Full-length myotonin protein kinase (72 kDa) displays serine kinase activity.

We describe the full-length (72 kDa) myotonin protein kinase (Mt-PK) and demonstrate its kinase activity. The 72-kDa protein corresponds to the translation product from the first in-frame AUG codon. This protein was found in the cytoplasmic fraction, whereas the previously reported 55-kDa protein was observed in nuclear extracts. Only the 72-kDa protein was phosphorylated by [32P]phosphate in normal human fibroblasts. To investigate the putative kinase activity of Mt-PK, a construct containing the full-length open reading frame of Mt-PK was expressed in bacterial cells. The recombinant Mt-PK autophosphorylates a Ser residue and phosphorylates the synthetic peptide Gly-Arg-Gly-Leu-Ser-Leu-Ser-Arg, which contains a Ser residue in the phosphorylation site. We examined phosphorylation of the voltage-dependent Ca(2+)-release channel, or dihydropyridine receptor (DHPR), by recombinant Mt-PK. We observed that the beta subunit of DHPR was phosphorylated in vitro by Mt-PK. A beta-subunit DHPR peptide containing some of the Ser residues predicted to be phosphorylated was synthesized and found to be a substrate for Mt-PK in vitro. We conclude that the 72-kDa Mt-PK has a protein kinase activity specific for Ser residues.

Chimeric plant calcium/calmodulin-dependent protein kinase gene with a neural visinin-like calcium-binding domain.

Calcium, a universal second messenger, regulates diverse cellular processes in eukaryotes. Ca2+ and Ca2+/calmodulin-regulated protein phosphorylation play a pivotal role in amplifying and diversifying the action of Ca(2+)-binding domain was cloned and characterized from lily. The cDNA clone contains an open reading frame coding for a protein of 520 amino acids. The predicted structure of CCaMK contains a catalytic domain followed by two regulatory domains, a calmodulin-binding domain and a visinin-like Ca(2+)-binding domain. The amino-terminal region of CCaMK contains all 11 conserved subdomains characteristic of serine/threonine protein kinases. The calmodulin-binding region of CCaMK has high homology (79%) to alpha subunit of mammalian Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase. The calmodulin-binding region is fused to a neural visinin-like domain that contains three Ca(2+)-binding EF-hand motifs and a biotin-binding site. The Escherichia coli-expressed protein (approximately 56 kDa) binds calmodulin in a Ca(2+)-dependent manner. Furthermore, 45Ca-binding assays revealed that CCaMK directly binds Ca2+. The CCaMK gene is preferentially expressed in developing anthers. Southern blot analysis revealed that CCaMK is encoded by a single gene. The structural features of the gene suggest that it has multiple regulatory controls and could play a unique role in Ca2+ signaling in plants.

Molecular cloning and characterization of a conserved nuclear serine(threonine) protein kinase.

Human, Drosophila melanogaster, and Caenorhabditis elegans cDNA clones encoding homologues of a serine(threonine) protein kinase (EC 2.7.1.37) (designated Ndr protein kinase) have been isolated and sequenced. The human and Drosophila cDNAs predict polypeptides of 54 kDa and 52 kDa, respectively, which share approximately 80% amino acid similarity. Northern analysis of human tissues revealed a ubiquitously expressed 3.9-kb transcript. Recombinant GST-Ndr underwent intramolecular autophosphorylation on serine and threonine residues in vitro but failed to transphosphorylate several standard protein kinase substrates. Transfection of the human cDNA into COS-1 cells resulted in the appearance of an intense nuclear staining in cells analyzed by indirect immunofluorescence; deletion mutagenesis identified a short basic peptide, KRKAETWKRNRR, responsible for the nuclear accumulation of Ndr. Thus, Ndr is a conserved and widely expressed nuclear protein kinase. The closest known relative of this previously uncharacterized kinase is Dbf2, a budding yeast protein kinase required for the completion of nuclear division.

Cellular protein kinase C isoform zeta regulates human parainfluenza virus type 3 replication.

Phosphorylation of the P proteins of nonsegmented negative-strand RNA viruses is critical for their function as transactivators of the viral RNA polymerases. Using unphosphorylated P protein of human parainfluenza virus type 3 (HPIV3) expressed in Escherichia coli, we have shown that the cellular protein kinase that phosphorylates P in vitro is biochemically and immunologically indistinguishable from cellular protein kinase C isoform zeta (PKC-zeta). Further, PKC-zeta is specifically packaged within the progeny HPIV3 virions and remains tightly associated with the ribonucleoprotein complex. The P protein seems also to be phosphorylated intracellularly by PKC-zeta, as shown by the similar protease digestion pattern of the in vitro and in vivo phosphorylated P proteins. The growth of HPIV3 in CV-1 cells is completely abrogated when a PKC-zeta-specific inhibitor pseudosubstrate peptide was delivered into cells. These data indicate that PKC-zeta plays an important role in HPIV3 gene expression by phosphorylating P protein, thus providing an opportunity to develop antiviral agents against an important human pathogen.

Evidence for a role of endothelin 1 and protein kinase C in nitroglycerin tolerance.

We sought to examine mechanisms responsible for increased vasoconstriction that occurs during development of nitroglycerin tolerance. Rabbits were treated for 3 days with nitroglycerin patches (0.4 mg/hr), and their aortic segments were studied in organ chambers. This treatment resulted in attenuated in vitro relaxations to nitroglycerin and increased contractile sensitivity to angiotensin II, serotonin, phenylephrine, KCl, and a direct activator of protein kinase C, the phorbol ester phorbol 12,13-dibutyrate. The protein kinase C antagonists calphostin C (100 nM) and staurosporine (10 nM) corrected the hypersensitivity to constrictors in tolerant vessels, yet had minimal effects on constrictions in control vessels. Paradoxically, constrictions caused by endothelin 1 were decreased in nitrate-tolerant vessels. Immunocytochemical analysis revealed intense endothelin 1-like and big endothelin 1-like immunoreactivity in the media of nitroglycerin-tolerant but not of control aortas. The enhanced vasoconstriction to angiotensin II, serotonin, KCl, and phenylephrine could be mimicked in normal vessels by addition of subthreshold concentrations of endothelin 1, and this effect was prevented by calphostin C. We propose that increased autocrine production of endothelin 1 in nitrate tolerance sensitizes vascular smooth muscle to a variety of vasoconstrictors through a protein kinase C-mediated mechanism.

Activation of the Lck tyrosine protein kinase by hydrogen peroxide requires the phosphorylation of Tyr-394.

Exposure of cells to H2O2 mimics many of the effects of treatment of cells with extracellular ligands. Among these is the stimulation of tyrosine phosphorylation. In this study, we show that exposure of cells to H2O2 increases the catalytic activity of the lymphocyte-specific tyrosine protein kinase p56lck (Lck) and induces tyrosine phosphorylation of Lck at Tyr-394, the autophosphorylation site. Using mutant forms of Lck, we found that Tyr-394 is required for H2O2-induced activation of Lck, suggesting that phosphorylation of this site may activate Lck. In addition, H2O2 treatment induced phosphorylation at Tyr-394 in a catalytically inactive mutant of Lck in cells that do not express endogenous Lck. This demonstrates that a kinase other than Lck itself is capable of phosphorylating Lck at the so-called autophosphorylation site and raises the possibility that this as yet unidentified tyrosine protein kinase functions as an activator of Lck. Such an activating enzyme could play an important role in signal transduction in T cells.

Cyclin-dependent protein kinase and cyclin homologs SSN3 and SSN8 contribute to transcriptional control in yeast.

The SSN3 and SSN8 genes of Saccharomyces cerevisiae were identified by mutations that suppress a defect in SNF1, a protein kinase required for release from glucose repression. Mutations in SSN3 and SSN8 also act synergistically with a mutation of the MIG1 repressor protein to relieve glucose repression. We have cloned the SSN3 and SSN8 genes. SSN3 encodes a cyclin-dependent protein kinase (cdk) homolog and is identical to UME5. SSN8 encodes a cyclin homolog 35% identical to human cyclin C. SSN3 and SSN8 fusion proteins interact in the two-hybrid system and coimmunoprecipitate from yeast cell extracts. Using an immune complex assay, we detected protein kinase activity that depends on both SSN3 and SSN8. Thus, the two SSN proteins are likely to function as a cdk-cyclin pair. Genetic analysis indicates that the SSN3-SSN8 complex contributes to transcriptional repression of diversely regulated genes and also affects induction of the GAL1 promoter.

Activation of YRP kinase by v-Src and protein kinase C-mediated signal transduction pathways.

We have previously reported that a serine(threonine) protein kinase that phosphorylates histone H1 in vitro is activated by tyrosine phosphorylation in v-Src-transformed rat 3Y1 fibroblasts. We now refer to this kinase as YRP kinase, for tyrosine-regulated protein kinase. Since YRP kinase may play a role in mediating the growth-stimulatory and morphology-altering effects of v-Src, we have further examined the signal transduction involved in the activation of YRP kinase. Although YRP kinase is constitutively activated in fibroblasts transformed by v-Src, activation of protein kinase C was also found to lead to activation of YRP kinase. Activation of YRP kinase by protein kinase C was found to be potentiated by vanadate treatment or overexpression of c-Src. The activation of YRP kinase by v-Src, however, does not appear to be mediated by protein kinase C, suggesting that YRP kinase can be activated by two separate signal transduction pathways. Transformation of fibroblasts by v-Ras or v-Mil did not result in activation of YRP kinase, indicating that the MAP kinase pathway does not mediate the activation of YRP kinase by v-Src or protein kinase C.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Insulin acts via mitogen-activated protein kinase phosphorylation in rabbit blastocysts

The addition of insulin during in vitro culture has beneficial effects on rabbit preimplantation embryos leading to increased cell proliferation and reduced apoptosis. We have previously described the expression of the insulin receptor (IR) and the insulin-responsive glucose transporters (GLUT) 4 and 8 in rabbit preimplantation embryos. However, the effects of insulin on IR signaling and glucose metabolism have not been investigated in rabbit embryos. In the present study, the effects of 170 nM insulin on IR, GLUT4 and GLUT8 mRNA levels, Akt and Erk phosphorylation, GLUT4 translocation and methyl glucose transport were studied in cultured day 3 to day 6 rabbit embryos. Insulin stimulated phosphorylation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) Erk1/2 and levels of IR and GLUT4 mRNA, but not phosphorylation of the phosphatidylinositol 3-kinase-dependent protein kinase, Akt, GLUT8 mRNA levels, glucose uptake or GLUT4 translocation. Activation of the MAPK signaling pathway in the absence of GLUT4 translocation and of a glucose transport response suggest that in the rabbit preimplantation embryo insulin is acting as a growth factor rather than a component of glucose homeostatic control.

The human stress-activated protein kinase-interacting 1 gene encodes JNK-binding proteins

The orthologous proteins of the stress-activated protein kinase-interacting 1 (Sin1) family have been implicated in several different signal transduction pathways. In this study, we have investigated the function of the full-length human Sin1 protein and a C-terminally truncated isoform, Sin 1 alpha, which is produced by alternative splicing. Immunoblot analysis using an anti-Sin 1 polyclonal antibody showed that full-length Sin I and several smaller isoforms are widely expressed. Sin 1 was demonstrated to bind to c-Jun N-terminal kinase (JNK) in vitro and in vivo, while no interaction with p38- or ERK1/2-family MAPKs was observed. The Sin1 alpha isoform could also form a complex with JNK in vivo. Despite localizing in distinct compartments within the cell, both Sin1 and Sin1 alpha co-localized with JNK, suggesting that the Sin1 proteins could recruit JNK. Over-expression of full-length Sin1 inhibited the activation of JNK by UV-C in DG75 cells, as well as basal JNK-activity in HEK293 cells. These data suggest that the human Sin1 proteins may act as scaffold molecules in the regulation of signaling by JNK. (c) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Protein kinase C activation and its role in kidney disease

Protein kinase C (PKC) comprises a superfamily of isoenzymes, many of which are activated by cofactors such as diacylglycerol and phosphatidylserine. In order to be capable of activation, PKC must first undergo a series of phosphorylations. In turn, activated PKC phosphorylates a wide variety of intracellular target proteins and has multiple functions in signal transduced cellular regulation. A role for PKC activation had been noted in several renal diseases, but two that have had most investigation are diabetic nephropathy and kidney cancer. In diabetic nephropathy, an elevation in diacylglycerol and/or other cofactor stimulants leads to an increase in activity of certain PKC isoforms, changes that are linked to the development of dysfunctional vasculature. The ability of isoform-specific PKC inhibitors to antagonize diabetes-induced vascular disease is a new avenue for treatment of this disorder. In the development and progressive invasiveness of kidney cancer, increased activity of several specific isoforms of PKC has been noted. It is thought that this may promote the kidney cancer's inherent resistance to apoptosis, in natural regression or after treatments, or it may promote the invasiveness of renal cancers via cellular differentiation pathways. In general, however, a more complete understanding of the functions of individual PKC isoforms in the kidney, and development or recognition of specific inhibitors or promoters of their activation, will be necessary to apply this knowledge for treatment of cellular dysregulation in renal disease.