Identification of cyclins A1, E1 and vimentin as downstream targets of heme oxygenase-1 in vascular endothelial growth factor-mediated angiogenesis

Angiogenesis is an essential physiological process and an important factor in disease pathogenesis. However, its exploitation as a clinical target has achieved limited success and novel molecular targets are required. Although heme oxygenase-1 (HO-1) acts downstream of vascular endothelial growth factor (VEGF) to modulate angiogenesis, knowledge of the mechanisms involved remains limited. We set out identify novel HO-1 targets involved in angiogenesis. HO-1 depletion attenuated VEGF-induced human endothelial cell (EC) proliferation and tube formation. The latter response suggested a role for HO-1 in EC migration, and indeed HO-1 siRNA negatively affected directional migration of EC towards VEGF; a phenotype reversed by HO-1 over-expression. EC from Hmox1(-/-) mice behaved similarly. Microarray analysis of HO-1-depleted and control EC exposed to VEGF identified cyclins A1 and E1 as HO-1 targets. Migrating HO-1-deficient EC showed increased p27, reduced cyclin A1 and attenuated cyclin-dependent kinase 2 activity. In vivo, cyclin A1 siRNA inhibited VEGF-driven angiogenesis, a response reversed by Ad-HO-1. Proteomics identified structural protein vimentin as an additional VEGF-HO-1 target. HO-1 depletion inhibited VEGF-induced calpain activity and vimentin cleavage, while vimentin silencing attenuated HO-1-driven proliferation. Thus, vimentin and cyclins A1 and E1 represent VEGF-activated HO-1-dependent targets important for VEGF-driven angiogenesis.

Histone deacetylase inhibitors specifically kill nonproliferating tumour cells

Conventional chemotherapeutic drugs target proliferating cells, relying on often small differences in drug sensitivity of tumour cells compared to normal tissue to deliver a therapeutic benefit. Consequently, they have significant limiting toxicities and greatly reduced efficacy against nonproliferating compared to rapidly proliferating tumour cells. This lack of selectivity and inability to kill nonproliferating cells that exist in tumours with a low mitotic index are major failings of these drugs. A relatively new class of anticancer drugs, the histone deacetylase inhibitors (HDI), are selectively cytotoxic, killing tumour and immortalized cells but normal tissue appears resistant. Treatment of tumour cells with these drugs causes both G1 phase cell cycle arrest correlated with increase p21 expression, and cell death, but even the G1 arrested cells died although the onset of death was delayed. We have extended these observations using cells that were stably arrested by either serum starvation or expression of the cyclin-dependent kinase inhibitor p16(ink4a). We report that histone deacetylase inhibitors have similar cytotoxicity towards both proliferating and arrested tumour and immortalized cells, although the onset of apoptosis is delayed by 24 h in the arrested cells. Both proliferating and arrested normal cells are unaffected by HDI treatment. Thus, the histone deacetylase inhibitors are a class of anticancer drugs that have the desirable features of being tumour-selective cytotoxic drugs that are equally effective in killing proliferating and nonproliferating tumour cells and immortalized cells. These drugs have enormous potential for the treatment of not only rapidly proliferating tumours, but tumours with a low mitotic index.

Unlocking pathology archives for molecular genetic studies: a reliable method to generate probes for chromogenic and fluorescent in situ hybridization

Chromogenic (CISH) and fluorescent ( FISH) in situ hybridization have emerged as reliable techniques to identify amplifications and chromosomal translocations. CISH provides a spatial distribution of gene copy number changes in tumour tissue and allows a direct correlation between copy number changes and the morphological features of neoplastic cells. However, the limited number of commercially available gene probes has hindered the use of this technique. We have devised a protocol to generate probes for CISH that can be applied to formalin-fixed, paraffin-embedded tissue sections (FFPETS). Bacterial artificial chromosomes ( BACs) containing fragments of human DNA which map to specific genomic regions of interest are amplified with phi 29 polymerase and random primer labelled with biotin. The genomic location of these can be readily confirmed by BAC end pair sequencing and FISH mapping on normal lymphocyte metaphase spreads. To demonstrate the reliability of the probes generated with this protocol, four strategies were employed: (i) probes mapping to cyclin D1 (CCND1) were generated and their performance was compared with that of a commercially available probe for the same gene in a series of 10 FFPETS of breast cancer samples of which five harboured CCND1 amplification; (ii) probes targeting cyclin-dependent kinase 4 were used to validate an amplification identified by microarray-based comparative genomic hybridization (aCGH) in a pleomorphic adenoma; (iii) probes targeting fibroblast growth factor receptor 1 and CCND1 were used to validate amplifications mapping to these regions, as defined by aCGH, in an invasive lobular breast carcinoma with FISH and CISH; and (iv) gene-specific probes for ETV6 and NTRK3 were used to demonstrate the presence of t(12; 15)(p12; q25) translocation in a case of breast secretory carcinoma with dual colour FISH. In summary, this protocol enables the generation of probes mapping to any gene of interest that can be applied to FFPETS, allowing correlation of morphological features with gene copy number.

Inhibition of S/G(2) phase CDK4 reduces mitotic fidelity

Cyclin-dependent kinase 4 (CDK4)/cyclin D has a key role in regulating progression through late G(1) into S phase of the cell cycle. CDK4-cyclin D complexes then persist through the latter phases of the cell cycle, although little is known about their potential roles. We have developed small molecule inhibitors that are highly selective for CDK4 and have used these to define a role for CDK4-cyclin D in G(2) phase. The addition of the CDK4 inhibitor or small interfering RNA knockdown of cyclin D3, the cyclin D partner, delayed progression through G(2) phase and mitosis. The G(2) phase delay was independent of ATM/ATR and p38 MAPK but associated with elevated Wee1. The mitotic delay was because of failure of chromosomes to migrate to the metaphase plate. However, cells eventually exited mitosis, with a resultant increase in cells with multiple or micronuclei. Inhibiting CDK4 delayed the expression of the chromosomal passenger proteins survivin and borealin, although this was unlikely to account for the mitotic phenotype. These data provide evidence for a novel function for CDK4-cyclin D3 activity in S and G(2) phase that is critical for G(2)/M progression and the fidelity of mitosis.

The role of redox signaling in the molecular mechanism of tamoxifen resistance in breast cancer.

The emergence of tamoxifen or aromatase inhibitor resistance is a major problem in the treatment of breast cancer. The molecular signaling mechanism of antiestrogen resistance is not clear. Understanding the mechanisms by which resistance to these agents arise could have major clinical implications for preventing or circumventing it. Therefore, in this dissertation we have investigated the molecular mechanisms underlying antiestrogen resistance by studying the contributions of reactive oxygen species (ROS)-induced redox signaling pathways in antiestrogen resistant breast cancer cells. Our hypothesis is that the conversion of breast tumors to a tamoxifen-resistant phenotype is associated with a progressive shift towards a pro-oxidant environment of cells as a result of oxidative stress. The hypothesis of this dissertation was tested in an in vitro 2-D cell culture model employing state of the art biochemical and molecular techniques, including gene overexpression, immunoprecipitation, Western blotting, confocal imaging, ChIP, Real-Time RT-PCR, and anchorage-independent cell growth assays. We observed that tamoxifen (TAM) acts like both an oxidant and an antioxidant. Exposure of tamoxifen resistant LCC2 cell to TAM or 17 beta-estradiol (E2) induced the formation of reactive oxidant species (ROS). The formation of E2-induced ROS was inhibited by co-treatment with TAM, similar to cells pretreated with antioxidants. In LCC2 cells, treatments with either E2 or TAM were capable of inducing cell proliferation which was then inhibited by biological and chemical antioxidants. Exposure of LCC2 cells to tamoxifen resulted in a decrease in p27 expression. The LCC2 cells exposed to TAM showed an increase in p27 phosphorylation on T157 and T187. Conversely, antioxidant treatment showed an increase in p27 expression and a decrease in p27 phosphorylation on T157 and T187 in TAM exposed cells which were similar to the effects of Fulvestrant. In line with previous studies, we showed an increase in the binding of cyclin E-Cdk2 and in the level of p27 in TAM exposed cells that overexpressed biological antioxidants. Together these findings highly suggest that lowering the oxidant state of antiestrogen resistant LCC2 cells, increases LCC2 susceptibility to tamoxifen via the cyclin dependent kinase inhibitor p27.

Functional analysis of the ATM-p53-p21 pathway in the LRF CLL4 trial: blockade at the level of p21 is associated with short response duration.

PURPOSE: This study sought to establish whether functional analysis of the ATM-p53-p21 pathway adds to the information provided by currently available prognostic factors in patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) requiring frontline chemotherapy. EXPERIMENTAL DESIGN: Cryopreserved blood mononuclear cells from 278 patients entering the LRF CLL4 trial comparing chlorambucil, fludarabine, and fludarabine plus cyclophosphamide were analyzed for ATM-p53-p21 pathway defects using an ex vivo functional assay that uses ionizing radiation to activate ATM and flow cytometry to measure upregulation of p53 and p21 proteins. Clinical endpoints were compared between groups of patients defined by their pathway status. RESULTS: ATM-p53-p21 pathway defects of four different types (A, B, C, and D) were identified in 194 of 278 (70%) samples. The type A defect (high constitutive p53 expression combined with impaired p21 upregulation) and the type C defect (impaired p21 upregulation despite an intact p53 response) were each associated with short progression-free survival. The type A defect was associated with chemoresistance, whereas the type C defect was associated with early relapse. As expected, the type A defect was strongly associated with TP53 deletion/mutation. In contrast, the type C defect was not associated with any of the other prognostic factors examined, including TP53/ATM deletion, TP53 mutation, and IGHV mutational status. Detection of the type C defect added to the prognostic information provided by TP53/ATM deletion, TP53 mutation, and IGHV status. CONCLUSION: Our findings implicate blockade of the ATM-p53-p21 pathway at the level of p21 as a hitherto unrecognized determinant of early disease recurrence following successful cytoreduction.

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

Regulation of mitotic BubR1 phosphorylation by the BubR1 pseudokinase domain

BubR1 est une protéine importante dans le point de contrôle de la mitose pour la stabilisation des interactions entre kinétochores et microtubules (KT-MT). Ces fonctions protègent de la ségrégation anormale des chromosomes et de l’instabilité du génome. BubR1 possède des sites de phosphorylation mitotique hautement conservés dans le domaine régulant l’attachement des kinétochores (KARD), où S676 et S670 sont phosphorylées respectivement par la kinase polo-like 1 (Plk1) et par la kinase cycline-dépendante 1 (Cdk1). Ces sites de phosphorylation sont essentiels pour le recrutement de la phosphatase PP2A-B56, qui stabilise les interactions KT-MT. Nos résultats montrent que la délétion entière ou des mutations qui déstabilisent le domaine pseudokinase de BubR1, causent la perte de phosphorylation des résidus S676 et S670 en mitose. Notre hypothèse est que le domaine pseudokinase de BubR1 peut jouer un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation du KARD et donc dans la stabilisation des interactions KT-MT.

Bcl-xL (S49) and (S62) sequential phosphorylation/dephosphorylation during mitosis prevents chromosome instability and aneuploidy

Une caractéristique intéressante de la protéine Bcl-xL est la présence d'un domaine en boucle non-structurée entre les hélices α1 and α2 de la protéine. Ce domaine protéique n'est pas essentiel pour sa fonction anti-apoptotique et absent chez CED-9, la protéine orthologue chez Caenorhabditis elegans. A l'intérieur de ce domaine, Bcl-xL subit une phosphorylation et déphosphorylation dynamique sur les résidus Ser49 et Ser62 en phase G2 du cycle cellulaire et lors de la mitose. Lorsque ces résidus sont mutés et les protéines exprimées dans des cellules cancéreuses, les cellules démontrent plusieurs défauts mitotiques liés à l'instabilité chromosomique. Pour analyser les effets de Bcl-xL Ser49 et Ser62 dans les cellules normales, les présentes études ont été réalisées dans des cellules diploïdes humaines normales, et in vivo chez Caenorhabditis elegans. Dans une première étude, nous avons utilisé la lignée cellulaire de cellules fibroblastiques diploïdes humaines normales BJ, exprimant Bcl-xL (type sauvage), (S49A), (S49D), (S62A), (S62D) et les double (S49/62A) et (S49/62D) mutants. Les cellules exprimant les mutants de phosphorylation ont montré des cinétiques de doublement de la population cellulaire réduites. Ces effets sur la cinétique de doublement de la population cellulaire corrèle avec l'apparition de la sénescence cellulaire, sans impact sur les taux de mort cellulaire. Ces cellules sénescentes affichent des phénotypes typiques de sénescence associés notamment à haut niveau de l'activité β-galactosidase associée à la sénescence, la sécrétion d' interleukine-6, l'activation de p53 et de p21WAF1/ Cip1, un inhibiteur des complexes kinase cycline-dépendant, ainsi que la formation de foyers de chromatine nucléaire associés à γH2A.X. Les analyses de fluorescence par hybridation in situ et des caryotypes par coloration au Giemsa ont révélé que l'expression des mutants de phosphorylation de Bcl-xL provoquent de l'instabilité chromosomique et l'aneuploïdie. Ces résultats suggèrent que les cycles de phosphorylation et déphosphorylation dynamiques de Bcl-xL Ser49 et Ser62 sont importants dans le maintien de l'intégrité des chromosomes lors de la mitose dans les cellules normales. Dans une deuxième étude, nous avons entrepris des expériences chez Caenorhabditis elegans pour comprendre l'importance des résidus Ser49 et Ser62 de Bcl-xL in vivo. Les vers transgéniques portant les mutations de Bcl-xL (S49A, S62A, S49D, S62D et S49/62A) ont été générés et leurs effets ont été analysés sur les cellules germinales des jeunes vers adultes. Les vers portant les mutations de Bcl-xL ont montré une diminution de ponte et d'éclosion des oeufs, des variations de la longueur de leurs régions mitotiques et des zones de transition, des anomalies chromosomiques à leur stade de diplotène, et une augmentation de l'apoptose des cellules germinales. Certaines de ces souches transgéniques, en particulier les variants Ser/Ala, ont également montré des variations de durée de vie par rapport aux vers témoins. Ces observations in vivo ont confirmé l'importance de Ser49 et Ser62 à l'intérieur du domaine à boucle de Bcl-xL pour le maintien de la stabilité chromosomique. Ces études auront une incidence sur les futures stratégies visant à développer et à identifier des composés qui pourraient cibler non seulement le domaine anti-apoptotique de la protéine Bcl-xL, mais aussi son domaine mitotique pour la thérapie du cancer.

Régulation de la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires par l’activation in vivo du récepteur natriurétique de type C.

Le remodelage vasculaire dû à l’hyper-prolifération cellulaire des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) observé chez les rats spontanément hypertendus (RSH) est associé à l’hypertension artérielle. Nous avons précédemment démontré que le traitement in vivo des RSH par l’agoniste spécifique du récepteur du peptide natriurétique de type C (NPR-C), le C-ANP4-23 atténue l’hyper-prolifération des CMLVs. Nous avons entrepris cette étude afin d’investiguer si l’effet antiprolifératif du C-ANP4-23 agit par l’entremise de l’inhibition de la surexpression des protéines du cycle cellulaire, et afin d’en explorer les mécanismes sous-jacents. Pour cette étude, des RSH et des rats Wistar Kyoto (WKYs) âgés de deux semaines ont été injectés en intra-péritonéale par le C-ANP4-23 de 2 jusqu’à 8 semaines d’âge, deux fois par semaine et sacrifiés à la 9ème semaine. La pression artérielle a été mesurée par méthode Queue-coiffe, la prolifération des CMLVs a été déterminée par incorporation de thymidine et par test MTT, et l’expression des protéines a été quant à elle déterminée par technique d’immunobuvardage de type Western. Les CMLVs des RSH ont démontré une prolifération élevée en comparaison avec celles des WKYs, et le traitement par le C-ANP4-23 a atténué l’hyperprolifération à un niveau de contrôle. De plus, la surexpression des cyclines D1/A/E, des kinases cyclines dépendantes 2 et 4 (cdk2, cdk4), de la forme phosphorylée de la protéine du rétinoblastome et des protéines Gαi des CMLV des RSH a été atténuée à un niveau de contrôle. Par ailleurs, l’hyperphosphorylation d’ERK1/2, AKT, EGF-R, PDGF-R, IGF-R et de c-Src a significativement diminué par le traitement au C-ANP4-23. En outre, le niveau élevé de l’anion superoxyde (O2-), l’activité de la NADP(H) oxydase et de ses sous unités chez les RSH ont été atténués par le C-ANP4-23 .Ces résultats indiquent que l’activation in vivo de NPR-C atténue la surexpression des protéines du cycle cellulaire via l’inhibition de l’activité élevée du stress oxydatif, de c-Src et de l’activation de EGF-R, PDGF- R, IGF-R, de la signalisation de MAPK et la surexpression des protéines Gαi résultant ainsi en l’inhibition de l’hyperprolifération des CMLVs des RSH. Ainsi, il peut être suggéré que le C-ANP4-23 pourrait être utilisé comme agent thérapeutique pour le traitement des complications vasculaires associées à l’hypertension et à l’athérosclérose.

Régulation de la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires par l’activation in vivo du récepteur natriurétique de type C

Le remodelage vasculaire dû à l’hyper-prolifération cellulaire des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs) observé chez les rats spontanément hypertendus (RSH) est associé à l’hypertension artérielle. Nous avons précédemment démontré que le traitement in vivo des RSH par l’agoniste spécifique du récepteur du peptide natriurétique de type C (NPR-C), le C-ANP4-23 atténue l’hyper-prolifération des CMLVs. Nous avons entrepris cette étude afin d’investiguer si l’effet antiprolifératif du C-ANP4-23 agit par l’entremise de l’inhibition de la surexpression des protéines du cycle cellulaire, et afin d’en explorer les mécanismes sous-jacents. Pour cette étude, des RSH et des rats Wistar Kyoto (WKYs) âgés de deux semaines ont été injectés en intra-péritonéale par le C-ANP4-23 de 2 jusqu’à 8 semaines d’âge, deux fois par semaine et sacrifiés à la 9ème semaine. La pression artérielle a été mesurée par méthode Queue-coiffe, la prolifération des CMLVs a été déterminée par incorporation de thymidine et par test MTT, et l’expression des protéines a été quant à elle déterminée par technique d’immunobuvardage de type Western. Les CMLVs des RSH ont démontré une prolifération élevée en comparaison avec celles des WKYs, et le traitement par le C-ANP4-23 a atténué l’hyperprolifération à un niveau de contrôle. De plus, la surexpression des cyclines D1/A/E, des kinases cyclines dépendantes 2 et 4 (cdk2, cdk4), de la forme phosphorylée de la protéine du rétinoblastome et des protéines Gαi des CMLV des RSH a été atténuée à un niveau de contrôle. Par ailleurs, l’hyperphosphorylation d’ERK1/2, AKT, EGF-R, PDGF-R, IGF-R et de c-Src a significativement diminué par le traitement au C-ANP4-23. En outre, le niveau élevé de l’anion superoxyde (O2-), l’activité de la NADP(H) oxydase et de ses sous unités chez les RSH ont été atténués par le C-ANP4-23 .Ces résultats indiquent que l’activation in vivo de NPR-C atténue la surexpression des protéines du cycle cellulaire via l’inhibition de l’activité élevée du stress oxydatif, de c-Src et de l’activation de EGF-R, PDGF- R, IGF-R, de la signalisation de MAPK et la surexpression des protéines Gαi résultant ainsi en l’inhibition de l’hyperprolifération des CMLVs des RSH. Ainsi, il peut être suggéré que le C-ANP4-23 pourrait être utilisé comme agent thérapeutique pour le traitement des complications vasculaires associées à l’hypertension et à l’athérosclérose.

PTEN modulates cell cycle progression and cell survival by regulating phosphatidylinositol 3,4,5,-trisphosphate and Akt/protein kinase B signaling pathway

To investigate the molecular basis of PTEN-mediated tumor suppression, we introduced a null mutation into the mouse Pten gene by homologous recombination in embryonic stem (ES) cells. Pten−/− ES cells exhibited an increased growth rate and proliferated even in the absence of serum. ES cells lacking PTEN function also displayed advanced entry into S phase. This accelerated G1/S transition was accompanied by down-regulation of p27KIP1, a major inhibitor for G1 cyclin-dependent kinases. Inactivation of PTEN in ES cells and in embryonic fibroblasts resulted in elevated levels of phosphatidylinositol 3,4,5,-trisphosphate, a product of phosphatidylinositol 3 kinase. Consequently, PTEN deficiency led to dosage-dependent increases in phosphorylation and activation of Akt/protein kinase B, a well-characterized target of the phosphatidylinositol 3 kinase signaling pathway. Akt activation increased Bad phosphorylation and promoted Pten−/− cell survival. Our studies suggest that PTEN regulates the phosphatidylinositol 3,4,5,-trisphosphate and Akt signaling pathway and consequently modulates two critical cellular processes: cell cycle progression and cell survival.

Inactivation of calcium-activated chloride channels in smooth muscle by calcium/calmodulin-dependent protein kinase

To determine the mechanisms responsible for the termination of Ca2+-activated Cl− currents (ICl(Ca)), simultaneous measurements of whole cell currents and intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i) were made in equine tracheal myocytes. In nondialyzed cells, or cells dialyzed with 1 mM ATP, ICl(Ca) decayed before the [Ca2+]i decline, whereas the calcium-activated potassium current decayed at the same rate as [Ca2+]i. Substitution of AMP-PNP or ADP for ATP markedly prolonged the decay of ICl(Ca), resulting in a rate of current decay similar to that of the fall in [Ca2+]i. In the presence of ATP, dialysis of the calmodulin antagonist W7, the Ca2+/calmodulin-dependent kinase II (CaMKII) inhibitor KN93, or a CaMKII-specific peptide inhibitor the rate of ICl(Ca) decay was slowed and matched the [Ca2+]i decline, whereas H7, a nonspecific kinase inhibitor with low affinity for CaMKII, was without effect. When a sustained increase in [Ca2+]i was produced in ATP dialyzed cells, the current decayed completely, whereas in cells loaded with 5′-adenylylimidodiphosphate (AMP-PNP), KN93, or the CaMKII inhibitory peptide, ICl(Ca) did not decay. Slowly decaying currents were repeatedly evoked in ADP- or AMP-PNP-loaded cells, but dialysis of adenosine 5′-O-(3-thiotriphosphate) or okadaic acid resulted in a smaller initial ICl(Ca), and little or no current (despite a normal [Ca2+]i transient) with a second stimulation. These data indicate that CaMKII phosphorylation results in the inactivation of calcium-activated chloride channels, and that transition from the inactivated state to the closed state requires protein dephosphorylation.

Structural basis for specificity and potency of a flavonoid inhibitor of human CDK2, a cell cycle kinase.

The central role of cyclin-dependent kinases (CDKs) in cell cycle regulation makes them a promising target for studying inhibitory molecules that can modify the degree of cell proliferation. The discovery of specific inhibitors of CDKs such as polyhydroxylated flavones has opened the way to investigation and design of antimitotic compounds. A novel flavone, (-)-cis-5,7-dihydroxyphenyl-8-[4-(3-hydroxy-1-methyl)piperidinyl] -4H-1-benzopyran-4-one hydrochloride hemihydrate (L868276), is a potent inhibitor of CDKs. A chlorinated form, flavopiridol, is currently in phase I clinical trials as a drug against breast tumors. We determined the crystal structure of a complex between CDK2 and L868276 at 2.33 angstroms resolution and refined to an Rfactor 20.3%. The aromatic portion of the inhibitor binds to the adenine-binding pocket of CDK2, and the position of the phenyl group of the inhibitor enables the inhibitor to make contacts with the enzyme not observed in the ATP complex structure. The analysis of the position of this phenyl ring not only explains the great differences of kinase inhibition among the flavonoid inhibitors but also explains the specificity of L868276 to inhibit CDK2 and CDC2.