphatidylinositol 3-kinase. Thus, M2, mazindol and 3-GPA showed pharmacodynamic properties which suggested they might be potential therapeutic treatments for obesity and diabetes.

The role of heterodimerization between VEGFR-1 and VEGFR-2 in the regulation of endothelial cell homeostasis

VEGF-A activity is tightly regulated by ligand and receptor availability. Here we investigate the physiological function of heterodimers between VEGF receptor-1 (VEGFR-1; Flt-1) and VEGFR-2 (KDR; Flk-1) (VEGFR(1-2)) in endothelial cells with a synthetic ligand that binds specifically to VEGFR(1-2). The dimeric ligand comprises one VEGFR-2-specific monomer (VEGF-E) and a VEGFR-1-specific monomer (PlGF-1). Here we show that VEGFR(1-2) activation mediates VEGFR phosphorylation, endothelial cell migration, sustained in vitro tube formation and vasorelaxation via the nitric oxide pathway. VEGFR(1-2) activation does not mediate proliferation or elicit endothelial tissue factor production, confirming that these functions are controlled by VEGFR-2 homodimers. We further demonstrate that activation of VEGFR(1-2) inhibits VEGF-A-induced prostacyclin release, phosphorylation of ERK1/2 MAP kinase and mobilization of intracellular calcium from primary endothelial cells. These findings indicate that VEGFR-1 subunits modulate VEGF activity predominantly by forming heterodimer receptors with VEGFR-2 subunits and such heterodimers regulate endothelial cell homeostasis.

Residue-specific investigation of the relationship between oxidation and activity of a dual specificity phosphatase by mass spectrometry

Redox regulation of signalling pathways is critical in proliferation and apoptosis; redox imbalance can lead to pathologies such as inflammation and cancer. Vaccinia H1-related protein (VHR; DUSP3) is a dual-specificity phosphatase important in controlling MAP kinase activity during cell cycle. the active-site motif contains a cysteine that acts as a nucleophile during catalysis. We used VHR to investigate the effect of oxidation in vitro on phosphatase activity, with the aim of determining how the profile of site-specific modification related to catalytic activity. Recombinant human VHR was expressed in E. coli and purified using a GST-tag. Protein was subjected to oxidation with various concentrations of SIN-1 or tetranitromethane (TNM) as nitrating agents, or HOCl. the activity was assayed using either 3-O-methylfluorescein phosphate with fluorescence detection or PIP3 by phosphate release with malachite green. the sites of oxidation were mapped using HPLC coupled to tandem mass spectrometry on an ABSciex 5600TripleTOF following in-gel digestion. More than 25 different concentration-dependent oxidative modifications to the protein were detected, including oxidations of methionine, cysteine, histidine, lysine, proline and tyrosine, and the % oxidized peptide (versus unmodified peptide) was determined from the extracted ion chromatograms. Unsurprisingly, methionine residues were very susceptible to oxidation, but there was a significant different in the extent of their oxidation. Similarly, tyrosine residues varied greatly in their modifications: Y85 and Y138 were readily nitrated, whereas Y38, Y78 and Y101 showed little modification. Y138 must be phosphorylated for MAPK phosphatase activity, so this susceptibility impacts on signalling pathways. Di- and tri- oxidations of cysteine residues were observed, but did not correlate directly with loss of activity. Overall, the catalytic activity did not correlate with redox state of any individual residue, but the total oxidative load correlated with treatment concentration and activity. This study provides the first comprehensive analysis of oxidation modifications of VHR, and demonstrates both heterogenous oxidant effects and differential residue susceptibility in a signalling phosphatase.

Effet de la signalisation de ErbB2 et ErbB3 sur l'activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes et sur la prolifération cellulaire

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effet de la signalisation de ErbB2 et ErbB3 sur l'activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes et sur la prolifération cellulaire

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Seawater carbonate chemistry and echinoderm Asterias rubens biological processes during experiments, 2011

We compared effects of exposure to predicted near-future (2100) ocean acidification (OA; pH 7.7) and normal seawater (Control; pH 8.1) on immune and stress responses in the adult sea star Asterias rubens. Analyses were made after one week and after six months of continuous exposure. Following one week exposure to acidified water, the pH of coelomic fluid was significantly reduced. Levels of the chaperon Hsp70 were elevated while key cellular players in immunity, coelomocytes, were reduced by approximately 50%. Following long-term exposure (six months) levels of Hsp70 returned to control values, whereas immunity was further impaired, evidenced by the reduced phagocytic capacity of coelomocytes and inhibited activation of p38 MAP-kinase. Such impacts of reduced seawater pH may have serious consequences for resistance to pathogens in a future acidified ocean.

Rôles de deux corécepteurs impliqués dans le maintien des cellules T mémoires CD8+ et la maturation des cellules dendritiques

La reconnaissance d’un antigène présenté par les cellules présentatrices d’antigène induit la prolifération et la différenciation des lymphocytes T naïfs en lymphocytes T effecteurs et mémoires. Cette reconnaissance se fait par l’interaction du récepteur des cellules T (TCR) des lymphocytes T et le complexe CMH-peptide présent à la surface des DC. Cependant, des signaux additionnels sont requis, une meilleure activation des lymphocytes T implique des corécepteurs présents à la surface de ces deux types cellulaires. Après l’élimination de l’antigène, la plupart des lymphocytes T effecteurs vont mourir. Une petite population de lymphocytes T va persister pour se différencier en lymphocytes T mémoires capables de protéger l’organisme contre une réinfection. Les signaux qui contrôlent le maintien des lymphocytes T mémoires sont encore mal compris. Pour comprendre le rôle de la molécule de costimulation 4-1BB dans le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires, nous avons émis l’hypothèse que l’état de phosphorylation de la protéine adaptatrice TRAF1, qui se lie à 4-1BB, module le maintien des lymphocytes T CD8 mémoires. Ainsi, nous avons montré par des expériences de spectrométrie de masse que TRAF1 s’associe préférentiellement à TBK1 lorsqu’elle n’est pas phosphorylée. Nous avons aussi montré que la présence de TRAF1 est requise pour stabiliser TBK1 au récepteur 4-1BB après stimulation des lymphocytes T. Par ailleurs, les lymphocytes T CD8 OT-I TRAF1-/- reconstituées avec un mutant phospho-déficient de TRAF1 (S139A) et ensuite différenciées en lymphocytes T mémoires in vitro induisent une activation de la voie de signalisation NF-ĸB contrairement à ceux exprimant la forme phospho-mimétique de TRAF1 (S139D). Ces premières études démontrent l’importance de l’état de phosphorylation de TRAF1 en aval de 4-1BB dans les cellules T. Dans la seconde partie, nous avons évalué le rôle d’un autre corécepteur; la neuropiline 1, dans la maturation des DC. A cet effet, nous avons émis l’hypothèse que l’interaction de la neuropiline 1 et ses ligands contribuerait à la fonction des DC. Nous avons démontré que l’absence de la neuropiline 1 n’a pas d’effet sur la maturation au LPS des DC. Cependant, la présence du VEGF (un ligand de Nrp-1) inhibe la maturation des DC dérivées de la moelle osseuse. Notre étude a démontré que VEGF inhibe l’expression des molécules de costimulation, la sécrétion des cytokines pro inflammatoires et la signalisation TLR4 principalement les voies MAP Kinase et NF-ĸB. Contrairement aux résultats avec les cellules WT, VEGF n’est pas capable d’affecter la maturation, la sécrétion des cytokines et la signalisation TLR4 des DC Nrp1-Lyz où la neuropiline 1 est délétée. Ainsi, nos résultats ont démontré que VEGF inhibe la maturation des DC de façon Nrp1-dépendante. Enfin, l’analyse des molécules partenaires de la neuropiline 1 montre que Nrp1, VEGF et TLR4 se retrouvent dans le même complexe. Nos résultats démontrent que VEGF, en présence de la neuropiline 1 est capable d’interagir avec TLR4 pour inhiber la maturation des DC. Toutefois, en absence de la neuropiline1, VEGF n’est pas capable de recruter TLR4 pour réduire l’expression des molécules de costimulation. Ces études sur les corécepteurs pourraient être importantes dans l’élaboration de nouvelles approches vaccinales.

Caractérisation du rôle signalétique de la protéine de polarité CRB3 dans le cancer

Les épithéliums recouvrent l’ensemble des surfaces et des cavités internes du corps humain. Le fonctionnement des cellules épithéliales repose sur la répartition des constituants cellulaires au sein de compartiments distincts : un compartiment apical, un compartiment latéral, et un compartiment basal : c’est ce que l’on appelle la polarité apico-basale. Plus de 80 % des cancers proviennent d’un dérèglement des cellules épithéliales. De plus, la polarité épithéliale est perdue lors des stades avancés du cancer, suggérant qu’elle contribue activement à la progression tumorale. C’est pourquoi il apparaît crucial de mieux comprendre les mécanismes qui régulent la polarité épithéliale. La polarité est assurée par un ensemble de protéines réparties au sein des différents compartiments et agissant sous forme de modules très dynamiques. Un de ces modules est articulé autour de la protéine CRB3, qui agit comme un déterminant apical essentiel des cellules épithéliales. L’expression de CRB3 est perdue dans de nombreuses lignées cellulaires cancéreuses en culture, suggérant que CRB3 pourrait détenir des fonctions inhibitrices de certains processus liés à l’avancement tumoral. Cependant, l’impact fonctionnel de la perte de CRB3 dans ces lignées cancéreuses reste encore peu connu, tout comme les mécanismes signalétiques agissant en aval de CRB3. Les travaux présentés dans cette thèse mettent en lumière de nouvelles évidences concernant le rôle fonctionnel de la perte de CRB3 dans différentes lignées cellulaires cancéreuses. Plus précisément, nous montrons que CRB3 détient un rôle signalétique important lui conférant une fonction à la fois dans la morphogenèse épithéliale, mais également dans le maintien de l’intégrité épithéliale. Dans un premier temps, nous montrons que la ré-expression de CRB3 dans des cellules cancéreuses d’origine épithéliale permet le rétablissement d’une morphologie de type épithéliale, en lien avec l’organisation d’un réseau circonférentiel d’acto-myosine. Nous identifions également le sentier signalétique activé en aval de CRB3 et menant à l’activation de la petite GTPase RhoA, nécessaire au remodelage de la morphologie et du réseau d’acto-myosine des cellules cancéreuses. Ce sentier semble notamment jouer un rôle important en aval de CRB3 pour limiter la migration cellulaire. Ensuite, nous montrons que CRB3 contrôle différents sentiers signalétiques, et notamment la voie ERK MAP Kinase, une voie de signalisation fortement dérégulée dans le cancer. Bien que le rôle fonctionnel de cette régulation soit encore inconnu, elle pourrait contribuer à limiter la progression tumorale en aval de CRB3. Enfin, nous montrons que la perte d’expression de Crb3 chez la souris induit une mortalité périnatale associée à des défauts de morphogenèse épithéliale, indiquant que Crb3 est requise pour la viabilité des souris et le développement des structures épithéliales. L’ensemble de ces travaux contribue à une meilleure compréhension des mécanismes liant la perte de la polarité épithéliale à l’avancement du processus tumoral, et vise à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour lutter contre le développement de.cancers.