Regulation of the activity of DnaA and its role during the cell cycle of caulobacter crescentus

The initiation of chromosomal replication must be tightly regulated so that the genome is replicated only once per cell cycle. In most bacteria, DnaA binds to the origin of replication and initiates chromosomal replication. DnaA is a dual-function protein that also acts as an important transcription factor that regulates the expression of many genes in bacteria. Thus, understanding how this protein is regulated during the bacterial cell cycle is of major importance. The α-proteobacterium Caulobacter crescentus is an excellent model to study the bacterial cell cycle, mainly because it is possible to isolate synchronized cell cultures and because it initiates the replication of its chromosome once per cell cycle and at a specific time of the cell cycle. This latest feature is of special interest for the major aim of my thesis work, which focused on the temporal and spatial regulation of the activity of the essential DnaA protein in C. crescentus. In Escherichia coli, the Hda protein converts ATP-DnaA into ADP- DnaA by stimulating the ATPase activity of DnaA, to prevent over-initiation of chromosome replication. We propose that there exists a similar mechanism in C. crescentus, which is not only involved in the temporal control of chromosome replication, but also in the control of gene expression. First, we provided evidences indicating that the hydrolysis of the ATP bound to DnaA is essential for the viability of C. crescentus. Our results suggest that ATP-DnaA promotes the initiation of chromosome replication, since we found that cells over-expressing a DnaA protein with a mutated ATPase domain, DnaA(R357A), over-initiated chromosome replication, unlike cells expressing the wild-type DnaA protein at similar levels. By contrast, the DnaA(R357A) protein was less active than DnaA in promoting the transcription of three essential genes, suggesting that these may be more efficiently activated by ADP-DnaA than ATP-DnaA. We propose that the ATP-DnaA to ADP-DnaA switch down-regulates the initiation of DNA replication while activating the transcription of several essential genes involved in subsequent cell cycle events. Second, we studied the role of the HdaA protein, homologous to Hda, in promoting the ATP- DnaA to ADP-DnaA switch in C. crescentus. HdaA is essential for viability and its depletion in the cell leads to an over-replication of the chromosome, indicating that HdaA is a negative regulator of DNA replication. HdaA dynamically co-localizes with the replisome. In this work, we identified DnaN, the β-clamp of the DNA polymerase, as the replisome component that interacts directly with HdaA and that recruits HdaA to the replisome in live C. crescentus cells. We also showed that a mutant HdaA protein that cannot interact or co-localize with DnaN is not functional, indicating that HdaA is probably activated by DnaN. However, we found that another non-functional HdaA protein, mutated in the conserved Arginine finger of its AAA+ domain, was able to localize at the replisome, suggesting that the AAA+ domain of HdaA exerts its essential function after the recruitment of HdaA to the replisome. We propose that HdaA stimulates the ATPase activity of DnaA once DNA replication is ongoing, via its interaction with DnaN and the activity of the two conserved R fingers of DnaA and HdaA. Finally, we created different strains in which HdaA, DnaN or DnaA were over-produced. We observed that the over-production of HdaA seems to lead to a delay in chromosome replication, while the over-production of DnaN had an opposite effect. Our results also indicate that the over-production of DnaA may intensify the over-initiation phenotype of cells depleted for HdaA. We conclude that the dynamic interplay of HdaA and DnaN in the cell contributes to regulating the ATP-DnaA/ADP-DnaA ratio in the cell, to ensure once per cell cycle initiation of chromosomal replication in C. crescentus. Altogether, our work provided important information on the regulation of the activity of DnaA in C. crescentus. Since DnaA, HdaA and DnaN are well-conserved proteins, most of our findings are useful to understand how chromosome replication and gene expression are controlled by DnaA in many other bacterial species. - L'initiation de la réplication des chromosomes doit être précisément régulée de telle sorte que le génome ne soit répliqué qu'une seule fois par cycle cellulaire. Chez la plupart des bactéries, DnaA se lie à l'origine de réplication du chromosome et en initie sa réplication. DnaA est aussi un facteur de transcription qui régule l'expression de nombreux gènes bactériens. De ce fait, il est très important de comprendre comment DnaA est régulée au cours du cycle cellulaire bactérien. L'a-protéobactérie Caulobacter crescentus est un excellent modèle pour étudier le cycle cellulaire bactérien, essentiellement parce qu'il est aisé d'isoler des populations de cellules synchronisées à la même étape du cycle cellulaire et parce que cette bactérie n'initie la réplication de son chromosome qu'une seule fois et à un moment précis de son cycle. Cette dernière caractéristique est particulièrement pertinente pour l'objectif de mon travail doctoral, qui consistait à comprendre comment l'activité de la protéine essentielle DnaA est régulée dans l'espace et dans le temps chez C. crescentus. Chez Escherichia coli, la protéine Hda convertie DnaA-ATP en DnaA-ADP en stimulant l'activité ATPasique de DnaA, ce qui empêche la sur-initiation de la réplication du chromosome. Nous proposons qu'un mécanisme similaire existe chez C. crescentus. Il serait non seulement nécessaire au contrôle de la réplication du chromosome, mais aussi au contrôle de l'expression de certains gènes. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence le fait que l'hydrolyse de l'ATP lié à DnaA est un processus essentiel à la viabilité de C. crescentus. Nos résultats suggèrent que DnaA-ATP initie la réplication du chromosome, comme nous avons observé que des cellules qui sur-expriment une protéine DnaA(R357A) mutée sans domaine ATPasique fonctionnel, sur-initie la réplication de leur chromosome, contrairement aux cellules qui sur-expriment la protéine DnaA sauvage à des niveaux équivalents. Au contraire, la protéine DnaA(R357A) était moins active que la protéine DnaA sauvage pour promouvoir la transcription de trois gènes essentiels, ce qui suggère que ces derniers sont peut-être plus efficacement activés par DnaA-ADP que DnaA-ATP. Nous proposons que la conversion de DnaA-ATP en DnaA-ADP réprime l'initiation de la réplication, tandis qu'elle active la transcription de plusieurs gènes impliqués dans des étapes plus tardives du cycle cellulaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le rôle de la protéine HdaA, homologue à Hda, dans la conversion de DnaA-ATP en DnaA-ADP chez C. crescentus. Cette protéine est essentielle à la viabilité de C. crescentus et sa déplétion donne des cellules qui sur-initient la réplication de leur chromosome, suggérant que HdaA est un répresseur de la réplication du chromosome. HdaA co-localise de manière dynamique avec le réplisome. Lors de mon travail doctoral, nous avons démontré que DnaN, le β-clamp de l'ADN polymérase, est l'élément qui recrute HdaA au réplisome in vivo. Nous avons aussi montré qu'une protéine HdaA mutante qui ne peut pas interagir ou co-localiser avec DnaN, n'est pas fonctionnelle, ce qui suggère que HdaA est activée par DnaN. Nous avons néanmoins aussi isolé une autre protéine HdaA non fonctionnelle, dont une arginine conservée de son domaine AAA+ était mutée, mais qui pouvait toujours co-localiser avec le réplisome, ce qui suggère que le domaine AAA+ de HdaA est nécessaire après le recrutement de HdaA au réplisome. Nous proposons que HdaA stimule l'activité ATPasique de DnaA qu'une fois que la réplication a commencé, grâce à son interaction avec DnaN et aux deux arginines conservées des protéines HdaA et DnaA. Finalement, nous avons construit différentes souches sur-exprimant HdaA, DnaN ou DnaA. Nous avons observé que la sur-production de HdaA retarde la réplication du chromosome, tandis que la sur-production de DnaN a un effet opposé. Nos observations suggèrent aussi que la sur-expression de DnaA dans des cellules déplétées pour HdaA aggrave leur phénotype de sur-initiation. Nous en concluons que HdaA et DnaN collaborent étroitement et de manière dynamique pour réguler le rapport DnaA-ATP/DnaA-ADP dans la cellule, pour s'assurer que la réplication du chromosome ne soit initiée qu'une seule fois par cycle cellulaire chez C. crescentus. Globalement, notre travail a mis en évidence des informations importantes sur la régulation de l'activité de DnaA chez C. crescentus. Comme DnaA, HdaA et DnaN sont des protéines très conservées, la plupart de nos découvertes sont utiles pour mieux comprendre comment la réplication du chromosome bactérien et l'expression des gènes sont contrôlées par DnaA chez de nombreuses autres espèces bactériennes.

Cell cycle regulation of mitochondrial function.

Specific cellular functions, such as proliferation, survival, growth, or senescence, require a particular adaptive metabolic response, which is fine tuned by members of the cell cycle regulators families. Currently, proteins such as cyclins, CDKs, or E2Fs are being studied in the context of cell proliferation and survival, cell signaling, cell cycle regulation, and cancer. We show in this review that cellular, animal and molecular studies provided enough evidence to prove that these factors play, in addition, crucial roles in the control of mitochondrial function; finally resulting in a dual proliferative and metabolic response.

NFAT transcription factors: from cell cycle to tumor development

The nuclear factor of activated T cells (NFAT) family of transcription factors has been primarily identified in immune cells; however, these proteins have been recently found to be functionally active in several other non-immune cell types. NFAT proteins are activated upon different stimuli that lead to increased intracellular calcium levels. Regardless of their widely known cytokine gene expression properties, NFATs have been shown to regulate other genes related to cell cycle progression, cell differentiation and apoptosis, revealing a broader role for these proteins in normal cell physiology. Several reports have addressed the participation of NFATs in many aspects of malignant cell transformation and tumorigenic processes. In this review, we will discuss the involvement of the different NFAT family members in the regulation of cell cycling, differentiation and tumor formation, and also its implications on oncogenesis. Better understanding the mechanisms by which NFATs regulate cell cycle and tumor-related events should be relevant for the development of rational anti-cancer therapies.

REGγ is a strong candidate for the regulation of cell cycle, proliferation and the invasion by poorly differentiated thyroid carcinoma cells

REGγ is a proteasome activator that facilitates the degradation of small peptides. Abnormally high expression of REGγ has been observed in thyroid carcinomas. The purpose of the present study was to explore the role of REGγ in poorly differentiated thyroid carcinoma (PDTC). For this purpose, small interfering RNA (siRNA) was introduced to down-regulate the level of REGγ in the PDTC cell line SW579. Down-regulation of REGγ at the mRNA and protein levels was confirmed by RT-PCR and Western blot analyses. FACS analysis revealed cell cycle arrest at the G1/S transition, the MTT assay showed inhibition of cell proliferation, and the Transwell assay showed restricted cell invasion. Furthermore, the expression of the p21 protein was increased, the expression of proliferating cell nuclear antigen (PCNA) protein decreased, and the expression of the p27 protein was unchanged as shown by Western blot analyses. REGγ plays a critical role in the cell cycle, proliferation and invasion of SW579 cells. The alteration of p21 and PCNA proteins related to the down-regulation of REGγ suggests that p21 and PCNA participate in the process of REGγ regulation of cell cycle progression and cell proliferation. Thus, targeting REGγ has a therapeutic potential in the management of PDTC patients.

Dissecting cell cycle protein complexes using the pptimized yeast cytosine deaminase protein-fragment complementation assay “You too can play with an edge”

Les protéines sont les produits finaux de la machinerie génétique. Elles jouent des rôles essentiels dans la définition de la structure, de l'intégrité et de la dynamique de la cellule afin de promouvoir les diverses transformations chimiques requises dans le métabolisme et dans la transmission des signaux biochimique. Nous savons que la doctrine centrale de la biologie moléculaire: un gène = un ARN messager = une protéine, est une simplification grossière du système biologique. En effet, plusieurs ARN messagers peuvent provenir d’un seul gène grâce à l’épissage alternatif. De plus, une protéine peut adopter plusieurs fonctions au courant de sa vie selon son état de modification post-traductionelle, sa conformation et son interaction avec d’autres protéines. La formation de complexes protéiques peut, en elle-même, être déterminée par l’état de modifications des protéines influencées par le contexte génétique, les compartiments subcellulaires, les conditions environmentales ou être intrinsèque à la croissance et la division cellulaire. Les complexes protéiques impliqués dans la régulation du cycle cellulaire sont particulièrement difficiles à disséquer car ils ne se forment qu’au cours de phases spécifiques du cycle cellulaire, ils sont fortement régulés par les modifications post-traductionnelles et peuvent se produire dans tous les compartiments subcellulaires. À ce jour, aucune méthode générale n’a été développée pour permettre une dissection fine de ces complexes macromoléculaires. L'objectif de cette thèse est d'établir et de démontrer une nouvelle stratégie pour disséquer les complexes protéines formés lors du cycle cellulaire de la levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae). Dans cette thèse, je décris le développement et l'optimisation d'une stratégie simple de sélection basée sur un essai de complémentation de fragments protéiques en utilisant la cytosine déaminase de la levure comme sonde (PCA OyCD). En outre, je décris une série d'études de validation du PCA OyCD afin de l’utiliser pour disséquer les mécanismes d'activation des facteurs de transcription et des interactions protéine-protéines (IPPs) entre les régulateurs du cycle cellulaire. Une caractéristique clé du PCA OyCD est qu'il peut être utilisé pour détecter à la fois la formation et la dissociation des IPPs et émettre un signal détectable (la croissance des cellules) pour les deux types de sélections. J'ai appliqué le PCA OyCD pour disséquer les interactions entre SBF et MBF, deux facteurs de transcription clés régulant la transition de la phase G1 à la phase S. SBF et MBF sont deux facteurs de transcription hétérodimériques composés de deux sous-unités : une protéine qui peut lier directement l’ADN (Swi4 ou Mbp1, respectivement) et une protéine commune contenant un domain d’activation de la transcription appelée Swi6. J'ai appliqué le PCA OyCD afin de générer un mutant de Swi6 qui restreint ses activités transcriptionnelles à SBF, abolissant l’activité MBF. Nous avons isolé des souches portant des mutations dans le domaine C-terminal de Swi6, préalablement identifié comme responsable dans la formation de l’interaction avec Swi4 et Mbp1, et également important pour les activités de SBF et MBF. Nos résultats appuient un modèle où Swi6 subit un changement conformationnel lors de la liaison à Swi4 ou Mbp1. De plus, ce mutant de Swi6 a été utilisé pour disséquer le mécanisme de régulation de l’entrée de la cellule dans un nouveau cycle de division cellulaire appelé « START ». Nous avons constaté que le répresseur de SBF et MBF nommé Whi5 se lie directement au domaine C-terminal de Swi6. Finalement, j'ai appliqué le PCA OyCD afin de disséquer les complexes protéiques de la kinase cycline-dépendante de la levure nommé Cdk1. Cdk1 est la kinase essentielle qui régule la progression du cycle cellulaire et peut phosphoryler un grand nombre de substrats différents en s'associant à l'une des neuf protéines cycline régulatrice (Cln1-3, Clb1-6). Je décris une stratégie à haut débit, voir à une échelle génomique, visant à identifier les partenaires d'interaction de Cdk1 et d’y associer la cycline appropriée(s) requise(s) à l’observation d’une interaction en utilisant le PCA OyCD et des souches délétées pour chacune des cyclines. Mes résultats nous permettent d’identifier la phase(s) du cycle cellulaire où Cdk1 peut phosphoryler un substrat particulier et la fonction potentielle ou connue de Cdk1 pendant cette phase. Par exemple, nous avons identifié que l’interaction entre Cdk1 et la γ-tubuline (Tub4) est dépendante de Clb3. Ce résultat est conforme au rôle de Tub4 dans la nucléation et la croissance des faisceaux mitotiques émanant des centromères. Cette stratégie peut également être appliquée à l’étude d'autres IPPs qui sont contrôlées par des sous-unités régulatrices.

A proteome-wide strategy reveals a novel mechanism of control of cell cycle progression through modulation of cyclin mRNA stability

La quantité de données générée dans le cadre d'étude à grande échelle du réseau d'interaction protéine-protéine dépasse notre capacité à les analyser et à comprendre leur sens; d'une part, par leur complexité et leur volume, et d'un autre part, par la qualité du jeu de donnée produit qui semble bondé de faux positifs et de faux négatifs. Cette dissertation décrit une nouvelle méthode de criblage des interactions physique entre protéines à haut débit chez Saccharomyces cerevisiae, la complémentation de fragments protéiques (PCA). Cette approche est accomplie dans des cellules intactes dans les conditions natives des protéines; sous leur promoteur endogène et dans le respect des contextes de modifications post-traductionnelles et de localisations subcellulaires. Une application biologique de cette méthode a permis de démontrer la capacité de ce système rapporteur à répondre aux questions d'adaptation cellulaire à des stress, comme la famine en nutriments et un traitement à une drogue. Dans le premier chapitre de cette dissertation, nous avons présenté un criblage des paires d'interactions entre les protéines résultant des quelques 6000 cadres de lecture de Saccharomyces cerevisiae. Nous avons identifié 2770 interactions entre 1124 protéines. Nous avons estimé la qualité de notre criblage en le comparant à d'autres banques d'interaction. Nous avons réalisé que la majorité de nos interactions sont nouvelles, alors que le chevauchement avec les données des autres méthodes est large. Nous avons pris cette opportunité pour caractériser les facteurs déterminants dans la détection d'une interaction par PCA. Nous avons remarqué que notre approche est sous une contrainte stérique provenant de la nécessité des fragments rapporteurs à pouvoir se rejoindre dans l'espace cellulaire afin de récupérer l'activité observable de la sonde d'interaction. L'intégration de nos résultats aux connaissances des dynamiques de régulations génétiques et des modifications protéiques nous dirigera vers une meilleure compréhension des processus cellulaires complexes orchestrés aux niveaux moléculaires et structuraux dans les cellules vivantes. Nous avons appliqué notre méthode aux réarrangements dynamiques opérant durant l'adaptation de la cellule à des stress, comme la famine en nutriments et le traitement à une drogue. Cette investigation fait le détail de notre second chapitre. Nous avons déterminé de cette manière que l'équilibre entre les formes phosphorylées et déphosphorylées de l'arginine méthyltransférase de Saccharomyces cerevisiae, Hmt1, régulait du même coup sont assemblage en hexamère et son activité enzymatique. L'activité d'Hmt1 a directement un impact dans la progression du cycle cellulaire durant un stress, stabilisant les transcrits de CLB2 et permettant la synthèse de Cln3p. Nous avons utilisé notre criblage afin de déterminer les régulateurs de la phosphorylation d'Hmt1 dans un contexte de traitement à la rapamycin, un inhibiteur de la kinase cible de la rapamycin (TOR). Nous avons identifié la sous-unité catalytique de la phosphatase PP2a, Pph22, activé par l'inhibition de la kinase TOR et la kinase Dbf2, activé durant l'entrée en mitose de la cellule, comme la phosphatase et la kinase responsable de la modification d'Hmt1 et de ses fonctions de régulations dans le cycle cellulaire. Cette approche peut être généralisée afin d'identifier et de lier mécanistiquement les gènes, incluant ceux n'ayant aucune fonction connue, à tout processus cellulaire, comme les mécanismes régulant l'ARNm.

Study of the subcellular localization of cell cycle regulator Cks1 and its impact on cancer

La progression dans le cycle cellulaire est contrôlée par de vagues oscillantes de cyclines et des kinases cycline-dépendantes (Cdk). Ces kinases sont régulées positivement par l’association des sous-unités cyclines régulatrices et négativement en se liant aux inhibiteurs de Cdk. Parmi ces derniers, p27 inhibe tous les complexes cycline-Cdk quelle que soit la phase cellulaire et agit en tant que régulateur négatif principal de la prolifération cellulaire dans une variété de cellules et de tissus. Intrinsèquement, p27 phosphorylé est ubiquitiné et dégradé par le complexe SCFSkp2-Cks1. Des études génétiques de la souris, ainsi que des examens cliniques chez l’homme, ont montré que p27 est un important suppresseur de tumeur. Le gène est rarement muté. Cependant, p27 est fréquemment réprimé dans les cancers humains en raison d’une augmentation de l’expression de Skp2 et de Cks1 dans le noyau, ce qui est généralement associée à un mauvais pronostic. La localisation subcellulaire de Cks1 est donc d'une importance primordiale dans le contrôle de la prolifération cellulaire. Les résultats récents de notre laboratoire ont montré une interaction entre Cks1 et les protéines de transport nucléaire importine α1 et β3. Aussi, l’analyse de la séquence primaire de Cks1 a également révélé un signal de localisation nucléaire classique (NLS) à son extrémité C-terminale. Des mutations ont été effectuées sur le NLS suspect pour déterminer si oui ou non l'import nucléaire de Cks1 était contrôlé par cette séquence. Un inhibiteur synthétique de l’importine β a également été utilisé pour étudier l’import de Cks1 dans le noyau. Les résultats indiquent que l’extrémité C-terminale de Cks1 est en effet un NLS puisque les mutations de Cks1 et l'inhibition de l’importine β conduisent, tous deux, à l'accumulation de Cks1 dans le cytoplasme. Ces résultats ont été utiles pour mieux comprendre le mécanisme régulant la localisation de Cks1. Toutefois, des travaux futurs sont nécessaires pour mieux comprendre l'impact de la séquestration cytoplasmique de Cks1 sur le cancer et ainsi espérer aboutir à l'identification de nouvelles cibles pharmacologiques impliqués dans la prolifération cellulaire.

Cell cycle perturbations induced by infection with the coronavirus infectious bronchitis virus and their effect on virus replication

In eukaryotic cells, cell growth and division occur in a stepwise, orderly fashion described by a process known as the cell cycle. The relationship between positive-strand RNA viruses and the cell cycle and the concomitant effects on virus replication are not clearly understood. We have shown that infection of asynchronously replicating and synchronized replicating cells with the avian coronavirus infectious bronchitis virus (IBV), a positive-strand RNA virus, resulted in the accumulation of infected cells in the G(2)/M phase of the cell cycle. Analysis of various cell cycle-regulatory proteins and cellular morphology indicated that there was a down-regulation of cyclins D1 and D2 (G(2) regulatory cyclins) and that a proportion of virus-infected cells underwent aberrant cytokinesis, in which the cells underwent nuclear, but not cytoplasmic, division. We assessed the impact of the perturbations on the cell cycle for virus-infected cells and found that IBV-infected G(2)/M-phase-synchronized cells exhibited increased viral protein production when released from the block when compared to cells synchronized in the Go phase or asynchronously replicating cells. Our data suggested that IBV induces a G(2)/M phase arrest in infected cells to promote favorable conditions for viral replication.

The Mammalian cell cycle: an overview

In recent years, we have witnessed major advances in our understanding of the mammalian cell cycle and how it is regulated. Normal mammalian cellular proliferation is tightly regulated at each phase of the cell cycle by the activation and deactivation of a series of proteins that constitute the cell cycle machinery. This review article describes the various phases of the mammalian cell cycle and focuses on the cell cycle regulatory molecules that act at each stage to ensure normal cellular progression.

Apolipoprotein E genotype and alpha-tocopherol modulate amyloid precursor protein metabolism and cell cycle regulation

Apolipoprotein E4 (apoE4) genotype is associated with an increased risk for Alzheimer's disease (AD). This is thought to be in part attributable to an impact of apoE genotype on the processing of the transmembrane amyloid precursor protein (APP) thereby contributing to amyloid beta peptide formation in apoE4 carriers, which is a primary patho-physiological feature of AD. As apoE and alphato-copherol (alpha-toc) have been shown to modulate membrane bilayer properties and hippocampal gene expression, we studied the effect of apoE genotype on APP metabolism and cell cycle regulation in response to dietary a-toc. ApoE3 and apoE4 transgenic mice were fed a diet low (VE) or high (+VE) in vitamin E (3 and 235 mg alpha-toe/kg diet, respectively) for 12 weeks. Cholesterol levels and membrane fluidity were not different in synaptosomal plasma membranes isolated from brains of apoE3 and apoE4 mice (-VE and +VE). Non-amyloidogenic alpha-secretase mRNA concentration and activity were significantly higher in brains of apoE3 relative to apoE4 mice irrespective of the dietary a-toe supply, while amyloidogenic beta-secretase and gamma-secretase remained unchanged. Relative mRNA concentration of cell cycle related proteins were modulated differentially by dietary a-toc supplementation in apoE3 and apoE4 mice, suggesting genotype-dependent signalling effects on cell cycle regulation.

The mammalian cell cycle: an overview

In recent years, we have witnessed major advances in our understanding of the mammalian cell cycle and how it is regulated. Normal mammalian cellular proliferation is tightly regulated at each phase of the cell cycle by the activation and deactivation of a series of proteins that constitute the cell cycle machinery. This review article describes the various phases of the mammalian cell cycle and focuses on the cell cycle regulatory molecules that act at each stage to ensure normal cellular progression.

The cell cycle and drug discovery: The promise and the hope

In recent years, there have been major developments in the understanding of the cell cycle. It is now known that normal cellular proliferation is tightly regulated by the activation and deactivation of a series of proteins that constitute the cell cycle machinery. The expression and activity of components of the cell cycle can be altered during the development of a variety of diseases where aberrant proliferation contributes to the pathology of the illness. Apart from yielding a new source of untapped therapeutic targets, it is likely that manipulating the activity of such proteins in diseased states will provide an important route for treating proliferative disorders, and the opportunity to develop a novel class of future medicines.

Arresting developments in the cardiac myocyte cell cycle: Role of cyclin-dependent kinase inhibitors

Like most other cells in the body, foetal and neonatal cardiac myocytes are able to divide and proliferate. However, the ability of these cells to undergo cell division decreases progressively during development such that adult myocytes are unable to divide. A major problem arising from this inability of adult cardiac myocytes to proliferate is that the mature heart is unable to regenerate new myocardial tissue following severe injury, e.g. infarction, which can lead to compromised cardiac pump function and even death. Studies in proliferating cells have identified a group of genes and proteins that controls cell division. These proteins include cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs) and CDK inhibitors (CDKIs), which interact with each other to form complexes that are essential for controlling normal cell cycle progression. A variety of other proteins, e.g. the retinoblastoma protein (pRb) and members of the E2F family of transcription factors, also can interact with, and modulate the activities of, these complexes. Despite the major role that these proteins play in other cell types, little was known until recently about their existence and activities in immature (proliferating) or mature (non-proliferating) cardiac myocytes. The reason(s) why cardiac myocytes lose their ability to divide during development remains unknown, but if strategies were developed to understand the mechanisms underlying cardiac myocyte growth, it could open up new avenues for the treatment of cardiovascular disease. In this article, we shall review the function of the cell cycle machinery and outline some of our recent findings pertaining to the involvement of the cell cycle in modulating cardiac myocyte growth and hypertrophy.

Gamma-linolenic acid inhibits both tumour cell cycle progression and angiogenesis in the orthotopic C6 glioma model through changes in VEGF, Flt1, ERK1/2, MMP2, cyclin D1, pRb, p53 and p27 protein expression

Background: Gamma-linolenic acid is a known inhibitor of tumour cell proliferation and migration in both in vitro and in vivo conditions. The aim of the present study was to determine the mechanisms by which gamma-linolenic acid (GLA) osmotic pump infusion alters glioma cell proliferation, and whether it affects cell cycle control and angiogenesis in the C6 glioma in vivo. Methods: Established C6 rat gliomas were treated for 14 days with 5 mM GLA in CSF or CSF alone. Tumour size was estimated, microvessel density (MVD) counted and protein and mRNA expression measured by immunohistochemistry, western blotting and RT-PCR. Results: GLA caused a significant decrease in tumour size (75 +/- 8.8%) and reduced MVD by 44 +/- 5.4%. These changes were associated with reduced expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) (71 +/- 16%) and the VEGF receptor Flt1 (57 +/- 5.8%) but not Flk1. Expression of ERK1/2 was also reduced by 27 +/- 7.7% and 31 +/- 8.7% respectively. mRNA expression of matrix metalloproteinase-2 (MMP2) was reduced by 35 +/- 6.8% and zymography showed MMP2 proteolytic activity was reduced by 32 +/- 8.5%. GLA altered the expression of several proteins involved in cell cycle control. pRb protein expression was decreased (62 +/- 18%) while E2F1 remained unchanged. Cyclin D1 protein expression was increased by 42 +/- 12% in the presence of GLA. The cyclin dependent kinase inhibitors p21 and p27 responded differently to GLA, p27 expression was increased (27 +/- 7.3%) while p21 remained unchanged. The expression of p53 was increased (44 +/- 16%) by GLA. Finally, the BrdU incorporation studies found a significant inhibition (32 +/- 11%) of BrdU incorporation into the tumour in vivo. Conclusion: Overall the findings reported in the present study lend further support to the potential of GLA as an inhibitor of glioma cell proliferation in vivo and show it has direct effects upon cell cycle control and angiogenesis. These effects involve changes in protein expression of VEGF, Flt1, ERK1, ERK2, MMP2, Cyclin D1, pRb, p53 and p27. Combination therapy using drugs with other, complementary targets and GLA could lead to gains in treatment efficacy in this notoriously difficult to treat tumour.

The Mechanism of Oocyte Activation Influences the Cell Cycle-Related Genes Expression During Bovine Preimplantation Development

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)