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.

Mass spectrometry as a tool to dissect the role of chromatin assembly factors in regulating nucleosome assembly

L'assemblage des nucléosomes est étroitement couplée à la synthèse des histones ainsi qu’à la réplication et la réparation de l’ADN durant la phase S. Ce processus implique un mécanisme de contrôle qui contribue soigneusement et de manière régulée à l’assemblage de l’ADN en chromatine. L'assemblage des nucléosomes durant la synthèse de l’ADN est crucial et contribue ainsi au maintien de la stabilité génomique. Cette thèse décrit la caractérisation par spectrométrie de masse(SM) des protéines jouant un rôle critique dans l’assemblage et le maintien de la structure chromatinienne. Plus précisément, la phosphorylation de deux facteurs d’assemblage des nucléosome, le facteur CAF-1, une chaperone d’histone qui participe à l'assemblage de la chromatine spécifiquement couplée à la réplication de l'ADN, ainsi que le complexe protéique Hir, jouant de plus un rôle important dans la régulation transcriptionelle des gènes d’histones lors de la progression normale du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l'ADN, a été examiné. La caractérisation des sites de phosphorylation par SM nécéssite la séparation des protéines par éléctrophorèse suivi d’une coloration a l’argent. Dans le chapitre 2, nous demontrons que la coloration à l’argent induit un artéfact de sulfatation. Plus précisément, cet artéfact est causé par un réactif spécifiquement utilisé lors de la coloration. La sulfatation présente de fortes similitudes avec la phosphorylation. Ainsi, l’incrément de masse observé sur les peptides sulfatés et phosphorylés (+80 Da) nécéssite des instruments offrant une haute résolution et haute précision de masse pour différencier ces deux modifications. Dans les chapitres 3 et 4, nous avons d’abord démontré par SM que Cac1, la plus grande sous-unité du facteur CAF-1, est cible de plusieurs sites de phosphorylation. Fait intéréssant, certains de ces sites contiennent des séquences consensus pour les kinases Cdc7-Dbf4 et CDKs. Ainsi, ces résultats fournissent les premières évidences que CAF-1 est potentiellement régulé par ces deux kinases in vivo. La fonction de tous les sites de phosphorylation identifiés a ensuite été évaluée. Nous avons démontré que la phosphorylation de la Ser-503, un site consensus de la DDK, est essentielle à la répréssion transcriptionelle des gènes au niveau des télomères. Cependant, cette phosphorylation ne semble pas être nécéssaire pour d’autres fonctions connues de CAF-1, indiquant que le blocage de la phsophorylation de Cac1 Ser-503 affecte spécifiquement la fonction de CAF-1 aux structures hétérochromatiques des télomères. Ensuite, nous avons identifiés une intéraction physique entre CAF-1 et Cdc7-Dbf4. Des études in vitro ont également demontré que cette kinase phosphoryle spécifiquement Cac1 Ser-503, suggérant un rôle potential pour la kinase Cdc7-Dbf4 dans l’assemblage et la stabilité de la structure hétérochromatique aux télomères. Finalement, les analyses par SM nous ont également permi de montrer que la sous-unité Hpc2 du complexe Hir est phosphorylée sur plusieurs sites consensus des CDKs et de Cdc7-Dbf4. De plus, la quantification par SM d’un site spécifique de phosphorylation de Hpc2, la Ser-330, s’est révélée être fortement induite suite à l’activation du point de contrôle de réplication (le “checkpoint”) suite au dommage a l’ADN. Nous montrons que la Ser-330 de Hpc2 est phopshorylée par les kinases de point de contrôle de manière Mec1/Tel1- et Rad53-dépendante. Nos données préliminaires suggèrent ainsi que la capacité du complex Hir de réguler la répréssion transcriptionelle des gènes d'histones lors de la progression du cycle cellulaire normal et en réponse au dommage de l'ADN est médiée par la phosphorylation de Hpc2 par ces deux kinases. Enfin, ces deux études mettent en évidence l'importance de la spectrométrie de masse dans la caractérisation des sites de phosphorylation des protéines, nous permettant ainsi de comprendre plus précisement les mécanismes de régulation de l'assemblage de la chromatine et de la synthèse des histones.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.

The Role of ULK1 in the Pathophysiology of Osteoarthritis

L'arthrose est la maladie musculo-squelettique la plus commune dans le monde. Elle est l'une des principales causes de douleur et d’incapacité chez les adultes, et elle représente un fardeau considérable sur le système de soins de santé. L'arthrose est une maladie de l’articulation entière, impliquant non seulement le cartilage articulaire, mais aussi la synoviale, les ligaments et l’os sous-chondral. L’arthrose est caractérisée par la dégénérescence progressive du cartilage articulaire, la formation d’ostéophytes, le remodelage de l'os sous-chondral, la détérioration des tendons et des ligaments et l'inflammation de la membrane synoviale. Les traitements actuels aident seulement à soulager les symptômes précoces de la maladie, c’est pour cette raison que l'arthrose est caractérisée par une progression presque inévitable vers la phase terminale de la maladie. La pathogénie exacte de l'arthrose est encore inconnue, mais on sait que l'événement clé est la dégradation du cartilage articulaire. Le cartilage articulaire est composé uniquement des chondrocytes; les cellules responsables de la synthèse de la matrice extracellulaire et du maintien de l'homéostasie du cartilage articulaire. Les chondrocytes maintiennent la matrice du cartilage en remplaçant les macromolécules dégradées et en répondant aux lésions du cartilage et aux dégénérescences focales en augmentant l'activité de synthèse locale. Les chondrocytes ont un taux faible de renouvellement, c’est pour cette raison qu’ils utilisent des mécanismes endogènes tels que l'autophagie (un processus de survie cellulaire et d’adaptation) pour enlever les organelles et les macromolécules endommagés et pour maintenir l'homéostasie du cartilage articulaire. i L'autophagie est une voie de dégradation lysosomale qui est essentielle pour la survie, la différenciation, le développement et l’homéostasie. Elle régule la maturation et favorise la survie des chondrocytes matures sous le stress et des conditions hypoxiques. Des études effectuées par nous et d'autres ont montré qu’un dérèglement de l’autophagie est associé à une diminution de la chondroprotection, à l'augmentation de la mort cellulaire et à la dégénérescence du cartilage articulaire. Carames et al ont montré que l'autophagie est constitutivement exprimée dans le cartilage articulaire humain normal. Toutefois, l'expression des inducteurs principaux de l'autophagie est réduite dans le vieux cartilage. Nos études précédentes ont également identifié des principaux gènes de l’autophagie qui sont exprimés à des niveaux plus faibles dans le cartilage humain atteint de l'arthrose. Les mêmes résultats ont été montrés dans le cartilage articulaire provenant des modèles de l’arthrose expérimentaux chez la souris et le chien. Plus précisément, nous avons remarqué que l'expression d’Unc-51 like kinase-1 (ULK1) est faible dans cartilage humain atteint de l'arthrose et des modèles expérimentaux de l’arthrose. ULK1 est la sérine / thréonine protéine kinase et elle est l’inducteur principal de l’autophagie. La perte de l’expression de ULK1 se traduit par un niveau d’autophagie faible. Etant donné qu’une signalisation adéquate de l'autophagie est nécessaire pour maintenir la chondroprotection ainsi que l'homéostasie du cartilage articulaire, nous avons proposé l’hypothèse suivante : une expression adéquate de ULK1 est requise pour l’induction de l’autophagie dans le cartilage articulaire et une perte de cette expression se traduira par une diminution de la chondroprotection, et une augmentation de la mort des chondrocytes ce qui conduit à la dégénérescence du cartilage articulaire. Le rôle exact de ULK1 dans la pathogénie de l'arthrose est inconnue, j’ai alors créé pour la première fois, des souris KO ULK1spécifiquement dans le cartilage en utilisant la technologie Cre-Lox et j’ai ensuite soumis ces souris à la déstabilisation du ménisque médial (DMM), un modèle de l'arthrose de la souris pour élucider le rôle spécifique in vivo de ULK1 dans pathogenèse de l'arthrose. Mes résultats montrent que ULK1 est essentielle pour le maintien de l'homéostasie du cartilage articulaire. Plus précisément, je montre que la perte de ULK1 dans le cartilage articulaire a causé un phénotype de l’arthrose accéléré, associé à la dégénérescence accélérée du cartilage, l’augmentation de la mort cellulaire des chondrocytes, et l’augmentation de l'expression des facteurs cataboliques. En utilisant des chondrocytes provenant des patients atteints de l’arthrose et qui ont été transfectées avec le plasmide d'expression ULK1, je montre qu’ULK1 est capable de réduire l’expression de la protéine mTOR (principal régulateur négatif de l’autophagie) et de diminuer l’expression des facteurs cataboliques comme MMP-13 et ADAMTS-5 et COX-2. Mes résultats jusqu'à présent indiquent que ULK1 est une cible thérapeutique potentielle pour maintenir l'homéostasie du cartilage articulaire.

Absence of Melatonin Induces Night-Time Hepatic Insulin Resistance and Increased Gluconeogenesis Due to Stimulation of Nocturnal Unfolded Protein Response

It is known that the circadian rhythm in hepatic phosphoenolpyruvate carboxykinase expression (a limiting catalytic step of gluconeogenesis) and hepatic glucose production is maintained by both daily oscillation in autonomic inputs to the liver and night feeding behavior. However, increased glycemia and reduced melatonin (Mel) levels have been recently shown to coexist in diabetic patients at the end of the night period. In parallel, pinealectomy (PINX) is known to cause glucose intolerance with increased basal glycemia exclusively at the end of the night. The mechanisms that underlie this metabolic feature are not completely understood. Here, we demonstrate that PINX rats show night-time hepatic insulin resistance characterized by reduced insulin-stimulated RAC-alpha serine/threonine-protein kinase phosphorylation and increased phosphoenolpyruvate carboxykinase expression. In addition, PINX rats display increased conversion of pyruvate into glucose at the end of the night. The regulatory mechanism suggests the participation of unfolded protein response (UPR), because PINX induces night-time increase in activating transcription factor 6 expression and prompts a circadian fashion of immunoglobulin heavy chain-binding protein, activating transcription factor 4, and CCAAT/enhancer-binding protein-homologous protein expression with Zenith values at the dark period. PINX also caused a night-time increase in Tribble 3 and regulatory-associated protein of mammalian target of rapamycin; both were reduced in liver of PINX rats treated with Mel. Treatment of PINX rats with 4-phenyl butyric acid, an inhibitor of UPR, restored night-time hepatic insulin sensitivity and abrogated gluconeogenesis in PINX rats. Altogether, the present data show that a circadian oscillation of UPR occurs in the liver due to the absence of Mel. The nocturnal UPR activation is related with night-time hepatic insulin resistance and increased gluconeogenesis in PINX rats. (Endocrinology 152: 1253-1263, 2011)

UPR induces transient burst of apoptosis in islets of early lactating rats through reduced AKT phosphorylation via ATF4/CHOP stimulation of TRB3 expression

Bromati CR, Lellis-Santos C, Yamanaka TS, Nogueira TC, Leonelli M, Caperuto LC, Gorjao R, Leite AR, Anhe GF, Bordin S. UPR induces transient burst of apoptosis in islets of early lactating rats through reduced AKT phosphorylation via ATF4/CHOP stimulation of TRB3 expression. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 300: R92-R100, 2011. First published November 10, 2010; doi:10.1152/ajpregu.00169.2010.-Endocrine pancreas from pregnant rats undergoes several adaptations that comprise increase in beta-cell number, mass and insulin secretion, and reduction of apoptosis. Lactogens are the main hormones that account for these changes. Maternal pancreas, however, returns to a nonpregnant state just after the delivery. The precise mechanism by which this reversal occurs is not settled but, in spite of high lactogen levels, a transient increase in apoptosis was already reported as early as the 3rd day of lactation (L3). Our results revealed that maternal islets displayed a transient increase in DNA fragmentation at L3, in parallel with decreased RAC-alpha serine/threonine-protein kinase (AKT) phosphorylation (pAKT), a known prosurvival kinase. Wortmannin completely abolished the prosurvival action of prolactin (PRL) in cultured islets. Decreased pAKT in L3-islets correlated with increased Tribble 3 (TRB3) expression, a pseudokinase inhibitor of AKT. PERK and eIF2 alpha phosphorylation transiently increased in islets from rats at the first day after delivery, followed by an increase in immunoglobulin heavy chain-binding protein (BiP), activating transcription factor 4 (ATF4), and C/EBP homologous protein (CHOP) in islets from L3 rats. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) and Re-ChIP experiments further confirmed increased binding of the heterodimer ATF4/CHOP to the TRB3 promoter in L3 islets. Treatment with PBA, a chemical chaperone that inhibits UPR, restored pAKT levels and inhibited the increase in apoptosis found in L3. Moreover, PBA reduced CHOP and TRB3 levels in beta-cell from L3 rats. Altogether, our study collects compelling evidence that UPR underlies the physiological and transient increase in beta-cell apoptosis after delivery. The UPR is likely to counteract prosurvival actions of PRL by reducing pAKT through ATF4/CHOP-induced TRB3 expression.

UPR-mediated TRIB3 expression correlates with reduced AKT phosphorylation and inability of interleukin 6 to overcome palmitate-induced apoptosis in RINm5F cells

Unfolded protein response (UPR)-mediated pancreatic beta-cell death has been described as a common mechanism by which palmitate (PA) and pro-inflammatory cytokines contribute to the development of diabetes. There are evidences that interleukin 6 (IL6) has a protective action against beta-cell death induced by proinflammatory cytokines; the effects of IL6 on PA-induced apoptosis have not been investigated yet. In the present study, we have demonstrated that PA selectively disrupts IL6-induced RAC-alpha serine/threonine-protein kinase (AKT) activation without interfering with signal transducer and activator of transcription 3 phosphorylation in RINm5F cells. The inability of IL6 to activate AKT in the presence of PA correlated with an inefficient protection against PA-induced apoptosis. In contrast to PA, IL6 efficiently reduced apoptosis induced by pro-inflammatory cytokines. In addition, we have demonstrated that IL6 is unable to overcome PA-stimulated UPR, as assessed by activating transcription factor 4 (ATF4) andC/EBP homologous protein (CHOP) expression, X-box binding protein-1 gene mRNA splicing, and pancreatic eukaryotic initiation factor-2 alpha kinase phosphorylation, whereas no significant induction of UPR by pro-inflammatory cytokines was detected. This unconditional stimulation of UPR and apoptosis by PA was accompanied by the stimulation of CHOP and tribble3 (TRIB3) expression, irrespective of the presence of IL6. These findings suggest that IL6 is unable to protect pancreatic beta-cells from PA-induced apoptosis because it does not repress UPR activation. In this way, CHOP and ATF4 might mediate PA-induced TRIB3 expression and, by extension, the suppression of IL6 activation of pro-survival kinase AKT. Journal of Endocrinology (2010) 206, 183-193

Reduced pancreatic β-cell mass is associated with decreased FoxO1 and Erk1/2 protein phosphorylation in low-protein malnourished rats

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Low ethanol consumption induces enhancement of insulin sensitivity in liver of normal rats

Moderate amounts of alcohol intake have been reported to have a protective effect on the cardiovascular system and this may involve enhanced insulin sensitivity. We established an animal model of increased insulin sensitivity by low ethanol consumption and here we investigated metabolic parameters and molecular mechanisms potentially involved in this phenomenon. For that, Wistar rats have received drinking water either without (control) or with 3% ethanol for four weeks. The effect of ethanol intake on insulin sensitivity was analyzed by insulin resistance index (HOMA-IR), intravenous insulin tolerance test (IVITT) and lipid profile. The role of liver was investigated by the analysis of insulin signaling pathway, GLUT2 gene expression and tissue glycogen content. Rats consuming 3% ethanol showed lower values of HOMA-IR and plasma free fatty acids (FFA) levels and higher hepatic glycogen content and glucose disappearance constant during the IVITT. Neither the phosphorylation of insulin receptor (IR) and insulin receptor substrate-1 (IRS-1), nor its association with phosphatidylinositol-3-kinase (PI3-kinase), was affected by ethanol. However, ethanol consumption enhanced liver IRS-2 and protein kinase B (Akt) phosphorylation (3 times, P < 0.05), which can be involved in the 2-fold increased (P < 0.05) hepatic glycogen content. The GLUT2 protein content was unchanged. Our findings point out that liver plays a role in enhanced insulin sensitivity induced by low ethanol consumption. © 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

O efeito da melatonina na angiogênese e metástase de linhagens de carcinoma epidermóide bucal

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeitos da ingestão de simbiótico e indol-3-carbinol sobre o processo de carcinogênese química de cólon em ratos Wistar alimentados com dieta contendo heme

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Secretin receptor promotes the proliferation of endocrine tumor cells via the PI3K/AKT pathway

The secretin receptor (SR), a G protein-coupled receptor, mediates the effects of the gastrointestinal hormone secretin on digestion and water homeostasis. Recently, high SR expression has been observed in pancreatic ductal adenocarcinomas, cholangiocellular carcinomas, gastrinomas, and bronchopulmonary carcinoid tumors. Receptor overexpression associates with enhanced secretin-mediated signaling, but whether this molecule plays an independent role in tumorigenesis is currently unknown. We recently discovered that pheochromocytomas developing in rats affected by the MENX (multiple endocrine neoplasia-like) syndrome express at very high-level Sctr, encoding SR. We here report that SR are also highly abundant on the membranes of rat adrenal and extraadrenal pheochromocytoma, starting from early stages of tumor development, and are functional. PC12 cells, the best characterized in vitro pheochromocytoma model, also express Sctr at high level. Thus, we used them as model to study the role of SR in neoplastic transformation. Small interfering RNA-mediated knockdown of Sctr decreases PC12 cells proliferation and increases p27 levels. The proproliferative effect of SR in PC12 cells is mediated, in part, by the phosphatidylinositol 3 kinase (PI3K)/serine-threonine protein kinase (AKT) pathway. Transfection of Sctr in Y1 adrenocortical carcinoma cells, expressing low endogenous levels of Sctr, stimulates cell proliferation also, in part, via the PI3K/AKT signaling cascade. Because of the link between SR and PI3K/AKT signaling, tumor cells expressing high levels of the receptor (MENX-associated primary pheochromocytoma and NCI-H727 human bronchopulmonary carcinoid cells) respond well and in a SR-dependent manner to PI3K inhibitors, such as NVP-BEZ235. The association between SR levels and response to PI3K inhibition might open new avenues for the treatment of tumors overexpressing this receptor.

Nutrient-responsive mTOR signalling grows on Sterile ground

The control of cell growth, that is cell size, is largely controlled by mTOR (the mammalian target of rapamycin), a large serine/threonine protein kinase that regulates ribosome biogenesis and protein translation. mTOR activity is regulated both by the availability of growth factors, such as insulin/IGF-1 (insulin-like growth factor 1), and by nutrients, notably the supply of certain key amino acids. The last few years have seen a remarkable increase in our understanding of the canonical, growth factor-regulated pathway for mTOR activation, which is mediated by the class I PI3Ks (phosphoinositide 3-kinases), PKB (protein kinase B), TSC1/2 (the tuberous sclerosis complex) and the small GTPase, Rheb. However, the nutrient-responsive input into mTOR is important in its own right and is also required for maximal activation of mTOR signalling by growth factors. Despite this, the details of the nutrient-responsive signalling pathway(s) controlling mTOR have remained elusive, although recent studies have suggested a role for the class III PI3K hVps34. In this issue of the Biochemical Journal, Findlay et al. demonstrate that the protein kinase MAP4K3 [mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase-3, a Ste20 family protein kinase also known as GLK (germinal centre-like kinase)] is a new component of the nutrient-responsive pathway. MAP4K3 activity is stimulated by administration of amino acids, but not growth factors, and this is insensitive to rapamycin, most likely placing MAP4K3 upstream of mTOR. Indeed, MAP4K3 is required for phosphorylation of known mTOR targets such as S6K1 (S6 kinase 1), and overexpression of MAP4K3 promotes the rapamycin-sensitive phosphorylation of these same targets. Finally, knockdown of MAP4K3 levels causes a decrease in cell size. The results suggest that MAP4K3 is a new component in the nutrient-responsive pathway for mTOR activation and reveal a completely new function for MAP4K3 in promoting cell growth. Given that mTOR activity is frequently deregulated in cancer, there is much interest in new strategies for inhibition of this pathway. In this context, MAP4K3 looks like an attractive drug target since inhibitors of this enzyme should switch off mTOR, thereby inhibiting cell growth and proliferation, and promoting apoptosis.

DAPK2 is a novel E2F1/KLF6 target gene involved in their proapoptotic function

Death-associated protein kinase 2 (DAPK2) belongs to a family of proapoptotic Ca(2+)/calmodulin-regulated serine/threonine kinases. We recently identified DAPK2 as an enhancing factor during granulocytic differentiation. To identify transcriptional DAPK2 regulators, we cloned 2.7 kb of the 5'-flanking region of the DAPK2 gene. We found that E2F1 and Krüppel-like factor 6 (KLF6) strongly activate the DAPK2 promoter. We mapped the E2F1 and KLF6 responsive elements to a GC-rich region 5' of exon 1 containing several binding sites for KLF6 and Sp1 but not for E2F. Moreover, we showed that transcriptional activation of DAPK2 by E2F1 and KLF6 is dependent on Sp1 using Sp1/KLF6-deficient insect cells, mithramycin A treatment to block Sp1-binding or Sp1 knockdown cells. Chromatin immunoprecipitation revealed recruitment of Sp1 and to lesser extent that of E2F1 and KLF6 to the DAPK2 promoter. Activation of E2F1 in osteosarcoma cells led to an increase of endogenous DAPK2 paralleled by cell death. Inhibition of DAPK2 expression resulted in significantly reduced cell death upon E2F1 activation. Similarly, KLF6 expression in H1299 cells increased DAPK2 levels accompanied by cell death that is markedly decreased upon DAPK2 knockdown. Moreover, E2F1 and KLF6 show cooperation in activating the DAPK2 promoter. In summary, our findings establish DAPK2 as a novel Sp1-dependent target gene for E2F1 and KLF6 in cell death response.

Aurora kinases as anticancer drug targets

The human aurora family of serine-threonine kinases comprises three members, which act in concert with many other proteins to control chromosome assembly and segregation during mitosis. Aurora dysfunction can cause aneuploidy, mitotic arrest, and cell death. Aurora kinases are strongly expressed in a broad range of cancer types. Aurora A expression in tumors is often associated with gene amplification, genetic instability, poor histologic differentiation, and poor prognosis. Aurora B is frequently expressed at high levels in a variety of tumors, often coincidently with aurora A, and expression level has also been associated with increased genetic instability and clinical outcome. Further, aurora kinase gene polymorphisms are associated with increased risk or early onset of cancer. The expression of aurora C in cancer is less well studied. In recent years, several small-molecule aurora kinase inhibitors have been developed that exhibit preclinical activity against a wide range of solid tumors. Preliminary clinical data from phase I trials have largely been consistent with cytostatic effects, with disease stabilization as the best response achieved in solid tumors. Objective responses have been noted in leukemia patients, although this might conceivably be due to inhibition of the Abl kinase. Current challenges include the optimization of drug administration, the identification of potential biomarkers of tumor sensitivity, and combination studies with cytotoxic drugs. Here, we summarize the most recent preclinical and clinical data and discuss new directions in the development of aurora kinase inhibitors as antineoplastic agents.