Role of the epithelial sodium channel (ENaC) and its positive regulator, the channel-activating protease 1 (CAP1) in skin

Summary: The mammalian epidermis is a pluristratified epithelium composed of 90% keratinocytes, and its main function is to serve as barrier for the body. The epithelial sodium channel (ENaC), formed by three homologous subunits α, β and γ is found in a variety of epithelia including epidermis. Previous studies showed that ENaC modulates different aspects of epidermal differentiation, such as synthesis of differentiation-specific proteins and lipid secretion. ENaC plays also a critical role in sodium homeostasis of renal and pulmonary epithelia, and its activity is thereby well controlled by hormones and non-hormonal factors, such as the serine protease CAP1 (channel-activating protease 1), also termed prostasin encoded by Prss8 gene. Serine proteases are proteolytic enzymes involved in numerous physiological and pathological processes in the epidermis. In order to evaluate the role of β and γENaC in epidermis, we analyzed the skin phenotype of β and γENaC null mutant (βENaC-/- and γENaC-/-) mice in comparison with the phenotype of αENaC-deficient mice. Furthermore, keratin14-specific CAP1-deficient mice (Prss8lox/Δ /K14-Cre) were generated in order to unveil the role of the serine protease CAP1 in epidermal development and function. This study reveals that the skin phenotype of βENaC and γENaC null mutant mice is less severe than the one of αENaC-deficient mice. However, all these mice present a common premature lipid secretion in the mid-granular layer of the epidermis. Further, the composition of the lipids of the stratum corneum in αENaC-deficient mice is strongly altered, suggesting that epidermal barrier function is compromised. K14-specific CAP1-deficient newborn mice are born at the expected Mendelian ratio, but die soon after birth, showing that CAP1 is required for postnatal survival. The epidermis of these mice exhibits striking malformations of the stratum corneum showing hyperkeratosis. These defects seriously affect both inward and outward epidermal barrier function, leading to rapid and fatal dehydration. As in αENaC-deficient mice, the lipid composition of the stratum corneum of K14-specific CAP1-deficient mice is disturbed. Furthermore, lack of CAP1 leads to the selective loss of filaggrin monomers, important for keratins aggregation and skin moisturization, and to an increased of aberrant profilaggrin precursors. In conclusion, both ENaC and CAP1 expression in the epidermis are crucial for keratinocyte differentiation processes and/or barrier function. Since the abnormalities in K14-specific CAP1-deficient mice resemble key features of human skin ichthyosis, in particular Harlequin ichthyosis, the study of ENaC and CAP1 mutant mice might allow new insights into mechanisms underlying skin diseases. Résumé: L'épiderme des mammifères est un épithélium pluristratifié, protégeant le corps contre les perturbations extérieures et la déshydratation. Le canal épithélial à sodium (ENaC), formé de trois sous-unités α, β et γ, est exprimé dans de nombreux épithélia, comme l'épiderme. Des études ont montré que l'absence de la sous-unité αENaC modulait différents aspects de la différenciation des kératinocytes de l'épiderme, comme la synthèse de protéines spécifiques ou la sécrétion de lipides dans la couche granulaire de l'épiderme. ENaC joue également un rôle crucial dans l'homéostasie du sodium dans les épithélia électriquement étanches, comme l'épithélium rénal ou pulmonaire. L'activité de ENaC est par conséquent finement régulée, en partie par des hormones, mais aussi par des facteurs non-hormonaux, telle que la sérine protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 >>) (nommée également prostasine et codée par le gène Prss8). Le but de ce travail a donc été d'étudier le rôle des sous-unités β et γENaC dans l'épiderme en comparaison avec celui de la sous-unité α en utilisant des souris mutantes βENaC-/- et γENaC-/-. Dans un deuxième temps, le phénotype d'une souris chez qui CAP1 a été spécifiquement invalidé dans l'épiderme (Prsslox/Δ/K14-Cre) a été analysé, dans le but de mettre en évidence le rôle de cette protéase dans l'épiderme. Comme déjà montré pour les souris αENaC-/-, la sécrétion des lipides dans la couche granulaire de l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/- est prématurée. Cependant, l'hyperplasie et l'expression anormale des protéines marqueurs de la différenciation présents chez les souris αENaC-/- n'ont pas été observés dans l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/-. La composition lipidique de la couche cornée des souris αENaC-/- est fortement altérée suggérant que la fonction de barrière de l'épiderme de ces souris est compromise. Les souris mutantes CAP1 ont quant à elles révélé des malformations sévères de leur couche cornée, affectant la fonction de barrière de leur épiderme et conduisant à la mort de ces souris par déshydratation quelques jours après leur naissance. De plus, la composition en lipides de la couche cornée ainsi que la taille des cellules cornées, les cornéocytes, de ces souris sont modifiées par rapport aux souris contrôles. L'invalidation de la protéine CAP1 dans l'épiderme conduit aussi à la perte de la filaggrine, une protéine cruciale pour l'agrégation des kératines dans la couche cornée et le maintien du niveau d'hydratation de la peau, et à l'accumulation de ses précurseurs. En conclusion, l'expression de ENaC et de CAP1 est cruciale pour la différenciation de l'épiderme et/ou sa fonction de barrière. De plus, le phénotype des souris mutantes CAP1 présente des caractéristiques qui ressemblent à celles observées dans certaines pathologies humaines cutanées, comme l'ichthyose d'Harlequin. L'étude des souris mutantes ENaC et CAP1 pourrait donc apporter de nouvelles connaissances dans les mécanismes impliqués dans l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies de la peau chez l'homme. Résumé tout public: La peau est le plus grand organe vital du corps humain. Sa fonction principale est de protéger le corps comme une barrière, contre les agressions extérieures et la déshydratation. De nombreuses maladies de la peau résultent d'une perte de fonction de cette barrière. Bien que les pathologies cutanées soient très bien décrites, leur cause génétique n'est en général pas encore connue. La souris est alors un modèle de choix pour la recherche fondamentale. En effet, grâce aux progrès récents de la science, le génome de la souris peut aujourd'hui être modifié dans le but d'étudier le rôle de nombreuses protéines. Dans différents organes, comme le rein et le poumon, le canal épithélial à sodium (ENaC), composé de trois sous-unités protéiques homologues (α, β, et γ), joue un rôle essentiel dans la réabsorption du sodium. L'activité de ENaC est régulée par de nombreux facteurs hormonaux et non-hormonaux, telle que la protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 »). L'invalidation de la sous-unité αENaC chez la souris a permis de montrer que dans la peau, le canal ENaC est impliqué dans la différenciation des cellules de l'épiderme et la croissance des poils. Durant ce travail, le phénotype des souris chez qui la protéine βENaC, γENaC ou CAP1 a été invalidée (souris mutantes), a été étudié dans le but de mieux comprendre le rôle des sous-unités du canal ENaC et de son régulateur CAP1 dans la peau. Les résultats de ce projet ont montré que les souris mutantes βENaC et γENaC présentent un épiderme anormal avec une synthèse prématurée de lipides dans la couche granulaire, suggérant l'implication de ENaC dans la fonction de barrière de la peau. De plus, quand CAP1 est invalidé de manière totale chez les souris, le développement embryonnaire est perturbé et ces souris meurent avant la naissance. CAP1 a donc été invalidé spécifiquement dans l'épiderme des souris. Ces souris mutantes « épiderme-spécifique » naissent normalement, mais meurent peu après la naissance de déshydratation. La couche superficielle de l'épiderme, appelée couche cornée, de ces souris est malformée et ne confère plus à la peau sa fonction de barrière. De plus, les composants de la couche cornée, les cellules cornées entourées de lipides, sont sévèrement altérés. Le phénotype de ces souris ressemble aux caractéristiques présentes chez les patients atteints d'ichthyoses, en particulier l'ichthyose d'Harlequin. En conclusion, le canal ENaC ainsi que son régulateur CAP1 jouent un rôle clé dans les processus de différenciation de l'épiderme et/ou de sa fonction de barrière. De plus, les souris mutantes pour CAP1 et ENaC se révéleront peut-être comme des modèles appropriés dans l'étude de l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies cutanées.

A study of the translational regulation exerted by some neuroactive substances on the expression of the monocarboxylate transporter MCT2 in cultured cortical neurons

Summary of the thesis Glucose has been considered the major, if not the exclusive, energy substrate for the brain. But under certain conditions other substrates, namely monocarboxylates (lactate, pyruvate, and ketone bodies), can contribute significantly to satisfy brain energy demands. These monocarboxylates need to be transported across the blood brain barrier as well as out of astrocytes into the extracellular space and taken up into neurons. It has been shown that monocarboxylates are transported by a family of proton-linked transporters called monocarboxylate transporters (MCTs). In the central nervous system, MCT2 is the predominant neuronal form and little is known about the regulation of its expression. The neurotransmitter noradrenaline (NA) was shown previously to enhance the expression of MCT2 in cultured cortical neurons via a translational mechanism. Here, we demonstrate that two other substances, namely, insulin and IGF-1 enhance MCT2 protein expression in cultured mouse cortical neurons in a time- and concentrationdependent manner without affecting MCT2 mRNA levels. This result confirmed that MCT2 protein expression is translationally regulated and extend the observation to different types of neuroactive substances. Then we sought to determine by which signaling pathway(s) NA, insulin and IGF-1 can induce MCT2 protein expression. First, we observed by Western blot that all three substances cause activation of the MAP kinase ERK as well as the kinase Akt via their phosphorylation. Moreover, the mTOR/S6K pathway which is known to play an important role in translation initiation regulation was also strongly stimulated by all three substances. Second, we sought to determine the implication of these signaling pathways on the NA-, insulin- and IGF-1-induced enhancement of MCT2 protein expression and used specific inhibitors of these signaling pathways. We observed that the Pia kinase and mTOR inhibitors LY294002 and rapamycin respectively, strongly prevent the enhancement. of MCT2 expression caused by either NA, insulin ar IGF-1. In contrast, the MEK inhibitor PD98059 and the p38 MAP kinase inhibitor SB202190 had only a slight effect on the enhancement of MCT2 expression in all three cases. These results suggest that NA, insulin and IGF-1 regulate MCT2 protein expression by a common mechanism most likely involving the Akt/PKB pathway and translational activation via mTOR. In conclusion, considering the roles of NA, insulin and IGF-1 in synaptic plasticity, the tight translational regulation of MCT2 expression by these substances may represent a common mechanism through which supply of potentiated synapses with nonglucose energy substrates can be adapted to the level of activity. Résumé du travail de thèse Le glucose représente le substrat énergétique majeur pour le cerveau. Cependant, dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques, le cerveau a la capacité d'utiliser des substrats énergétiques appartenant à la classe des monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) afin de satisfaire ses besoins énergétiques. Ces monocarboxylates doivent être transportés à travers la barrière hématoencéphalique mais aussi hors des astrocytes vers l'espace extracellulaire puis re-captés par les neurones. Leur transport est assuré par une famille de transporteurs spécifiques, protons-dépendants, appelés transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). Dans le système nerveux central, les neurones expriment principalement l'isoforme MCT2 mais peu d'informations sont disponibles concernant la régulation de son expression. Il a été montré que le neurotransmetteur noradrénaline (NA) augmente l'expression de MCT2 dans les cultures de neurones corticaux de souris par le biais d'un mécanisme de régulation traductionnel. La présente étude nous a permis de démontrer que deux autres substances, l'insuline et 17GF-1, induisent une augmentation de la protéine MCT2 dans ces mêmes cultures selon un décours temporel et une gamme de concentrations particulière. Etonnamment, aucun changement n'a été observé concernant les niveaux d'ARNm de MCT2. Ce résultat .confirme que la protéine MCT2 est régulée de manière traductionnelle et révèle que différentes substances neuro-actives peuvent réguler l'expression de MCT2. Compte tenu de ces observations, nous avons voulu déterminer par quelle(s) voie(s) de signalisation la NA, l'insuline et l'IGF-1 exercent leur effet sur l'expression de MCT2. Dans un premier temps, nous avons pu observer par Western blot que ces trois substances activent la MAP kinase ERK ainsi que la kinase Akt via leur phasphorylation. De plus, la voie mTOR/S6K, connue pour son implication dans la régulation de l'initiation de la traduction est aussi fortement activée par ces trois substances. Dans un second temps, nous avons voulu déterminer I implication de chacune de ces voies de signalisation dans l'augmentation de l'expression de la protéine MCT2 observée après stimulation à la NA, à l'insuline et à l'IGF-1. Pour ce faire, nous avons utilisé des inhibiteurs spécifiques de chacune de ces voies. (Vous avons observé que les inhibiteurs des voies PI3 kinase et mTOR (LY294002 et rapamycin respectivement), prévenaient fortement l'augmentation de l'expression de MCT2 induite par la NA, l'insuline ou (IGF-1. A l'inverse, les inhibitions de la MAP kinase .kinase MEK ainsi que de la MAP kinase p38 (par l'utilisation des inhibiteurs spécifiques PD98059 et SB202190 respectivement) n'ont eu qu'un léger effet dans ces mêmes conditions. Ces résultats suggèrent que la NA, 'l'insuline et I~GF-1 régulent l'expression de la protéine MCT2 par un mécanisme commun impliquant probablement la voie Akt/PKB et l'activation de la traduction via mTOR. En conclusion, considérant l'implication de la NA, de l'insuline et de I`IGF-1 dans la plasticité synaptique, le contrôle traductionnel étroit exercé par ces substances sur l'expression de MCT2 pourrait être un moyen d'alimenter en substrats énergétiques autres que le glucose les synapses activées et également d'adapter l'approvisionnement en substrats énergétiques au niveau d'activité. Résumé « grand public » Le cerveau est un organe qui réalise des tâches complexes nécessitant un apport important en énergie. La principale source d'énergie du cerveau est le glucose. Bien que le cerveau ne représente que 2% de la masse corporelle, il consomme à lui seul plus de 25% du glucose et 20% de l'oxygène provenant de la circulation sanguine. La nécessité d'un tel apport en énergie réside dans la nature -même du fonctionnement des milliards de neurones qui utilisent des signaux électriques et chimiques pour communiquer entre eux. Hormis l'utilisation massive du glucose comme source d'énergie, le cerveau est capable de consommer d'autres substrats énergétiques dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques. Les monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) font partie de ces autres sources d'énergie. Contrairement au glucose, les monocarboxylates ne diffusent pas facilement de la circulation sanguine vers les neurones. Afin de pouvoir être consommés par les neurones, ils doivent être transportés par un système adapté. Ce sont des transporteurs appelés transporteurs aux monocarboxylates ou MCT qui permettent le passage de ces substrats énergétiques du sang vers les neurones. Le but de ce travail de thèse a été de comprendre comment est régulée l'expression de MCT2, l'un de ces transporteurs exprimé spécifiquement à la surface des neurones. Cette étude nous a permis de mettre en évidence que le neurotransmetteur noradrénaline ainsi que les hormones insuline et IGF-1 (insulinlike growth factor-1) sont capables d'induire une augmentation d'expression de MCT2 à la surface des neurones en culture. Nous avons ensuite voulu déterminer par quels mécanismes de signalisation ces substances agissent sur l'expression de MCT2. Nous avons pu observer que la surexpression de la protéine MCT2 est due à une augmentation d'activité traductionnelle (la traduction étant une des étapes qui permet la synthèse des protéines) induite par le biais d'une voie de signalisation particulière. En conclusion, lorsque la noradrénaline, l'insuline ou 17GF-1 agissent sur les neurones, la traduction de la protéine MCT2 est activée et on observe une augmentation de l'expression de MCT2. Ce mécanisme pourrait permettre d'augmenter l'apport énergétique au niveau des neurones en augmentant le nombre de transporteurs pour les substrats énergétiques que sont les monocarboxylates. D'un point de vue physiologique, cette régulation d'expression pourrait jouer un rôle primordial dans des situations d'apprentissage et de mémorisation. Sur le plan pathologique, cela pourrait permettre de prévenir les dommages causes aux neurones dans certains cas d'atteintes cérébrales.

Analysis of c-Myc function in mouse epidermis

Abstract The c-myc gene is one of the most frequently mutated oncogenes found in human tumors. c-Myc has been implicated in the regulation of various biological processes including cell cycle progression, cellular growth, differentiation, angiogenesis, immortalization and apoptosis. To assess the normal role of c-Myc in epithelial cell types in vitro and in vivo we have deleted the c-myc gene in keratinocytes and in the adult skin epidermis by conditional Cre/loxP mediated recombination. Similar to what we have previously shown in mouse embryonic fibroblasts acute elimination of c-Myc activity in cultured keratinocytes causes cells to cease proliferation and adapt a flat cell morphology. Mutant cells accumulate in a diploid Ki67neg stage, indicative of a quiescent Go stage. This demonstrates that c-Myc activity is essential to maintain keratinocytes in a productive cell cycle. In addition, mutant keratinocytes showed a defect in Ca2+ induced induction of the differentiation marker Keratin 1 suggesting a role for c-Myc during differentiation. To assess the in vivo role of c-Myc we used a tamoxifen inducible K5::CreERT transgene to delete the c-myc gene in the adult skin epidermis. Unexpectedly, despite strong c-Myc expression in the basal compartment it is not required for maintenance of the skin epidermis in the adult mouse. The epidermis appeared normal with respect to both proliferation and differentiation. In addition, no selection against c-Myc deficient epidermal cells occurred over many months, further confirming that c-Myc is dispensable for normal skin homeostasis. Even more surprising, TPA induced hyperproliferation also occurred in a c-Myc independent manner. Treatment of the skin with the mutagen DMBA prior to TPA is a classical way to induce papillomas by selecting for mutations that lead to dominant activation of the oncogene Ha-Ras. Most interestingly tumor formation was severely inhibited suggesting that tumor progression requires endogenous c-Myc. Further studies are required to address whether the role of c-Myc in the activation of telomerase or the Werner protein, or its role to induce angiogenesis is required for skin tumor progression, In conclusion, this work shows that while c-Myc is not required for maintenance or hyperplasia of mouse epidermis, it is essential for skin tumor progression in collaboration with Ras. Résumé Le gène c-myc est un des oncogènes les plus fréquemment mutés dans les tumeurs humaines. c-Myc est impliqué dans la régulation de processus biologiques variés, comme la progression du cycle cellulaire, la croissance cellulaire, la différenciation, l'angiogenèse, l'immortalisation et l'apoptose. Pour caractériser le rôle physiologique de c-Myc dans les cellules de type épithélial in vitro et in vivo, le gène c-myc a été délété dans des kératinocytes primaires et dans l'épiderme de peau de souris adultes par des recombinaisons conditionnelles (système Cre/loxP). De la même façon que dans les fibroblastes d'embryon de souris, l'élimination aiguë de l'activité de c-Myc dans les kératinocytes en culture primaire provoque l'arrêt de la prolifération des cellules et leur applatissement morphologique. Les cellules mutantes restent dans un stade diploïde Ki67neg, indiquant un stade quiescent Go. Cela démontre que l'activité de c-Myc est essentielle pour maintenir les kératinocytes dans le cycle cellulaire. De plus, les kératinocytes mutants montrent une déficience pour le marqueur de différenciation Kératine 1 au cours de la différenciation induite par le calcium, suggérant un rôle de c-Myc dans la différenciation cellulaire. Pour comprendre le rôle de c-Myc in vivo, le transgène K5::CreERT inductible par le tamoxifen a été utilisé pour déléter le gène c-inyc dans l'épiderme de souris adultes. Etonnemment, malgré une forte expression de c-Myc dans le compartiment basal de l'épiderme, ce gène n'est pas nécessaire pour la maintenance de l'épiderme de la peau chez la souris adulte. L'épiderme apparait normal avec une prolifération et une différenciation physiologique des cellules. De plus, il n'y a pas de sélection contre les cellules épidennales c-Myc déficientes après plusieurs mois, ce qui confirme que c-Myc n'est pas nécessaire pour l'homéostasie normale de la peau. Encore plus surprenant, une hyperprolifération est également induite par du TPA chez les souris mutantes, impliquant une voie de prolifération indépendante de c-Myc. Le traitement de la peau par le mutagène DMBA avant le traitement au TPA est une voie classique d'induction de papillomes, par sélection de mutations conduisant à l'activation de l'oncogène Ha-Ras. La formation des tumeurs est fortement inhibée chez les souris mutantes, suggérant que la progression des tumeurs nécessite la présence endogène de c-Myc. De nouvelles études sont nécessaires pour savoir si c-Myc a un rôle dans l'activation de la télomérase ou de la protéine de Werner, ou encore dans l'angiogénèse, qui sont nécessaires pour la progression tumorale. En conclusion, ce travail montre que même si c-Myc n'est pas nécessaire pour la maintenance ou l'hyperplasie de la peau de souris, il est essentiel pour la progression des tumeurs de la peau en collaboration avec Ras.

Hes1 regulates corneal development and the function of corneal epithelial stem/progenitor cells.

Hes1, a major target gene in Notch signaling, regulates the fate and differentiation of various cell types in many developmental systems. To gain a novel insight into the role of Hes1 in corneal tissue, we performed gain-of-function and loss-of-function studies. We show that corneal development was severely disturbed in Hes1-null mice. Hes1-null corneas manifested abnormal junctional specialization, cell differentiation, and less cell proliferation ability. Worthy of note, Hes1 is expressed mainly in the corneal epithelial stem/progenitor cells and is not detected in the differentiated corneal epithelial cells. Expression of Hes1 is closely linked with corneal epithelial stem/progenitor cell proliferation activity in vivo. Moreover, forced Hes1 expression inhibits the differentiation of corneal epithelial stem/progenitor cells and maintains these cells' undifferentiated state. Our data provide the first evidence that Hes1 regulates corneal development and the homeostatic function of corneal epithelial stem/progenitor cells.

Fibronectin modulates thymocyte-thymic epithelial cell interactions following Trypanosoma cruzi infection

Developing thymocytes interact with thymic epithelial cells (TECs) through cell-cell interactions, TEC-derived secretory moieties and extracellular matrix (ECM)-mediated interactions. These physiological interactions are crucial for normal thymocyte differentiation, but can be disrupted in pathological situations. Indeed, there is severe thymic atrophy in animals acutely infected with Trypanosoma cruzi due to CD4+CD8+ thymocyte depletion secondary to caspase-mediated apoptosis, together with changes in ECM deposition and thymocyte migration. We studied an in vitro model of TEC infection by T. cruzi and found that infected TEC cultures show a reduced number of cells, which was likely associated with decreased proliferative capacity, but not with increased cell death, as demonstrated by bromodeoxyuridine and annexin-V labelling. The infected TEC cultures exhibited increased expression of fibronectin (FN), laminin (LM) and type IV collagen. Importantly, treatment with FN increased the relative number of infected cells, whereas treatment with anti-FN or anti-LM antibodies resulted in lower infection rates. Consistent with these data, we observed increased thymocyte adhesion to infected TEC cultures. Overall, these results suggest that ECM molecules, particularly FN, facilitate infection of the thymic epithelium and that the consequent enhancement of ECM expression might be associated with changes in TEC-thymocyte interactions.

PARP-1 regulates metastatic melanoma through modulation of vimentin-induced malignant transformation.

PARP inhibition can induce anti-neoplastic effects when used as monotherapy or in combination with chemo- or radiotherapy in various tumor settings; however, the basis for the anti-metastasic activities resulting from PARP inhibition remains unknown. PARP inhibitors may also act as modulators of tumor angiogenesis. Proteomic analysis of endothelial cells revealed that vimentin, an intermediary filament involved in angiogenesis and a specific hallmark of EndoMT (endothelial to mesenchymal transition) transformation, was down-regulated following loss of PARP-1 function in endothelial cells. VE-cadherin, an endothelial marker of vascular normalization, was up-regulated in HUVEC treated with PARP inhibitors or following PARP-1 silencing; vimentin over-expression was sufficient to drive to an EndoMT phenotype. In melanoma cells, PARP inhibition reduced pro-metastatic markers, including vasculogenic mimicry. We also demonstrated that vimentin expression was sufficient to induce increased mesenchymal/pro-metastasic phenotypic changes in melanoma cells, including ILK/GSK3-β-dependent E-cadherin down-regulation, Snail1 activation and increased cell motility and migration. In a murine model of metastatic melanoma, PARP inhibition counteracted the ability of melanoma cells to metastasize to the lung. These results suggest that inhibition of PARP interferes with key metastasis-promoting processes, leading to suppression of invasion and colonization of distal organs by aggressive metastatic cells.

Ultrastructural and molecular analysis of Bowman's layer corneal dystrophies: an epithelial origin?

PURPOSE: Two mutations (R555Q and R124L) in the BIGH3 gene have been described in anterior or Bowman's layer dystrophies (CDB). The clinical, molecular, and ultrastructural findings of five families with CDB was reviewed to determine whether there is a consistent genotype:phenotype correlation. METHODS: Keratoplasty tissue from each patient was examined by light and electron microscopy (LM and EM). DNA was obtained, and exons 4 and 12 of BIGH3 were analyzed by polymerase chain reaction and single-stranded conformation polymorphism/heteroduplex analysis. Abnormally migrating products were analyzed by direct sequencing. RESULTS: In two families with type I CDB (CDBI), the R124L mutation was defined. There were light and ultrastructural features of superficial granular dystrophy and atypical banding of the "rod-shaped bodies" ultrastructurally. Patients from three families with "honeycomb" dystrophy were found to carry the R555Q mutation and had characteristic features of Bowman's dystrophy type II (CDBII). CONCLUSIONS: There is a strong genotype:phenotype correlation among CBDI (R124L) and CDBII (R555Q). LM and EM findings suggest that epithelial abnormalities may underlie the pathology of both conditions. The findings clarify the confusion over classification of the Bowman's layer dystrophies.

Identification of the SPLUNC1 ENaC-inhibitory domain yields novel strategies to treat sodium hyperabsorption in cystic fibrosis airway epithelial cultures.

The epithelial sodium channel (ENaC) is responsible for Na(+) and fluid absorption across colon, kidney, and airway epithelia. Short palate lung and nasal epithelial clone 1 (SPLUNC1) is a secreted, innate defense protein and an autocrine inhibitor of ENaC that is highly expressed in airway epithelia. While SPLUNC1 has a bactericidal permeability-increasing protein (BPI)-type structure, its NH2-terminal region lacks structure. Here we found that an 18 amino acid peptide, S18, which corresponded to residues G22-A39 of the SPLUNC1 NH2 terminus inhibited ENaC activity to a similar degree as full-length SPLUNC1 (∼2.5 fold), while SPLUNC1 protein lacking this region was without effect. S18 did not inhibit the structurally related acid-sensing ion channels, indicating specificity for ENaC. However, S18 preferentially bound to the βENaC subunit in a glycosylation-dependent manner. ENaC hyperactivity is contributory to cystic fibrosis (CF) lung disease. Unlike control, CF human bronchial epithelial cultures (HBECs) where airway surface liquid (ASL) height was abnormally low (4.2 ± 0.6 μm), addition of S18 prevented ENaC-led ASL hyperabsorption and maintained CF ASL height at 7.9 ± 0.6 μm, even in the presence of neutrophil elastase, which is comparable to heights seen in normal HBECs. Our data also indicate that the ENaC inhibitory domain of SPLUNC1 may be cleaved away from the main molecule by neutrophil elastase, suggesting that it may still be active during inflammation or neutrophilia. Furthermore, the robust inhibition of ENaC by the S18 peptide suggests that this peptide may be suitable for treating CF lung disease.

Epithelial Na+ channel mutants causing Liddle's syndrome retain ability to respond to aldosterone and vasopressin.

Liddle's syndrome is a monogenic form of hypertension caused by mutations in the PY motif of the COOH terminus of beta- and gamma-epithelial Na+ channel (ENaC) subunits. These mutations lead to retention of active channels at the cell surface. Because of the critical role of this PY motif in the stability of ENaCs at the cell surface, we have investigated its contribution to the ENaC response to aldosterone and vasopressin. Mutants of the PY motif in beta- and gamma-ENaC subunits (beta-Y618A, beta-P616L, beta-R564stop, and gamma-K570stop) were stably expressed by retroviral gene transfer in a renal cortical collecting duct cell line (mpkCCDcl4), and transepithelial Na+ transport was assessed by measurements of the benzamil-sensitive short-circuit current (Isc). Cells that express ENaC mutants of the PY motif showed a five- to sixfold higher basal Isc compared with control cells and responded to stimulation by aldosterone (10(-6) M) or vasopressin (10(-9) M) with a further increase in Isc. The rates of the initial increases in Isc after aldosterone or vasopressin stimulation were comparable in cells transduced with wild-type and mutant ENaCs, but reversal of the effects of aldosterone and vasopressin was slower in cells that expressed the ENaC mutants. The conserved sensitivity of ENaC mutants to stimulation by aldosterone and vasopressin together with the prolonged activity at the cell surface likely contribute to the increased Na+ absorption in the distal nephron of patients with Liddle's syndrome.

Insulin-like growth factor-I and C-reactive protein during pregnancy and maternal risk of non-epithelial ovarian cancer: a nested case-control study.

BACKGROUND: Insulin-like growth factor-I (IGF-I) and C-reactive protein (CRP) may be positively associated with the risk of epithelial ovarian cancer (EOC) but no previous studies have investigated their associations with non-epithelial ovarian cancers (NEOC). METHODS: A case-control study was nested within the Finnish Maternity Cohort. Case subjects were 58 women diagnosed with sex cord-stromal tumors (SCST) and 30 with germ cell tumors (GCT) after recruitment. Control subjects (144 for SCST and 74 for GCT) were matched for age, parity, and date of blood donation of the index case. RESULTS: Doubling of IGF-I concentration was not related to maternal risk of either SCST (OR 0.97, 95% CI 0.58-1.62) or GCT (OR 1.13, 95% CI 0.51-2.51). Similarly, doubling of CRP concentrations was not related to maternal risk of either SCST (OR 1.10, 95% CI 0.85-1.43) or GCT (OR 0.93, 95% CI 0.68-1.28). CONCLUSIONS: Pre-diagnostic IGF-I and CRP concentrations during the first trimester of pregnancy were not associated with increased risk of NEOC in the mother. Risk factors for NEOC may differ from those of EOC.

Peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta exerts a strong protection from ischemic acute renal failure.

Ischemic acute renal failure is characterized by damages to the proximal straight tubule in the outer medulla. Lesions include loss of polarity, shedding into the tubule lumen, and eventually necrotic or apoptotic death of epithelial cells. It was recently shown that peroxisome proliferator-activated receptor beta/delta (PPARbeta/delta) increases keratinocyte survival after an inflammatory reaction. Therefore, whether PPARbeta/delta could contribute also to the control of tubular epithelium death after renal ischemia/reperfusion was tested. It was found that PPARbeta/delta+/- and PPARbeta/delta-/- mutant mice exhibited much greater kidney dysfunction and injury than wild-type counterparts after a 30-min renal ischemia followed by a 36-h reperfusion. Conversely, wild-type mice that were given the specific PPARbeta/delta ligand L-165041 before renal ischemia were completely protected against renal dysfunction, as indicated by the lack of rise in serum creatinine and fractional excretion of Na+. This protective effect was accompanied by a significant reduction in medullary necrosis, apoptosis, and inflammation. On the basis of in vitro studies, PPARbeta/delta ligands seem to exert their role by activating the antiapoptotic Akt signaling pathway and, unexpectedly, by increasing the spreading of tubular epithelial cells, thus limiting potentially their shedding and anoikis. These results point to PPARbeta/delta as a remarkable new target for preconditioning strategies.

Expression of interleukin-3 and tumor necrosis factor-beta mRNAs in cultured microglia.

The function of interleukin-3 (or multi-CSF) in the hemopoietic system has been studied in great detail. Although its growth promoting activity on brain microglial cells has been confirmed both in vitro and in vivo, its presence in the brain and even in cultured brain cells has repeatedly been questioned. We have shown recently that isolated rat microglia express mRNA(IL-3) and synthesize IL-3 polypeptide. It is shown here by use of the PCR method, that mRNA(IL-3) is found also in C6 glioblastoma, in rat aggregate cultures, and in newborn and adult rat brain. Quantitation of amplified cDNA(IL-3) was achieved by non-competitive RT-PCR using an elongated internal standard. IL-3 messenger RNA was almost undetectable in vivo and low in (serum-free) aggregate cultures. In isolated microglia, mRNA(IL-3) was increased upon treatment with LPS, PHA, with the cytokines IL-1 or TNF-alpha, with retinoic acid, dbcAMP or the phorbol ester TPA. Effects of LPS were inhibited by dexamethasone, while the glucocorticoid by itself had no effect on basal IL-3 expression. LPS increased mRNA(IL-3) in a concentration-dependent manner beginning with 10 pg/ml and reaching plateau levels at 10 ng/ml. LPS also increased mRNAs of TNF-alpha and TNF-beta. TNF-alpha mRNA was already detectable in untreated microglia and LPS-increased levels were sustained for a few days. In contrast, TNF-beta mRNA was observed only between 4 and 16 h of LPS incubation. It was absent in LPS-free microglia, and after 24 h of LPS-treatment or later.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

The ubiquitin-proteasome system and signal transduction pathways regulating Epithelial Mesenchymal transition of cancer.

Epithelial to Mesenchymal transition (EMT) in cancer, a process permitting cancer cells to become mobile and metastatic, has a signaling hardwire forged from development. Multiple signaling pathways that regulate carcinogenesis enabling characteristics in neoplastic cells such as proliferation, resistance to apoptosis and angiogenesis are also the main players in EMT. These pathways, as almost all cellular processes, are in their turn regulated by ubiquitination and the Ubiquitin-Proteasome System (UPS). Ubiquitination is the covalent link of target proteins with the small protein ubiquitin and serves as a signal to target protein degradation by the proteasome or to other outcomes such as endocytosis, degradation by the lysosome or specification of cellular localization. This paper reviews signal transduction pathways regulating EMT and being regulated by ubiquitination.

Influence of the Paracoccidioides brasiliensis14-3-3 and gp43 proteins on the induction of apoptosis in A549 epithelial cells

The fungal strain Paracoccidioides brasiliensisremains viable inside of epithelial cells and can induce apoptosis in this population. However, until now, the molecules that participate in this process remained unknown. Thus, this study evaluated the contribution of two P. brasiliensismolecules, the 14-3-3 and glycoprotein of 43 kDa proteins, which had been previously described as extracellular matrix adhesins and apoptosis inductors in human pneumocytes. Accordingly, epithelial cells were treated with these molecules for different periods of time and the expression of the apoptosis regulating-proteins Bak, Bax, Bcl-2, p53 and caspases were evaluated by terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labelling, flow cytometry and real-time polymerase chain reaction analysis. Our results demonstrated that treatment with these molecules induces apoptosis signalling in pulmonary epithelial cells, showing the same pattern of programmed cell-death as that observed during infection with P. brasiliensis. Thus, we could conclude that P. brasiliensisuses these molecules as virulence factors that participate not only in the fungal adhesion process to host cells, but also in other important cellular mechanisms such as apoptosis.