Molecular basis for reduced estrone sulfate transport and altered modulator sensitivity of transmembrane helix (TM) 6 and TM17 mutants of multidrug resistance protein 1 (ABCC1)

Multidrug resistance protein 1 (MRP1) confers drug resistance and also mediates cellular efflux of many organic anions. MRP1 also transports glutathione (GSH); furthermore, this tripeptide stimulates transport of several substrates, including estrone 3-sulfate. We have previously shown that mutations of Lys(332) in transmembrane helix (TM) 6 and Trp(1246) in TM17 cause different substrate-selective losses in MRP1 transport activity. Here we have extended our characterization of mutants K332L and W1246C to further define the different roles these two residues play in determining the substrate and inhibitor specificity of MRP1. Thus, we have shown that TM17-Trp(1246) is crucial for conferring drug resistance and for binding and transport of methotrexate, estradiol glucuronide, and estrone 3-sulfate, as well as for binding of the tricyclic isoxazole inhibitor N-[3-(9-chloro-3-methyl-4-oxo-4H-isoxazolo-[4,3-c]quinolin-5-yl)-cyclohexylmethyl]-benzamide (LY465803). In contrast, TM6-Lys(332) is important for enabling GSH and GSH-containing compounds to serve as substrates (e.g., leukotriene C(4)) or modulators (e.g., S-decyl-GSH, GSH disulfide) of MRP1 and, further, for enabling GSH (or S-methyl-GSH) to enhance the transport of estrone 3-sulfate and increase the inhibitory potency of LY465803. On the other hand, both mutants are as sensitive as wild-type MRP1 to the non-GSH-containing inhibitors (E)-3-[[[3-[2-(7-chloro-2-quinolinyl)ethenyl]phenyl][[3-(dimethylamino)-3-oxopropyl]thio]methyl]thio]-propanoic acid (MK571), 1-[2-hydroxy-3-propyl-4-[4-(1H-tetrazol-5-yl)butoxy]phenyl]-ethanone (LY171883), and highly potent 6-[4'-carboxyphenylthio]-5[S]-hydroxy-7[E], 11[Z]14[Z]-eicosatetrenoic acid (BAY u9773). Finally, the differing abilities of the cysteinyl leukotriene derivatives leukotriene C(4), D(4), and F(4) to inhibit estradiol glucuronide transport by wild-type and K332L mutant MRP1 provide further evidence that TM6-Lys(332) is involved in the recognition of the gamma-Glu portion of substrates and modulators containing GSH or GSH-like moieties.

Characterization of recombinant chloroperoxidase, and F103A and C29H/C79H/C87H mutants

Mechanistically and structurally chloroperoxidase (CPO) occupies a unique niche among heme containing enzymes. Chloroperoxidase catalyzes a broad range of reactions, such as oxidation of organic substrates, dismutation of hydrogen peroxide, and mono-oxygenation of organic molecules. To expand the synthetic utility of CPO and to appreciate the important interactions that lead to CPO’s exceptional properties, a site-directed mutagenesis study was undertaken. ^ Recombinant CPO and CPO mutants were heterologously expressed in Aspergillus niger. The overall protein structure was almost the same as that of wild type CPO, as determined by UV-vis, NMR and CD spectroscopies. Phenylalanine103, which was proposed to regulate substrate access to the active site by restricting the size of substrates and to control CPO’s enantioselectivity, was mutated to Ala. The ligand binding affinity and most importantly the catalytic activity of F103A was dramatically different from wild type CPO. The mutation essentially eliminated the chlorination and dismutation activities but enhanced, 4-10 fold, the epoxidation, peroxidation, and N-demethylation activities. As expected, the F103A mutant displayed dramatically improved epoxidation activity for larger, more branched styrene derivatives. Furthermore, F103A showed a distinctive enantioselectivity profile: losing enantioselectivity to styrene and cis-β-methylstyrene; having a different configuration preference on α-methylstyrene; showing higher enantioselectivites and conversion rates on larger, more branched substrates. Our results show that F103 acts as a switch box that controls the catalytic activity, substrate specificity, and product enantioselectivity of CPO. Given that no other mutant of CPO has displayed distinct properties, the results with F103A are dramatic. ^ The diverse catalytic activity of CPO has long been attributed to the presence of the proximal thiolate ligand. Surprisingly, a recent report on a C29H mutant suggested otherwise. A new CPO triple mutant C29H/C79H/C87H was prepared, in which all the cysteines were replaced by histidine to eliminate the possibility of cysteine coordinating to the heme. No active form protein was isolated, although, successful transformation and transcription was confirmed. The result suggests that Cys79 and Cys87 are critical to maintaining the structural scaffold of CPO. ^ In vitro biodegradation of nanotubes by CPO were examined by scanning electron microscope method, but little oxidation was observed. ^

Étude moléculaire et cellulaire des mutants de la protéine de Tamm-Horsfall (THP) dans la néphropathie hyperuricémique familiale juvénile (NHFJ)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Role of ABL Family Kinases in Breast Cancer

The ABL family of non-receptor tyrosine kinases, ABL1 (also known as c-ABL) and ABL2 (also known as Arg), links diverse extracellular stimuli to signaling pathways that control cell growth, survival, adhesion, migration and invasion. ABL tyrosine kinases play an oncogenic role in human leukemias. However, the role of ABL kinases in solid tumors including breast cancer progression and metastasis is just emerging.

To evaluate whether ABL family kinases are involved in breast cancer development and metastasis, we first analyzed genomic data from large-scale screen of breast cancer patients. We found that ABL kinases are up-regulated in invasive breast cancer patients and high expression of ABL kinases correlates with poor prognosis and early metastasis. Using xenograft mouse models combined with genetic and pharmacological approaches, we demonstrated that ABL kinases are required for regulating breast cancer progression and metastasis to the bone. Using next generation sequencing and bioinformatics analysis, we uncovered a critical role for ABL kinases in promoting multiple oncogenic pathways including TAZ and STAT5 signaling networks and the epithelial to mesenchymal transition (EMT). These findings revealed a role for ABL kinases in regulating breast cancer tumorigenesis and bone metastasis and provide a rationale for targeting breast tumors with ABL-specific inhibitors.

Étude moléculaire et cellulaire des mutants de la protéine de Tamm-Horsfall (THP) dans la néphropathie hyperuricémique familiale juvénile (NHFJ)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Integrase mutants defective for interaction with LEDGF/p75 are impaired in chromosome tethering and HIV-1 replication

The insertion of a DNA copy of its RNA genome into a chromosome of the host cell is mediated by the viral integrase with the help of mostly uncharacterized cellular cofactors. We have recently described that the transcriptional co-activator LEDGF/p75 strongly interacts with HIV-1 integrase. Here we show that interaction of HIV-1 integrase with LEDGF/p75 is important for viral replication. Using multiple approaches including two-hybrid interaction studies, random and directed mutagenesis, we could demonstrate that HIV-1 virus harboring a single mutation that disrupts integrase-LEDGF/p75 interaction, resulted in defective HIV-1 replication. Furthermore, we found that LEDGF/p75 tethers HIV-1 integrase to chromosomes and that this interaction may be important for the integration process and the replication of HIV-1.

Création de mutants cdc5 en vue de l’identification des substrats de PLK/Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN.

Les kinases de la famille Polo (PLK) jouent un rôle majeur durant le cycle cellulaire, notamment en promouvant des processus essentiels tels que l’entrée en phase M et la sortie du cycle cellulaire. Elles sont également impliquées dans plusieurs cancers et ont un fort pouvoir tumorigène. Notre laboratoire a récemment montré que Cdc5 (la kinase PLK chez Saccharomyces cerevisiae) est également nécessaire pour l'adaptation aux dommages à l'ADN, et que la cible critique de Cdc5 au cours de ce processus pourrait être une cible peu conventionnelle localisée aux centrosomes de levures. Dans le but d’identifier ce substrat, une analyse intégrale du phosphoprotéome de PLK/Cdc5 par spectrométrie de masse devra être réalisée. Pour ce faire, un allèle CDC5 sensible à la température, c’est-à-dire une version mutante qui devient inactive à température élevée, devra être utilisée. Cet allèle devra être thermosensible à 30°C, afin de s’assurer qu’il sera le seul à être inactivé à cette température et que, par conséquent, seuls les substrats de Cdc5 seront identifiés. À cet effet, nous avons généré deux allèles cdc5 thermosensibles à 30°C : cdc5-17 et cdc5-18, puis analysé leur cycle cellulaire à 32°C. Les résultats de cette analyse ont montré que l’exposition des cellules à 32°C résulte en leur blocage en fin de mitose sous la forme bourgeonnée, témoignant d’un défaut dans la promotion de la sortie de la mitose. Ce défaut est causé par la mutation du gène CDC5 dont la protéine favorise la sortie de la mitose via deux voies : la voie du MEN (Mitotic Exit Network) et la voie du FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release). cdc5-17 et cdc5-18 représentent des outils biologiques précieux qui permettront de mieux analyser le phosphoprotéome de PLK/Cdc5 et de mener à l’identification des cibles de Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN. Étant donné que l’adaptation aux dommages à l’ADN causés par des chimiothérapies représente l’un des facteurs permettant la prolifération des tumeurs cancéreuses, cette découverte serait un grand pas dans la lutte contre le cancer.

Création de mutants cdc5 en vue de l’identification des substrats de PLK/Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN

Les kinases de la famille Polo (PLK) jouent un rôle majeur durant le cycle cellulaire, notamment en promouvant des processus essentiels tels que l’entrée en phase M et la sortie du cycle cellulaire. Elles sont également impliquées dans plusieurs cancers et ont un fort pouvoir tumorigène. Notre laboratoire a récemment montré que Cdc5 (la kinase PLK chez Saccharomyces cerevisiae) est également nécessaire pour l'adaptation aux dommages à l'ADN, et que la cible critique de Cdc5 au cours de ce processus pourrait être une cible peu conventionnelle localisée aux centrosomes de levures. Dans le but d’identifier ce substrat, une analyse intégrale du phosphoprotéome de PLK/Cdc5 par spectrométrie de masse devra être réalisée. Pour ce faire, un allèle CDC5 sensible à la température, c’est-à-dire une version mutante qui devient inactive à température élevée, devra être utilisée. Cet allèle devra être thermosensible à 30°C, afin de s’assurer qu’il sera le seul à être inactivé à cette température et que, par conséquent, seuls les substrats de Cdc5 seront identifiés. À cet effet, nous avons généré deux allèles cdc5 thermosensibles à 30°C : cdc5-17 et cdc5-18, puis analysé leur cycle cellulaire à 32°C. Les résultats de cette analyse ont montré que l’exposition des cellules à 32°C résulte en leur blocage en fin de mitose sous la forme bourgeonnée, témoignant d’un défaut dans la promotion de la sortie de la mitose. Ce défaut est causé par la mutation du gène CDC5 dont la protéine favorise la sortie de la mitose via deux voies : la voie du MEN (Mitotic Exit Network) et la voie du FEAR (Cdc Fourteen Early Anaphase Release). cdc5-17 et cdc5-18 représentent des outils biologiques précieux qui permettront de mieux analyser le phosphoprotéome de PLK/Cdc5 et de mener à l’identification des cibles de Cdc5 lors de la réponse d’adaptation aux dommages à l’ADN. Étant donné que l’adaptation aux dommages à l’ADN causés par des chimiothérapies représente l’un des facteurs permettant la prolifération des tumeurs cancéreuses, cette découverte serait un grand pas dans la lutte contre le cancer.

HydroxyprolineO-arabinosyltransferase mutants oppositely alter tip growth inArabidopsis thalianaandPhyscomitrella patens

Hydroxyproline O-arabinosyltransferases (HPATs) are members of a small, deeply conserved family of plant-specific glycosyltransferases that add arabinose sugars to diverse proteins including cell wall-associated extensins and small signaling peptides. Recent genetic studies in flowering plants suggest that different HPAT homologs have been co-opted to function in diverse species-specific developmental contexts. However, nothing is known about the roles of HPATs in basal plants. We show that complete loss of HPAT function in Arabidopsis thaliana and the moss Physcomitrella patens results in a shared defect in gametophytic tip cell growth. Arabidopsis hpat1/2/3 triple knockout mutants suffer from a strong male sterility defect as a consequence of pollen tubes that fail to fully elongate following pollination. Knocking out the two HPAT genes of Physcomitrella results in larger multicellular filamentous networks due to increased elongation of protonemal tip cells. Physcomitrella hpat mutants lack cell-wall associated hydroxyproline arabinosides and can be rescued with exogenous cellulose, while global expression profiling shows that cell wall-associated genes are severely misexpressed, implicating a defect in cell wall formation during tip growth. Our findings point to a major role for HPATs in influencing cell elongation during tip growth in plants.