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.

Fibroblast Growth Factor 8 and its Receptors in The Growth and Angiogenesis of Experimental Breast Cancer . With Special Reference to Thrombospondin-1 as a Novel Target Gene for FGF-8

The growth of breast cancer is regulated by hormones and growth factors. Recently, aberrant fibroblast growth factor (FGF) signalling has been strongly implicated in promoting the progression of breast cancer and is thought to have a role in the development of endocrine resistant disease. FGFs mediate their auto- and paracrine signals through binding to FGF receptors 1-4 (FGFR1-4) and their isoforms. Specific targets of FGFs in breast cancer cells and the differential role of FGFRs, however, are poorly described. FGF-8 is expressed at elevated levels in breast cancer, and it has been shown to act as an angiogenic, growth promoting factor in experimental models of breast cancer. Furthermore, it plays an important role in mediating androgen effects in prostate cancer and in some breast cancer cell lines. We aimed to study testosterone (Te) and FGF-8 regulated genes in Shionogi 115 (S115) breast cancer cells, characterise FGF-8 activated intracellular signalling pathways and clarify the role of FGFR1, -2 and -3 in these cells. Thrombospondin-1 (TSP-1), an endogenous inhibitor of angiogenesis, was recognised as a Te and FGF-8 regulated gene. Te repression of TSP-1 was androgen receptor (AR)-dependent. It required de novo protein synthesis, but it was independent of FGF-8 expression. FGF-8, in turn, downregulated TSP-1 transcription by activating the ERK and PI3K pathways, and the effect could be reversed by specific kinase inhibitors. Differential FGFR1-3 action was studied by silencing each receptor by shRNA expression in S115 cells. FGFR1 expression was a prerequisite for the growth of S115 tumours, whereas FGFR2 expression alone was not able to promote tumour growth. High FGFR1 expression led to a growth advantage that was associated with strong ERK activation, increased angiogenesis and reduced apoptosis, and all of these effects could be reversed by an FGFR inhibitor. Taken together, the results of this thesis show that FGF-8 and FGFRs contribute strongly to the regulation of the growth and angiogenesis of experimental breast cancer and support the evidence for FGF-FGFR signalling as one of the major players in breast cancers.

Regulation of cell growth, death, and polarization by ERBB4

Regulation of cell growth, death, and polarization by ERBB4 ErbB4 is a member of the epidermal growth factor receptor (EGFR, ErbB) family. The other members are EGFR, ErbB2 and ErbB3. ErbB receptors are important regulators for example in cardiovascular, neural and breast development but control key cellular functions also in many adult tissues. Abnormal ErbB signaling has been shown to be involved in various illnesses such as cancers and heart diseases. Among the ErbBs, ErbB4 has been shown to have unique signaling characteristics. ErbB4 exists in four alternatively spliced isoforms that are expressed in a tissue-specific manner. Two of the isoforms can be cleaved by membrane proteases, resulting in release of soluble intracellular domains (ICD). Once released into the cytosol, the ICD is capable of translocating into the nucleus and participating in regulation of transcription. The functional differences and the tissue-specific expression patterns suggest isoformspecific roles for ErbB4 isoforms. However, the abilities of ErbB4 isoforms to differently regulate cellular functions were discovered only recently and are not well understood. This study aimed to determine the expression patterns of ErbB4 in normal and diseased tissue, and to define whether the cleavable and non-cleavable isoforms could regulate different target genes and therefore, cellular functions. In this study, a comprehensive ErbB4 expression pattern in several normal tissues, various cancers and non-neoplastic diseases was determined. In addition, the data demonstrated that the cleavable and non-cleavable ErbB4 isoforms could regulate different cellular functions and target genes. Finally, this study defined the cellular responses regulated by ErbB4 during kidney development.

The Effects of Fibroblast Growth Factor 8b on Reproductive Organs and Prostate Tumorigenesis

Fibroblast growth factors (FGFs) are involved in the development and homeostasis of the prostate and other reproductive organs. FGF signaling is altered in prostate cancer. Fibroblast growth factor 8 (FGF8) is a mitogenic growth factor and its expression is elevated in prostate cancer and in premalignant prostatic intraepithelial neoplasia (PIN) lesions. FGF8b is the most transforming isoform of FGF8. Experimental models show that FGF8b promotes several phases of prostate tumorigenesis - including cancer initiation, tumor growth, angiogenesis, invasion and development of bone metastasis. The mechanisms activated by FGF8b in the prostate are unclear. In the present study, to examine the tumorigenic effects of FGF8b on the prostate and other FGF8b expressing organs, an FGF8b transgenic (TG) mouse model was generated. The effect of estrogen receptor beta (ERβ) deficiency on FGF8binduced prostate tumorigenesis was studied by breeding FGF8b-TG mice with ERβ knockout mice (BERKOFVB). Overexpression of FGF8b caused progressive histological and morphological changes in the prostate, epididymis and testis of FGF8b-TG-mice. In the prostate, hyperplastic, preneoplastic and neoplastic changes, including mouse PIN (mPIN) lesions, adenocarcinomas, sarcomas and carcinosarcomas were present in the epithelium and stroma. In the epididymis, a highly cancer-resistant tissue, the epithelium contained dysplasias and the stroma had neoplasias and hyperplasias with atypical cells. Besides similar histological changes in the prostate and epididymis, overexpression of FGF8b induced similar changes in the expression of genes such as osteopontin (Spp1), connective tissue growth factor (Ctgf) and FGF receptors (Fgfrs) in these two tissues. In the testes of the FGF8b-TG mice, the seminiferous epithelium was frequently degenerative and the number of spermatids was decreased. A portion of the FGF8b-TG male mice was infertile. Deficiency of ERβ did not accelerate prostate tumorigenesis in the FGF8b-TG mice, but increased significantly the frequency of mucinous metaplasia and slightly the frequency of inflammation in the prostate. This suggests putative differentiation promoting and anti-inflammatory roles for ERβ. In summary, these results underscore the importance of FGF signaling in male reproductive organs and provide novel evidence for a role of FGF8b in stromal activation and prostate tumorigenesis.

Analysis of trophic responses in lesioned brain: focus on basic fibroblast growth factor mechanisms

The actions of fibroblast growth factors (FGFs), particularly the basic form (bFGF), have been described in a large number of cells and include mitogenicity, angiogenicity and wound repair. The present review discusses the presence of the bFGF protein and messenger RNA as well as the presence of the FGF receptor messenger RNA in the rodent brain by means of semiquantitative radioactive in situ hybridization in combination with immunohistochemistry. Chemical and mechanical injuries to the brain trigger a reduction in neurotransmitter synthesis and neuronal death which are accompanied by astroglial reaction. The altered synthesis of bFGF following brain lesions or stimulation was analyzed. Lesions of the central nervous system trigger bFGF gene expression by neurons and/or activated astrocytes, depending on the type of lesion and time post-manipulation. The changes in bFGF messenger RNA are frequently accompanied by a subsequent increase of bFGF immunoreactivity in astrocytes in the lesioned pathway. The reactive astrocytes and injured neurons synthesize increased amount of bFGF, which may act as a paracrine/autocrine factor, protecting neurons from death and also stimulating neuronal plasticity and tissue repair

PPARγ induces growth inhibition and apoptosis through upregulation of insulin-like growth factor-binding protein-3 in gastric cancer cells

Peroxisome proliferator activator receptor-gamma (PPARγ) is a ligand-activated transcriptional factor involved in the carcinogenesis of various cancers. Insulin-like growth factor-binding protein-3 (IGFBP-3) is a tumor suppressor gene that has anti-apoptotic activity. The purpose of this study was to investigate the anticancer mechanism of PPARγ with respect to IGFBP-3. PPARγ was overexpressed in SNU-668 gastric cancer cells using an adenovirus gene transfer system. The cells in which PPARγ was overexpressed exhibited growth inhibition, induction of apoptosis, and a significant increase in IGFBP-3 expression. We investigated the underlying molecular mechanisms of PPARγ in SNU-668 cells using an IGFBP-3 promoter/luciferase reporter system. Luciferase activity was increased up to 15-fold in PPARγ transfected cells, suggesting that PPARγ may directly interact with IGFBP-3 promoter to induce its expression. Deletion analysis of the IGFBP-3 promoter showed that luciferase activity was markedly reduced in cells without putative p53-binding sites (-Δ1755, -Δ1795). This suggests that the critical PPARγ-response region is located within the p53-binding region of the IGFBP-3 promoter. We further demonstrated an increase in PPARγ-induced luciferase activity even in cells treated with siRNA to silence p53 expression. Taken together, these data suggest that PPARγ exhibits its anticancer effect by increasing IGFBP-3 expression, and that IGFBP-3 is a significant tumor suppressor.

Growth factor activation of ErbB2/ErbB3 signaling pathways regulate the activity of Estrogen Receptors (ER)

La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles.

Modulation of Endothelin-1 and Insulin-like Growth Factor Type 1-induced Signaling by Curcumin in A-10 Vascular Smooth Muscle Cells

Les maladies cardio-vasculaires (MCV), telles que l’hypertension et l’athérosclérose, s’accompagnent de modifications structurales et fonctionnelles au niveau vasculaire. Un fonctionnement aberrant de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires à l’origine de ces changements. L’endothéline-1 (ET-1) contribue à la pathogénèse des anomalies vasculaires, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, des composantes clés impliquées dans les voies prolifératives et de croissance cellulaires. Il a été suggéré que le stress oxydant jouerait un rôle intermédiaire dans les effets pathophysiologiques vasculaires de l’ET-1. En conséquence, une modulation de la signalisation induite par l’ET-1 peut servir comme éventuelle stratégie thérapeutique contre le développement des MCV. Il apparaît de nos jours un regain d’intérêt dans l’utilisation des agents phyto-chimiques pour traiter plusieurs maladies. La curcumine, constituant essentiel de l’épice curcuma, est dotée de plusieurs propriétés biologiques parmi lesquelles des propriétés anti-oxydantes, anti-prolifératrices et cardio-protectrices. Cependant, les mécanismes moléculaires de son effet cardio-protecteur demeurent obscurs. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’efficacité de la curcumine à inhiber la signalisation induite par l’ET-1 dans les CMLV. La curcumine a inhibé la phosphorylation des protéines IGF-1R, PKB, c-Raf et ERK1/2, induite par l’ET-1 et l’IGF-1. De plus, la curcumine a inhibé l’expression du facteur de transcription Egr-1 induite par l’ET-1 et l’IGF-1, dans les CMLV. Ces résultats suggèrent que la capacité de la curcumine à atténuer ces voies de signalisation serait un mécanisme d’action potentiel de ses effets protecteurs au niveau cardiovasculaire.

Differential regulation of early response genes by fibroblast growth factor (FGF) 8 and FGF18 in bovine granulosa cells in vitro

Les « Facteurs de croissance des fibroblastes» (FGF) agissent comme des régulateurs locaux sur la qualité des follicules et sont connus pour promouvoir la prolifération des cellules de granulosa, réduire l’apoptose et la stéroïdogenèse. Parmi la sous-famille FGF8, FGF18 est une exception puisqu’il semblerait avoir une fonction pro-apoptotique alors que FGF8 n’a pas été jusqu’à présent rapporté comme altérant la viabilité des cellules de la granulosa. Ces deux ligands ont un mode d’activation similaire et il pourrait être proposé que toute la sous-famille FGF8 ait la même réponse. L’objectif de cette étude était de déterminer si FGF8 et FGF18 activaient la même réponse précoce de gènes dans des cultures de granulosa bovine. Pour répondre à cette question, nous avons cultivé des cellules de la granulosa dans du milieu de culture sans sérum pendant 5 jours. Le jour 5, les cellules ont été traitées avec FGF8 ou FGF18. Nous avons eu recours à une approche de « puce à ADN » afin d’identifier la réponse précoce de gènes induite par FGF8 et FGF18, et les données ont été confirmées par des PCRs en temps réel lors d’une expérience in vitro où les cellules de granulosa ont été traitées avec FGF8 et FGF18 pendant différents temps. L’analyse du puce à ADN a identifié 12 gènes surexprimés par FGF8, incluant SPRY2, NR4A1, XIRP1, BAMBI, EGR1, FOS et FOSL1. A l’inverse, FGF18 n’a régulé aucun gène de manière significative. Les analyses de PCR ont confirmé l’augmentation d’ARNm codant pour EGR1, EGR3, FOS, XIRP1, FOSL1, SPRY2, NR4A1 et BAMBI après 2 h de traitement. FGF18 a entrainé seulement une augmentation de l’expression de EGR1 après 2 h de traitement parmi tous les gènes testés. Ces résultats démontrent donc que FGF8 et FGF18, malgré leur similarité dans le mode d’activation de leurs récepteurs, agissent sur les cellules de la granulosa via différentes voies de signalisation. FGF8 et FGF18, sont donc tous les deux capables de stimuler l’expression de EGR1, mais les voies de signalisation induites par la suite divergent.

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.

ADRENERGIC RECEPTOR GENE EXPRESSION DURING PANCREATIC REGENERATION AND INSULIN SECRETION IN RATS –

In the present study, the changes in the brain EPI (Epinephrine), adrenergic receptors and the receptor gene expression were investigated during pancreatic regeneration and insulin secretion. The changes in the pancreatic islet EPI and adrenergic receptors were also studied in the pancreatectomised rats. The regulatory function of EPI in association with Epidermal growth factor (EGF) and glucose were investigated in rat islet cultures. In vitro studies were carried out using antagonists for adrenergic receptor subtypes to see their involvement in the islet DNA synthesis. The mechanism by which the peripheral EPI regulate insulin secretion was also investigated by studying the nuclear binding proteins in the pancreatic islets during pancreatic regeneration and diabetes. The study reveals that EPI can regulate the pancreatic islet cell proliferation by controlling the insulin synthesis and secretion. The brain adrenergic receptor gene expression and functional correlation regulate the pancreatic adrenergic receptors. The functional balance of α and β-adrenergic receptors controls the insulin secretion and pancreatic β-cell proliferation, which will have immense clinical significance in the treatment of Diabetes mellitus.

Hepatic GABAA receptor functional regulation during rat liver cell proliferation

Gamma aminohutyric acid (GAB A.) receptor tunctionaI status was artaIV se(l in pa It ial hcpatcctoIn ised.II'II). lead nitrate (LN) induced hyperplastic and N-nifrosodiethylantinc INDEAI treated nctplastic rat Iivers during peak DNA synthesis. The high-affinity I'HJGALA binding significantly decreased in PII and NDEi\ rats and the receptor affinity decreased in NDEA and increased in LN rats compared with control . in NDEA. displacement analysis of I'I IIGABA with muscimol showed loss of low-allinity site and a shill of high-allinity cite towards low-allinity . ' 1 he affinity sites shifted towards high-affinity in LN rats. 'file number of low-allinity 1'I Ilhicuc)lline receptors decreased cignilic:uttly in NDEA and I'll whereas it increased in LN rats. (ir\Bi\t receptor :gunist. unrscinrul. disc dependcnllyinhihilcd epidermal growth factor IEGI--) induced DNA synthesis :uul enhanced the tr:utsfnrnting grmvth )actor (Il I I'(il (tlI mediated DNA synthesis suppression in prim:uy hepalucvte cultures . Our results suggest that GABA,t reccjhtor act as an inhibitory signal fur hepatic cell prolifctatiun.

Estudi d'un receptor quinasa atípic (Mark) i de les proteïnes que interaccionen amb el seu domini intracel·lular. Transducció del senyal i desenvolupament en blat de moro (Zea mays)

Aquesta tesi doctoral s'engloba dins d'un projecte general d'estudi de gens implicats en l'embriogènesi del blat de moro. L'embriogènesi del blat de moro, i en general la de totes les plantes superiors, es dóna en tres etapes: una primera etapa on es diferencien tots els diversos teixits que formaran l'embrió, una segona etapa on l'embrió acumula productes de reserva i un tercer període, la dormància, que finalitza quan les condicions ambientals són les idònies per a la germinació. En el laboratori estàvem interessats, concretament, en l'estudi de gens implicats en la primera etapa morfogenètica, on els diferents teixits i estructures embrionàries queden definides. Per tal d'estudiar gens que s'expressaven en aquest període, una de les estratègies que es va realitzar fou un crivellat diferencial entre teixit embrionari i teixit de planta adulta. D'entre els diferents clons obtinguts, un corresponia a un clon parcial que presentava similitud amb receptors quinasa i que fou objecte d'estudi. A partir d'aquest clon es va obtenir el clon complet i es va anomenar MARK (per Maize Atypical Receptor Kinase). MARK presenta una estructura típica d'un receptor quinasa amb un domini extracel.lular, que conté 6 còpies imperfectes de LRR (Leucine- Rich Repeats), un únic domini transmembrana i un domini quinasa intracel.lular. El domini quinasa de MARK presenta, però, algunes variacions en els residus aminoacídics que es consideren claus per a la funció catalítica dels dominis quinasa. En concret cinc dels aminoàcids considerats essencials per a la fosforilació es troben substituits en el domini quinasa de MARK (DK-MARK). Els experiments de fosforilació in vitro que es van realitzar al laboratori, van mostrar com MARK era incapaç de fosforilar in vitro. Aquesta característica no és, però, exclusiva de MARK. Una búsqueda en les bases de dades ens van permetre identificar altres seqüències que també presentaven els mateixos o altres canvis en aquestes posicions aminoacídiques. En les bases de dades de plantes es van identificar un conjunt de seqüències genòmiques o ESTs amb aquestes característiques i només una d'elles, la proteïna TMKL1 d'Arabidopsis, ha sigut descrita com un receptor quinasa incapaç de fosforilar in vitro. Respecte a la búsqueda de receptors similars a MARK en les bases de dades d'animals, es van identificar també un conjunt de proteïnes que, en alguns casos, s'ha descrit que no tenen activitat quinasa in vivo. Per exemple, un dels casos més ben estudiats és el del receptor erbB3 que forma part de la família de receptors del EGF (Epidermal Growth Factor). Aquesta família de receptors està formada per 4 receptors: erbB1, erbB2, erbB3 i erbB4, dels quals només l'erbB3 no presenta activitat catalítica. S'ha descrit que erbB3 és capaç, tot i no fosforilar in vivo, de participar activament en la transducció del senyal formant heterodímers amb els altres membres de la família. Així, erbB3 és fosforilat pel seu partner i pot iniciar la cascada de transducció del senyal. La participació d'erbB3 en la transducció del senyal és essencial ja que embrions de ratolí knock-out pel gen erbB3 són inviables. Així doncs, el fet que receptors quinasa catalíticament inactius participin en les cascades de transducció del senyal, suggereix l'existència de nous mecanismes d'acció per a la transducció del senyal. Per tant, l'objectiu d'aquest treball fou l'estudi del mecanisme d'acció de MARK mitjançant la caracterització les proteïnes capaces d'interaccionar amb el seu domini quinasa. Per tal d'assolir aquest objectiu, es va realitzar un crivellat de doble-híbrid amb una llibreria de cDNA d'embrions de blat de moro de 7 DAP. D'aquest crivellat es va obtenir un conjunt de possibles clons positius que foren seqüenciats i entre els quals es van escollir per un estudi més detallat aquells que s'havien obtingut més vegades com a clons independents. Aquests clons codificaven per: una SAMDC (S-Adenosil Descarboxilasa), una eIF5 (Eukaryotic translation initiation), una hypothetical protein, una unknown protein, una gamma-adaptina i una MAP4K. Amb aquests 6 clons es van fer estudis in vitro i in vivo per tal de confirmar al seva interacció amb DK-MARK. Els estudis in vivo es van realitzar amb la soca de llevat AH109, una soca més astringent que la utilitzada en el crivellat, ja que presenta tres gens marcadors: Histidina, Adenina i Lacz. Els resultats obtinguts van mostrar que els clons codificants per SAMDC i eIF5 no van créixer en un medi selectiu per His i Ade i, per tant o es tracta de falsos positius del sistema o la seva interacció amb DK-MARK és dèbil. D'altra banda, la resta dels clons analitzats (proteïna hipotètica, una proteïna de funció desconeguda, la gamma-adaptina i una MAP4K) van créixer en medis en absència de Histidina i Adenina. Els assatjos de b-galactosidasa van ser tots positius a excepció de la proteïna hipotètica suggerint que potser aquesta interacció sigui més feble. D'altra banda també es van realitzar estudis in vitro amb la tècnica del pull-down. Els resultats obtinguts amb aquesta tècnica van recolzar els obtinguts en cèl.lules de llevat, ja que tots els clons analitzats a excepció dels codificants per SAMDC i eIF5 van donar un resultat d'interacció amb KD-MARK in vitro positiu. Davant aquests resultats ens vam centrar en l'estudi de la proteïna similar a MAP4K, doncs algunes proteïnes de la seva família s'han relacionat amb receptors de membrana. Els clons que es va obtenir del crivellat codificaven per una proteïna similar amb el domini C-terminal a les proteïnes BnMAP4Ka1 i a2 de Brassica napus. Aquestes proteïnes presenten una forta similitud de seqüència amb proteïnes de la família GCK/SPS1 que formen part d'un grup particular de MAPK relacionades amb la proteïna Ste20 (sterile 20 protein) de llevat. Ste20p activa la MAP3K de llevat Ste11 directament per fosforilació, transduint d'aquesta manera el senyal del receptor de feromones de creuament de les cèl.lules de llevat i es pot, doncs, considerar com una proteïna del tipus MAP4K (mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase). En els darrers anys, s'han identificat un gran nombre de proteïnes similars a Ste20: fins a una trentena en mamífers, en Drosophila, en Caenorhabditis elegans i en altres organismes. Segons la seva estructura aminoacídica, la família Ste20 s'ha classificat en dues subfamílies: les proteïnes STE20/PAK (p21-activated kinases) i la subfamília GCK/SPS1 (germinal center kinases). Les dues subfamílies estan formades per proteïnes que contenen un domini quinasa i un domini regulador, però, mentre que les proteïnes PAK presenten el domini quinasa en la part C-terminal, les GCKs el presenten en la regió N terminal. Les proteïnes GCK presenten una elevada diversitat estructural en el domini regulador permetent la seva classificació en 6 subfamílies. Mitjançant la tècnica del RACE es va obtenir el clon de cDNA complet que es va anomenar MIK (MARK Interacting Kinase). Amb la tècnica del Southern blot es va poder determinar que el gen MIK és un gen de còpia única en el genoma de blat de moro. Per tal d'analitzar la possible interacció entre DK-MARK i MIK, es va estudiar tant el patró d'expressió d'ambdós gens com el seu patró d'acumulació d'ambdues proteïnes durant l'embriogènesi del blat de moro. El patró d'expressió, analitzat per Northen blot va mostrar uns patrons coincidents al llarg de l'embriogènesi des del seu inici fins als 20 DAP amb una acumulació màxima de mRNA en embrions de 15 DAP. D'altra banda per tal d'estudiar el patró d'acumulació de la proteïna MIK així com per comparar-lo amb el de MARK, es van realitzar estudis de Westerns blot. Els resultats també van mostrar una coincidència en el temps de l'acumulació de les proteïnes MARK i MIK durant l'embriogènesi de blat de moro amb una major acumulació en embrions de 15 i 20 DAP. Es van dur a terme també estudis d'immunolocalitzacions sobre embrions de blat de moro de 15 DAP per tal d'estudiar en quins teixits s'acumulaven ambdues proteïnes. Les immunolocalitzacions van mostrar una major acumulació tant de MARK com de MIK en les zones meristemàtiques i en el teixit vascular sobretot del coleòptil on s'aprecia una forta co-localització de MARK i MIK. Totes aquestes dades són compatibles, doncs, amb una possible interacció de les proteïnes MARK i MIK, tot i que no la demostren. Per tal de demostrar la interacció es van realitzar experiments d'immunoprecipitació in vivo a partir d'extractes d'embrions. Malauradament, els resultats no són clars i en aquests moments en el laboratori s'estan posant a punt aquests experiments. També es van realitzar estudis comparatius de seqüència amb diferents proteïnes de la família GCK, mostrant una major similitud amb les proteïnes de la subfamília GCK-III. La subfamília GCK-III ha estat molt poc estudiada i en formen part un conjunt de proteïnes amb funcions molt diverses des de l'apoptosi, la citoquinesi o l'anòxia cel.lular. Per tant, la similitud de seqüència possiblement fa referència a una conservació en el mecanisme d'acció més que no pas a una conservació funcional. La possible interacció de MARK amb el domini C-terminal de MIK (el domini regulador) podria activar aquesta última iniciant una cascada de transducció del senyal en un model en el que una proteïna del tipus GCK-III faria de lligam directa entre un receptor de membrana i una cascada de senyalització intracel.lular. Aquest tipus de lligam entre un recepctor de membrana i mòduls intracel.lulars de senyalització s'ha descrit per a altres proteïnes GCK, si bé no directament sinó a través de proteïnes adaptadores. D'altra banda, la interacció directa de MARK, un receptor quinasa atípic que no té activitat catalítica, amb MIK suggereix un mecanisme on receptors atípics podrien interaccionar en la transducció del senyal activant la via de les MAPK.

The bile acid receptor TGR5 does not interact with β-arrestins or traffic to endosomes but transmits sustained signals from plasma membrane rafts.

TGR5 is a G protein-coupled receptor that mediates bile acid (BA) effects on energy balance, inflammation, digestion and sensation. The mechanisms and spatiotemporal control of TGR5 signaling are poorly understood. We investigated TGR5 signaling and trafficking in transfected HEK293 cells and colonocytes (NCM460) that endogenously express TGR5. BAs (deoxycholic acid, DCA, taurolithocholic acid, TLCA) and the selective agonists oleanolic acid (OA) and 3-(2-chlorophenyl)-N-(4-chlorophenyl)-N, 5-dimethylisoxazole-4-carboxamide (CCDC) stimulated cAMP formation but did not induce TGR5 endocytosis or recruitment of β-arrestins, assessed by confocal microscopy. DCA, TLCA and OA did not stimulate TGR5 association with β-arrestin 1/2 or G protein-coupled receptor kinase (GRK) 2/5/6, determined by bioluminescence resonance energy transfer. CCDC stimulated a low level of TGR5 interaction with β-arrestin2 and GRK2. DCA induced cAMP formation at the plasma membrane and cytosol, determined using exchange factor directly regulated by cAMP (Epac2)-based reporters, but cAMP signals did not desensitize. AG1478, an inhibitor of epidermal growth factor receptor (EGFR) tyrosine kinase, the metalloprotease inhibitor batimastat, and methyl-β-cyclodextrin and filipin, which block lipid raft formation, prevented DCA stimulation of extracellular signal regulated kinase (ERK1/2). BRET analysis revealed TGR5 and EGFR interactions that were blocked by disruption of lipid rafts. DCA stimulated TGR5 redistribution to plasma membrane microdomains, localized by immunogold electron microscopy. Thus, TGR5 does not interact with β-arrestins, desensitize or traffic to endosomes. TGR5 signals from plasma membrane rafts that facilitate EGFR interaction and transactivation. An understanding of the spatiotemporal control of TGR5 signaling provides insights into the actions of BAs and therapeutic TGR5 agonists/antagonists.

Matrix metalloproteinases, TIMPs and growth factors regulating ameloblastoma behaviour

Aims: Ameloblastoma is an odontogenic neoplasm with local invasiveness and recurrence. We have previously suggested that growth factors and matrix metalloproteinases (MMPs) influence ameloblastoma invasiveness(1). The aim was to study expression of MMPs, tissue inhibitor of metalloproteinases (TIMPs) and growth factors in ameloblastoma. Methods and results: Thirteen cases of solid/multicystic ameloblastoma were examined. As a control, calcifying cystic odontogenic tumour (CCOT), a non-invasive odontogenic neoplasm with ameloblastomatous epithelium was also studied. Immunohistochemistry detected MMPs, TIMPs and growth factors in ameloblastoma and CCOT. The labelling index (LI) of MMP-9 and TIMP-2 was significantly higher in ameloblastoma compared with CCOT. The LI of epidermal growth factor (EGF), transforming growth factor (TGF)-alpha and epidermal growth factor receptor (EGFR) was also increased in ameloblastoma. This neoplasm showed greater expression of MMPs, TIMPs and growth factors compared with CCOT. We then analysed these molecules in ameloblastoma cells and stroma. Ameloblastoma cells exhibited increased LI of MMP-1, -2 and EGFR. We found a positive correlation between EGF and TIMP-1, and between TGF-alpha and TIMP-2. It is known that signals generated by growth factors are transduced by the ERK pathway. Ameloblastoma stroma exhibited the phosphorylated (activated) form of ERK. Conclusions: These results suggest an interplay involving growth factors MMPs and TIMPs that may contribute to ameloblastoma behaviour. Signals generated by this molecular network would be transduced by ERK 1/2 pathway.