Signalling pathways in skin homeostasis

SUMMARY The results presented here contribute to a better understanding of the crucial molecular relationships and signalling cues exchanged by several fundamental cell types (epidermal keratinocytes, dermal fibroblasts, immune and endothelial cells) of the skin. Importantly we provide evidence to directly implicate Wnt/ß-catenin signalling as a putative player in different cell types (keratinocytes and neutrophils) in mediation of the cutaneous inflammatory response (Fart A). Finally we highlight the importance of several molecules, specifically expressed in the hair follicle stem cell niche to the morphogenesis and homeostasis of the hair follicle (Part B). PART A Currently the body of work pertaining to Wnt signalling and immune cells largely focuses on Wnt signalling in the development of these cells. The data presented here suggests a novel mechanism in which Wnt signalling appears to modulate immune cell recruitment to the skin. Keratinocytes are major contributors to early inflammatory responses by the release of chemokines which recruit immune cells. The resultant inflammatory response is a dynamic process of sequentially infiltrating immune cells governed by a network of growth factors, chemokines and cytokines. In wild type mice the response is typified by a rapid and substantial infiltration of neutrophils followed at later time points by macrophages and Tcells. The expression of the canonical Wnt pathway activating ligand, Wnt3a, is able to induce a strong neutrophil infiltration in the dermis. This response originates in keratinocytes, as it is abrogated upon keratinocyte-specific ablation of ß-catenin. Notably, this suggests that the crucial cross talk between these resident cells and recruited immune cells is, in part, mediated by Wnt signalling. In corroboration of this role of Wnt-mediated recruitment of neutrophils, expression of the Wnt inhibitory ligand sFRPI during acute inflammation results in a dramatic 'dampening' of immune cell infiltration in particular of neutrophil chemoattraction. Importantly, an intrinsic Wnt signalling pathway is essential for neutrophil chemoattraction in response to inflammatory stimuli. There is a marked reduction of neutrophil infiltration in mice grafted with a ß-catenin deficient bone marrow upon TPA induced cutaneous inflammation. Additionally, neutrophils lacking Wnt/ß-catenin fail to respond to IFNγ, an early inflammatory cue, in vitro. In combination, these data indicate a potent function of Wnt signalling in immune cell recruitment and the modulation of the inflammatory response. PART B Tissue specific stem cells form the cellular base on which tissue homeostasis and repair of adult tissue relies. The maintenance of this stem cell pool is highly dependent on the immediate environment or niche. We have identified three genes, the fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1), serpin protease inhibitor (serpin F1) and the haematopoietic cell phosphatase (Hcph) to be specifically expressed in a small population of stromal cells which are in close contact to bulge stem cells. These specialized stromal cells might represent an essential mesenchymal component of the skin stem cell niche and may regulate stem cell proliferation and differentiation. Multiple FGFR1 isoforms are generated through alternate transcript splicing and are able to interact with both FGFs and cell adhesion molecules. Two predominant forms of the receptor are FGFR1-α and FGFR1-ß. Expression of a dominant negative form of the alpha isoform prevents hair follicle morphogenesis altogether. Given that FGFR1-ß signals principally through the FGF ligands, this data indicates that FGF signalling is dispensable for follicle morphogenesis. Moreover the loss of follicular morphogenesis upon suggests a requirement for signalling via cell adhesion molecule association with the receptor as FGFR1 α has a greater affinity for these molecules. The expression of the second candidate niche gene serpin f1, lead to the complete ablation of hair follicle morphogenesis. The serpin f1 product, pigment-epithelial derived factor (PEDF) has potent anti-angiogenic effects. Immunohistochemical analysis using CD31, a endothelial cell marker, revealed that although these cells are present, they have are disorganised and do not form vessels. Interestingly, endothelial cells have been found to contribute to the neuronal stem cell niche and our results suggest a similar mechanism in the skin. SHP1, the Hcph gene product, is a phosphatase which acts in the haematopoetic system. Motheaten mice carrying spontaneous mutations in the Hcph gene have patchy alopecia in their skin and severe defects in their haematopoietic system. However the haematopoietic rescue of the mouse does not result in normal follicular homeostasis. Additionally, ablation of Hcph in either the dermal or keratinocyte compartments of the skin produces hair follicles with abberant morphologies. This data indicates that although SHP1 is not essential for hair follicle morphogenesis it is required in both epidermal and dermal compartments to maintain follicular morphology. RÉSUMÉ PARTIE A Jusqu'à présent, les travaux dédiés à l'étude de la voie de signalisation Wnt dans le système immunitaire se sont essentiellement concentrés sur son rôle dans le développement des cellules immunitaires. Les données présentées ici suggèrent fortement et de manière nouvelle, l'existence d'un mécanisme par lequel la voie de signalisation Wnt/ß-caténine module le recrutement de cellules immunitaires dans un tissu périphérique, la peau, et ainsi la réponse inflammatoire cutanée. La réponse inflammatoire cutanée est un processus dynamique d'infiltration séquentielle de diverses cellules immunitaires, orchestré par un réseau de facteurs de croissance, chémokines et cytokines. Les kératinocytes sont des contributeurs majeurs à la réponse inflammatoire précoce par la libération de chémokines qui permettent ensuite de recruter les cellules immunitaires. Dans des souris sauvages, la réponse est d'abord caractérisée par une infiltration rapide et substantielle de neutrophiles, suivie par celle des macrophages et des lymphocytes T. L'expression d'un ligand activateur de le voie canonique de signalisation Wnt (après injection infra-dermique de fibroblastes sur-exprimant Wnt-3a) induit une infiltration dermique très marquée de neutrophiles. De plus, la réponse est éliminée en l'absence de ß-caténine spécifiquement dans les kératinocytes, indiquant que ces cellules sont à l'origine de la réponse. De manière remarquable, ceci suggère qu'une signalisation cruciale entre ces cellules résidentes de la peau et les cellules immunitaires recrutées est, au moins en partie, médiée par la voie Wnt. Corroborant ce rôle de la voie Wnt/ß-caténine dans le recrutement des neutrophiles, l'expression d'un ligand inhibiteur de la voie (sFRP1) résulte au cours d'une inflammation aigüe en une réduction spectaculaire de l'infiltration des cellules immunitaires en général, et des neutrophiles en particulier. De manière importante, la voie de signalisation Wnt est intrinsèquement requise pour la chémoattraction des neutrophiles en réponse à un stimulus inflammatoire. En effet, suite à une inflammation cutanée induite par un ester de phorbol (TPA), une réduction notable de l'infiltration des neutrophiles est observée dans des souris préalablement greffées avec de la moelle osseuse constituée de cellules déficientes en ß-caténine. De plus, in vitro, les neutrophiles sans ß-caténine ne répondent pas à une stimulation par l'interféron γ, qui est pourtant un signal inflammatoire établi in vivo. En conclusion, nos données indiquent que la voie de signalisation Wnt/ß-caténine joue une fonction active dans le recrutement des cellules immunitaires vers un organe périphérique, la peau, ainsi que dans la modulation, à plusieurs niveaux, de la réponse inflammatoire cutanée. PARTIE B Les cellules souches tissu-spécifiques forment la base cellulaire sur laquelle repose l'homéostase et la réparation tissulaires chez l'adulte. La maintenance de ce réservoir de cellules souches est hautement dépendante de leur environnement cellulaire immédiat, encore appelé «niche des cellules souches». Dans la peau, ces cellules stromales spécialisées représentent un compartiment mésenchymateux essentiel de la niche des cellules souches en régulant leurs prolifération et différentiation. Nous avons identifié trois gènes, le «récepteur 1 àux facteurs de croissance des fibroblastes » (Fgfr1 ), l' «inhibiteur de protéase à sérine » (serpinf1 ou pedf) et la « phosphatase des cellules hématopoiétiques » (Hcph ou Ptpn6), comme spécifiquement exprimés par une petite population de cellules stromales qui sont étroitement associées aux cellules souches de la peau (localisées au niveau du bombement du follicule pileux). Pour analyser leur fonction dans ce contexte, nous avons utilisé un test de reconstitution complète de peau murine en combinaison à des. transductions géniques basées sur l'utilisation de lentivirus. Ce test repose sur le mélange de deux compartiments cellulaires, épidermique (kératinocytes) et dermique (fibroblastes), greffés sur une zone ouverte de peau du dos d'une souris pour ensemble reconstituer la peau. Des isoformes multiples de FGFR1 sont générées par épissage alternatif de transcrits et sont capables d'interagir à la fois avec les FGFs (facteurs de croissance des fibroblastes) et les molécules d'adhésion cellulaires. Les deux formes prédominantes du récepteur, FGFR1-α et FGFR1-ß, ne différent que par le «domaine ressemblant aux immunoglobulines 1 » (immunoglobulin-like 1 domain), absent de FGFR1-ß. De plus, FGFR1-ß a une affinité plus grande pour les FGFs et plus faible pour les molécules d'adhésion cellulaires telles que la Ncadhérine (connue pour activer FGFR). La sur-expression de l'une ou l'autre des formes n'empêche pas la morphogenèse folliculaire mais conduit à la formation de follicules aberrants. Toutefois, une différence phénotypique majeure est observée lorsqu'une forme «Dominant-Négatif » (DN) est exprimée dans le compartiment dermique. La sur-expression de FGFR1-ß DN conduit en effet à la formation de follicules petits et tronqués, avec des gaines épithéliales et un bulbe élargis ainsi qu'une petite papille dermique. Par contre, l'expression de FGFR1-α DN abolit complètement la morphogenèse folliculaire. Etant donné que la signalisation par FGFR1-ß est principalement dépendante des ligands FGFs, ces données indiquent que la signalisation par ceux-cì est non-nécessaire à la morphogenèse folliculaire. De plus, l'abolition du processus par la sur-expression de FGFR1-a DN suggëre une signalisation nécessaire entre le récepteur FGFR1 et une ou des molécules d'adhésion cellulaire. L'expression de notre second candidat comme gène spécifique de la niche des cellules souches de la peau, serpinf1, prévient la morphogenèse folliculaire. Seules de petites structures ressemblant à des cystes sont observées après reconstitution de la peau. De plus, dans ces transplants, aucune cellule CD34-positive (marqueur des cellules souches) n'est retrouvée associé à ces cystes. Le produit du gène serpin f1, le «facteur dérivé d'épithélium pigmentaire » (PEDF) est un puissant facteur anti-angiogénique. Nous avons donc analysé la vascularisation des transplants par immunohistochirnies utilisant CD31, un marqueur des cellules endothéliales. Nos résultats révèlent que les cellules endothéliales sont bien présentes, mais de manière désorganisée et ne formant pas de vaisseaux. De manière intéressante, les cellules endothéliales contribuent activement à la niche des cellules souches neuronales, et nos résultats suggèrent donc l'existence possible d'un mécanisme similaire dans la peau. SHP1, le produit du gène Hcph, est une phosphatase quì agit dans le système hématopoiétique. Les souris « motheaten »qui portent des mutations spontanées du gène ont une alopécie inégale au niveau de la peau et de sévères troubles du système hématopoiétique. Pour s'assurer que le phénotype observé au niveau de la peau n'est pas une conséquence d'un défaut du système hématopoiétique, nous avons transplanté des souris Hcph -/- avec de la moelle osseuse sauvage afin de restaurer la fonction de SHP 1 dans le système hématopoiétique. Toutefois, le défaut de morphologie folliculaire est maintenu. De plus, l'ablation d'Hcph dans le compartiment dermique ou épidermique d'essais de reconstitution de peau conduit à la production de follicules pileux avec des morphologies aberrantes. Ces données indiquent que SHP1 n'est pas essentiel à la morphogenèse folliculaire mais est toutefois requis à la fois dans les compartiments épidermiques et dermiques pour la maintenance de la forme du follicule.

Characterization of Fas (Apo-1, CD95)-Fas ligand interaction.

The death-inducing receptor Fas is activated when cross-linked by the type II membrane protein Fas ligand (FasL). When human soluble FasL (sFasL, containing the extracellular portion) was expressed in human embryo kidney 293 cells, the three N-linked glycans of each FasL monomer were found to be essential for efficient secretion. Based on the structure of the closely related lymphotoxin alpha-tumor necrosis factor receptor I complex, a molecular model of the FasL homotrimer bound to three Fas molecules was generated using knowledge-based protein modeling methods. Point mutations of amino acid residues predicted to affect the receptor-ligand interaction were introduced at three sites. The F275L mutant, mimicking the loss of function murine gld mutation, exhibited a high propensity for aggregation and was unable to bind to Fas. Mutants P206R, P206D, and P206F displayed reduced cytotoxicity toward Fas-positive cells with a concomitant decrease in the binding affinity for the recombinant Fas-immunoglobulin Fc fusion proteins. Although the cytotoxic activity of mutant Y218D was unaltered, mutant Y218R was inactive, correlating with the prediction that Tyr-218 of FasL interacts with a cluster of three basic amino acid side chains of Fas. Interestingly, mutant Y218F could induce apoptosis in murine, but not human cells.

Mutant huntingtin impairs the post-Golgi trafficking of brain-derived neurotrophic factor but not its Val66Met polymorphism.

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) polymorphism is associated with the pathophysiology of several neurodegenerative disorders, including Huntington"s disease. In view ofthese data andthe involvement of huntingtin in intracellular trafficking, we examined the intracellular transport and release of Val66Val BDNF (Val-BDNF) and Val66Met BDNF (Met-BDNF) in transfected striatal knock-in cells expressing wild-type or mutant full-length huntingtin. Colocalization studies with specific markers for endoplasmic reticulum showed no differences between the Val-BDNF and Met-BDNF and were not modified by mutant huntingtin. However, post-Golgi trafficking was altered by mutant huntingtin dependent on the BDNF form. Thus, fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) and inverse FRAP analysis showed retention of Met-BDNF inthe Golgi apparatus with respectto Val-BDNF in wild-type cells. Strikingly, mutant huntingtin diminished post-Golgi trafficking of Val-BDNF, whereas Met-BDNF was not modified. Accordingly, a reduction in the number of transport vesicles was only observed in mutant huntingtin cells transfected with Val-BDNF but not Met-BDNF. Moreover, mutant huntingtin severely affectedthe KCl-evoked release of Val-BDNF, although it had little effect on Met-BDNF regulated release. The constitutive release of Val-BDNF or Met-BDNF in mutant cells was only slightly reduced. Interestingly, mutant huntingtin only perturbed post-Golgi trafficking of proteins that follow the regulated secretory pathway (epidermal growth factor receptor or atrial natriuretic factor), whereas it did not change those that follow the constitutive pathway (p75 NTR ). We conclude that mutant huntingtin differently affects intracellular transport and release of Val-BDNF and Met-BDNF. In addition, our findings reveal a new role for huntingtin in the regulation of the post-Golgi trafficking of the regulated secretory pathway.

The effects of selective estrogen receptor modulators on the death of breast cancer cells and osteoblastic cells

Selektiivisten estrogeenireseptorin muuntelijoiden (serm) vaikutus rintasyöpäsolujen ja luun solujen kuolemaan Selektiiviset estrogeenireseptorin muuntelijat (SERMit) ovat ryhmä kemialliselta rakenteeltaan erilaisia yhdisteitä jotka sitoutuvat solunsisäisiin estrogeenireseptoreihin toimien joko estrogeenin kaltaisina yhdisteinä tai estrogeenin vastavaikuttajina. Tamoksifeeni on SERM –yhdiste, jota on jo pitkään käytetty estrogeenireseptoreita (ER) ilmentävän rintasyövän lääkehoidossa. Tamoksifeeni sekä estää rintasyöpäsolujen jakaantumista että toisaalta aikaansaa niiden apoptoosin eli ohjelmoidun solukuoleman muuntelemalla ER-välitteisesti kohdesolun geenien ilmentymistä. Viimeaikaiset tutkimustulokset ovat kuitenkin osoittaneet tamoksifeenilla olevan myös nopeampia, nongenomisia vaikutusmekanismeja. Tässä väitöskirjatyössä tutkimme niitä nopeita vaikutusmekanismeja joiden avulla tamoksifeeni vaikuttaa rintasyöpäsolujen elinkykyyn. Osoitamme että tamoksifeeni farmakologisina pitoisuuksina aikaansaa nopean mitokondriaalisen solukuolemaan johtavan signallointireitin aktivoitumisen rintasyöpäsoluissa. Tämän lisäksi tutkimme myös tamoksifeenin aiheuttamaan mitokondriovaurioon johtavia tekijöitä. Tutkimustuloksemme osoittavat että ER-positiivisissa rintasyöpäsoluissa tamoksifeeni indusoi pitkäkestoisen ERK-kinaasiaktivaation, joka voidaan estää 17-beta-estradiolilla. Tamoksifeenin aikaansaama nopea solukuolema on pääosin ER:sta riippumaton tapahtuma, mutta siihen voidaan vaikuttaa myös ER-välitteisin mekanismein. Sen sijaan epidermaalisen kasvutekijäreseptorin (EGFR) voitiin osoittaa osallistuvan tamoksifeenin nopeiden vaikutusten välittämiseen. Tämän lisäksi vertailimme myös estradiolin ja eri SERM-yhdisteiden kykyä suojata apoptoosilta käyttämällä osteoblastiperäisiä soluja. Pytyäksemme vertailemaan ER-isotyyppien roolia eri yhdisteiden suojavaikutuksissa, transfektoimme U2OS osteosarkoomasolulinjan ilmentämään pysyvästi joko ERalfaa tai ERbetaa. Tulostemme mukaan sekä estradioli että uusi SERM-yhdiste ospemifeeni suojaavat osteoblastin kaltaisia soluja etoposidi-indusoidulta apoptoosilta. Sekä ERalfa että ERbeta pystyivät välittämään suojavaikutusta, joskin vaikutukset erosivat toisistaan. Lisäksi havaitsimme edellä mainitun suojavaikutuksen olevan yhteydessä muutoksiin solujen sytokiiniekspressiossa. Tietoa SERM-yhdisteiden anti-ja proapoptoottisten vaikutusmekanismeista eri kohdekudoksissa voidaan mahdollisesti hyödyntää kehiteltäessä uusia kudosspesifisiä SERM-yhdisteitä.

A frequent hypofunctional IRAK2 variant is associated with reduced spontaneous hepatitis C virus clearance.

UNLABELLED: Patients carrying very rare loss-of-function mutations in interleukin-1 receptor-associated kinase 4 (IRAK4), a critical signaling mediator in Toll-like receptor signaling, are severely immunodeficient, highlighting the paramount role of IRAK kinases in innate immunity. We discovered a comparatively frequent coding variant of the enigmatic human IRAK2, L392V (rs3844283), which is found homozygously in ∼15% of Caucasians, to be associated with a reduced ability to induce interferon-alpha in primary human plasmacytoid dendritic cells in response to hepatitis C virus (HCV). Cytokine production in response to purified Toll-like receptor agonists was also impaired. Additionally, rs3844283 was epidemiologically associated with a chronic course of HCV infection in two independent HCV cohorts and emerged as an independent predictor of chronic HCV disease. Mechanistically, IRAK2 L392V showed intact binding to, but impaired ubiquitination of, tumor necrosis factor receptor-associated factor 6, a vital step in signal transduction. CONCLUSION: Our study highlights IRAK2 and its genetic variants as critical factors and potentially novel biomarkers for human antiviral innate immunity. (Hepatology 2015;62:1375-1387).

Congenital hypogonadotropic hypogonadism with split hand/foot malformation: a clinical entity with a high frequency of FGFR1 mutations.

PURPOSE: Congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) and split hand/foot malformation (SHFM) are two rare genetic conditions. Here we report a clinical entity comprising the two. METHODS: We identified patients with CHH and SHFM through international collaboration. Probands and available family members underwent phenotyping and screening for FGFR1 mutations. The impact of identified mutations was assessed by sequence- and structure-based predictions and/or functional assays. RESULTS: We identified eight probands with CHH with (n = 3; Kallmann syndrome) or without anosmia (n = 5) and SHFM, seven of whom (88%) harbor FGFR1 mutations. Of these seven, one individual is homozygous for p.V429E and six individuals are heterozygous for p.G348R, p.G485R, p.Q594*, p.E670A, p.V688L, or p.L712P. All mutations were predicted by in silico analysis to cause loss of function. Probands with FGFR1 mutations have severe gonadotropin-releasing hormone deficiency (absent puberty and/or cryptorchidism and/or micropenis). SHFM in both hands and feet was observed only in the patient with the homozygous p.V429E mutation; V429 maps to the fibroblast growth factor receptor substrate 2α binding domain of FGFR1, and functional studies of the p.V429E mutation demonstrated that it decreased recruitment and phosphorylation of fibroblast growth factor receptor substrate 2α to FGFR1, thereby resulting in reduced mitogen-activated protein kinase signaling. CONCLUSION: FGFR1 should be prioritized for genetic testing in patients with CHH and SHFM because the likelihood of a mutation increases from 10% in the general CHH population to 88% in these patients.Genet Med 17 8, 651-659.

Role of microRNAs in the age-associated decline of pancreatic beta cell function in rat islets.

AIMS/HYPOTHESIS: Ageing can lead to reduced insulin sensitivity and loss of pancreatic beta cell function, predisposing individuals to the development of diabetes. The aim of this study was to assess the contribution of microRNAs (miRNAs) to age-associated beta cell dysfunction. METHODS: The global mRNA and miRNA profiles of 3- and 12-month-old rat islets were collected by microarray. The functional impact of age-associated differences in miRNA expression was investigated by mimicking the observed changes in primary beta cells from young animals. RESULTS: Beta cells from 12-month-old rats retained normal insulin content and secretion, but failed to proliferate in response to mitotic stimuli. The islets of these animals displayed modifications at the level of several miRNAs, including upregulation of miR-34a, miR-124a and miR-383, and downregulation of miR-130b and miR-181a. Computational analysis of the transcriptomic modifications observed in the islets of 12-month-old rats revealed that the differentially expressed genes were enriched for miR-34a and miR-181a targets. Indeed, the induction of miR-34a and reduction of miR-181a in the islets of young animals mimicked the impaired beta cell proliferation observed in old animals. mRNA coding for alpha-type platelet-derived growth factor receptor, which is critical for compensatory beta cell mass expansion, is directly inhibited by miR34a and is likely to be at least partly responsible for the effects of this miRNA. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: Changes in the level of specific miRNAs that occur during ageing affect the proliferative capacity of beta cells. This might reduce their ability to expand under conditions of increased insulin demand, favouring the development of type 2 diabetes.

Negative Regulation of Receptor Tyrosine Kinases by T-cell Protein Tyrosine Phosphatase

Protein tyrosine phosphorylation controls a wide array of cellular responses such as growth, migration, proliferation, differentiation, metabolism and cytoskeletal organisation. Tyrosine phosphorylation is a dynamic process involving the competing activities of protein tyrosine kinases and protein tyrosine phosphatases. The protein tyrosine kinases are further divided into non-receptor- and receptor tyrosine kinases. The latter are transmembrane glycoproteins activated by the binding of specific ligands, mostly growth factors, to their extracellular domain, transmitting different signals to the cell. Growth factor receptors such as the epidermal growth factor receptor, vascular endothelial growth factor receptor 2 and platelet-derived growth factor receptor β, belong to the receptor tyrosine kinases, the signalling of which is often disturbed in various diseases, including cancer. This has led to the development of receptor tyrosine kinase antagonists for use as anti-cancer drugs. As the receptor tyrosine kinases, also the protein tyrosine phosphatases can be divided into receptor- and non-receptor types. The protein tyrosine phosphatases have attained much less attention than the receptor tyrosine kinases partly because they were identified later. However, accumulating evidence shows that the protein tyrosine phosphatases have important roles as specific and active regulators of tyrosine phosphorylation in cells and of physiological processes. Consequently, the protein tyrosine phosphatases are receiving arising interest as novel drug targets. The aim of this work was to elucidate the negative regulation of receptor tyrosine kinases by one non-receptor protein tyrosine phosphatase, T-cell protein tyrosine phosphatase TCPTP. The results show that TCPTP activated by cell adhesion receptor integrin α1 functions as a negative regulator of the epidermal growth factor receptor. It was also found that TCPTP affects vascular endothelial growth factor receptor 2 signalling and angiogenesis. Lastly, a High-throughput screen with 64,280 compounds was performed to identify novel TCPTP activators, resulting in identification of one small molecule compound capable of exerting similar effects on TCPTP signalling as integrin α1. This compound is shown to downregulate signalling of epidermal growth factor receptor and platelet-derived growth factor receptor β, as well as to inhibit cell proliferation and angiogenesis. Our results suggest that a suitable small-molecule TCPTP activator could be utilized in the development of novel anti-cancer drugs.

Novel Players in the Integrin Signaling Orchestra: TCPTP and MDGI

Metastases are the major cause of cancer deaths. Tumor cell dissemination from the primary tumor utilizes dysregulated cellular adhesion and upregulated proteolytic degradation of the extracellular matrix for progeny formation in distant organs. Integrins are transmembrane adhesive receptors mediating cellcell and cellmatrix interactions that are crucial for regulating cell migration, invasion, proliferation, and survival. Consequently, increased integrin activity is associated with augmented migration and invasion capacity in several cancer types. Heterodimeric integrins consist of an alpha - and beta-subunit that are held together in a bent conformation when the receptor is inactive, but extension and separation of subdomains is observed during receptor activation. Either inside-out or outside-in activation of receptors is possible through the intracellular molecule binding to an integrin cytoplasmic domain or extracellular ligand association with an integrin ectodomain, respectively. Several regulatory binding partners have been characterized for integrin cytoplasmic beta-domains, but the regulators interacting with the cytoplasmic alpha-domains have remained elusive. In this study, we performed yeast two-hybrid screens to identify novel binding partners for the cytoplasmic integrin alpha-domains. Further examination of two plausible candidates revealed a significant coregulatory role of an integrin alpha-subunit for cellular signaling processes. T-cell protein tyrosine phosphatase (TCPTP) showed a specific interaction with the cytoplasmic tail of integrin alpha1. This association stimulated TCPTP phosphatase activity, leading to negative regulation of epidermal growth factor receptor (EGFR) signaling and diminished anchorage-independent growth. Another candidate, mammary-derived growth inhibitor (MDGI), exhibited binding to several different integrin cytoplasmic alpha-tails through a conserved GFFKR sequence. MDGI overexpression in breast cancer cells altered EGFR trafficking and caused a remarkable accumulation of EGFR in the cytoplasm. We further demonstrated in vivo that MDGI expression induced a novel form of anti-EGFR therapy resistance. Moreover, MDGI binding to α-tails retained integrin in an inactive conformation attenuating integrin-mediated adhesion, migration, and invasion. In agreement with these results, sustained MDGI expression in breast cancer patients correlated with an increased 10-year distant disease-free survival. Taken together, the integrin signaling network is far from a complete view and future work will doubtless broaden our understanding further.

Genetic analysis and cAMP measurement: comparison between lean and obese anovulating mice

PURPOSE: To evaluate genes differentially expressed in ovaries from lean (wild type) and obese (ob/ob) female mice and cyclic AMP production in both groups.METHODS: The expression on messenger RNA levels of 84 genes concerning obesity was analyzed through the PCR array, and cyclic AMP was quantified by the enzyme immunoassay method.RESULTS: The most downregulated genes in the Obesity Group included adenylate cyclase-activating polypeptide type 1, somatostatin, apolipoprotein A4, pancreatic colipase, and interleukin-1 beta. The mean decrease in expression levels of these genes was around 96, 40, 9, 4.2 and 3.6-fold, respectively. On the other hand, the most upregulated genes in the Obesity Group were receptor (calcitonin) activity-modifying protein 3, peroxisome proliferator activated receptor alpha, calcitonin receptor, and corticotropin-releasing hormone receptor 1. The increase means in the expression levels of such genes were 2.3, 2.7, 4.8 and 6.3-fold, respectively. The ovarian cyclic AMP production was significantly higher in ob/ob female mice (2,229±52 fMol) compared to the Control Group (1,814±45 fMol).CONCLUSIONS: Obese and anovulatory female mice have reduced reproductive hormone levels and altered ovogenesis. Several genes have their expression levels altered when leptin is absent, especially adenylate cyclase-activating polypeptide type 1.

Contrasting effects of nitric oxide and corticotropin- releasing factor within the dorsal periaqueductal gray on defensive behavior and nociception in mice

The anxiogenic and antinociceptive effects produced by glutamate N-methyl-D-aspartate receptor activation within the dorsal periaqueductal gray (dPAG) matter have been related to nitric oxide (NO) production, since injection of NO synthase (NOS) inhibitors reverses these effects. dPAG corticotropin-releasing factor receptor (CRFr) activation also induces anxiety-like behavior and antinociception, which, in turn, are selectively blocked by local infusion of the CRF type 1 receptor (CRFr1) antagonist, NBI 27914 [5-chloro-4-(N-(cyclopropyl)methyl-N-propylamino)-2-methyl-6-(2,4,6-trichlorophenyl)aminopyridine]. Here, we determined whether i) the blockade of the dPAG by CRFr1 attenuates the anxiogenic/antinociceptive effects induced by local infusion of the NO donor, NOC-9 [6-(2-hydroxy-1-methyl-2-nitrosohydrazino)-N-methyl-1-hexanamine], and ii) the anxiogenic/antinociceptive effects induced by intra-dPAG CRF are prevented by local infusion of Nω-propyl-L-arginine (NPLA), a neuronal NOS inhibitor, in mice. Male Swiss mice (12 weeks old, 25-35 g, N = 8-14/group) were stereotaxically implanted with a 7-mm cannula aimed at the dPAG. Intra-dPAG NOC-9 (75 nmol) produced defensive-like behavior (jumping and running) and antinociception (assessed by the formalin test). Both effects were reversed by prior local infusion of NBI 27914 (2 nmol). Conversely, intra-dPAG NPLA (0.4 nmol) did not modify the anxiogenic/antinociceptive effects of CRF (150 pmol). These results suggest that CRFr1 plays an important role in the defensive behavior and antinociception produced by NO within the dPAG. In contrast, the anxiogenic and antinociceptive effects produced by intra-dPAG CRF are not related to NO synthesis in this limbic midbrain structure.

Secretory TAT-peptide-mediated protein transduction of LIF receptor α-chain distal cytoplasmic motifs into human myeloid HL-60 cells

The distal cytoplasmic motifs of leukemia inhibitory factor receptor α-chain (LIFRα-CT3) can independently induce intracellular myeloid differentiation in acute myeloid leukemia (AML) cells by gene transfection; however, there are significant limitations in the potential clinical use of these motifs due to liposome-derived genetic modifications. To produce a potentially therapeutic LIFRα-CT3 with cell-permeable activity, we constructed a eukaryotic expression pcDNA3.0-TAT-CT3-cMyc plasmid with a signal peptide (ss) inserted into the N-terminal that codes for an ss-TAT-CT3-cMyc fusion protein. The stable transfection of Chinese hamster ovary (CHO) cells via this vector and subsequent selection by Geneticin resulted in cell lines that express and secrete TAT-CT3-cMyc. The spent medium of pcDNA3.0-TAT-CT3-cMyc-transfected CHO cells could be purified using a cMyc-epitope-tag agarose affinity chromatography column and could be detected via SDS-PAGE, with antibodies against cMyc-tag. The direct administration of TAT-CT3-cMyc to HL-60 cell culture media caused the enrichment of CT3-cMyc in the cytoplasm and nucleus within 30 min and led to a significant reduction of viable cells (P < 0.05) 8 h after exposure. The advantages of using this mammalian expression system include the ease of generating TAT fusion proteins that are adequately transcripted and the potential for a sustained production of such proteins in vitro for future AML therapy.

Hydrogen peroxide enhances the expression and function of Giα proteins in aortic vascular smooth muscle cells from Sprague-Dawley rats : role of growth factor receptors transactivation

Nous avons récemment démontré que les espèces réactives oxygénées induisent une augmentation de l’expression des protéines Giα dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) provenant d’aortes de rats spontanément hypertendus (SHR, de l’anglais spontaneously hypertensive rats). La présente étude a pour but d’étudier les effets du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant qui induit le stress oxydatif, sur l’expression de Giα et sur l’activité de l’adénylate cyclase, et d’explorer les voies de signalisation sous-jacentes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que H2O2 induit une augmentation de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 de manière dose- et temps-dépendante avec une augmentation maximale de 40-50% à 100 µM après 1 heure, sans affecter l’expression de Gsα. L’expression des protéines Giα a été maintenue au niveau normal en presence de AG 1478, AG1295, PD98059 et la wortmannine, des inhibiteurs d’EGF-R (de l’anglais epidermal growth factor receptor), PDGFR-β (de l’anglais platelet-derived growth factor receptor β), de la voie de signalisation ras-ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), et de la voie de la PI3Kinase-AKT (de l’anglais phosphatidyl inositol-3 kinase), respectivement. En outre, le traitement des CMLV avec H2O2 a induit une augmentation du degré de phosphorylation d’EGF-R, PDGF-R, ERK1/2 et AKT; et cette expression a été maintenue au niveau témoin par leurs inhibiteurs respectifs. Les inhibiteurs d’EGF-R et PDGF-R ont aussi induit une diminution du degré de phosphorylation de ERK1/2, et AKT/PKB. En outre, la transfection des cellules avec le siRNA (de l’anglais, small interfering ribonucleic acid) de EGF-R et PDGFR-β a atténué la surexpression des protéines Giα-2 et Giα-3 induite par le traitement au H2O2. La surexpression des protéines Giα induite par H2O2 a été corrélée avec une augmentation de la fonction de la protéine Giα. L’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par de faibles concentrations de GTPγS après stimulation par la forskoline a augmenté de 20% dans les cellules traitées au H2O2. En outre, le traitement des CMLV au H2O2 a aussi accru l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par les hormones inhibitrices telles que l’angiotensine II, oxotrémorine et C-ANP4-23. D’autre part, la stimulation de l’adénylate cyclase induite par GTPγS, glucagon, isoprotérénol, forskoline, et le fluorure de sodium (NaF) a été atténuée de façon significative dans les cellules traitées au H2O2. Ces résultats suggèrent que H2O2 induit la surexpression des protéines Giα-2 and Giα-3 via la transactivation des récepteurs des facteurs de croissance EGF-R, PDGFR-β et l’activation des voies de signalisation ras-ERK1/2 et PI3K-AKT Mot-cles: Protéines Giα, peroxyde d’hydrogène, stress oxydant, récepteurs des facteurs de croissance, MAP kinases, adénylate cyclase, hypertension

Implicating the mechanisms of ADP-ribosylation factor activation in the resistance of invasive breast cancer cells to EGFR tyrosine kinase inhibitors

ADP-ribosylation factor-1 (ARF1) est une petite GTPase principalement connue pour son rôle dans la formation de vésicules au niveau de l’appareil de Golgi. Récemment, dans des cellules de cancer du sein, nous avons démontré qu’ARF1 est aussi un médiateur important de la signalisation du récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) contrôlant la prolifération, la migration et l'invasion cellulaire. Cependant, le mécanisme par lequel l’EGFR active la GTPase ainsi que le rôle de cette dernière dans la régulation de la fonction du récepteur demeure inconnue. Dans cette thèse, nous avions comme objectifs de définir le mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules de cancer du sein hautement invasif et démontrer que l’activation de cette isoforme de ARF joue un rôle essentiel dans la résistance de ces cellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nos études démontrent que les protéines d’adaptatrices Grb2 et p66Shc jouent un rôle important dans l'activation de ARF1. Alors que Grb2 favorise le recrutement d’ARF1 à l'EGFR ainsi que l'activation de cette petite GTPase, p66Shc inhibe le recrutement du complexe Grb2-ARF1 au récepteur et donc contribue à limiter l’activation d’ARF1. De plus, nous démontrons que ARF1 favorise la résistance aux inhibiteurs des tyrosines kinases dans les cellules de cancer du sein hautement invasif. En effet, une diminution de l’expression de ARF1 a augmenté la sensibilité descellules aux inhibiteurs de l'EGFR. Nous montrons également que de hauts niveaux de ARF1 contribuent à la résistance des cellules à ces médicaments en améliorant la survie et les signaux prolifératifs à travers ERK1/2, Src et AKT, tout en bloquant les voies apoptotiques (p38MAPK et JNK). Enfin, nous mettons en évidence le rôle de la protéine ARF1 dans l’apoptose en réponse aux traitements des inhibiteurs de l’EGFR. Nos résultats indiquent que la dépletion d’ARF1 promeut la mort cellulaire induite par gefitinib, en augmentant l'expression de facteurs pro-apoptotiques (p66shc, Bax), en altérant le potentiel de la membrane mitochondriale et la libération du cytochrome C. Ensemble, nos résultats délimitent un nouveau mécanisme d'activation de ARF1 dans les cellules du cancer du sein hautement invasif et impliquent l’activité d’ARF1 comme un médiateur important de la résistance aux inhibiteurs EGFR.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.