Quantifying intracellular protein binding thermodynamics during mechanotransduction based on FRET spectroscopy.

Mechanical force modulates myriad cellular functions including migration, alignment, proliferation, and gene transcription. Mechanotransduction, the transmission of mechanical forces and its translation into biochemical signals, may be mediated by force induced protein conformation changes, subsequently modulating protein signaling. For the paxillin and focal adhesion kinase interaction, we demonstrate that force-induced changes in protein complex conformation, dissociation constant, and binding Gibbs free energy can be quantified by lifetime-resolved fluorescence energy transfer microscopy combined with intensity imaging calibrated by fluorescence correlation spectroscopy. Comparison with in vitro data shows that this interaction is allosteric in vivo. Further, spatially resolved imaging and inhibitor assays show that this protein interaction and its mechano-sensitivity are equal in the cytosol and in the focal adhesions complexes indicating that the mechano-sensitivity of this interaction must be mediated by soluble factors but not based on protein tyrosine phosphorylation.

Aggregation of integrins and RhoA activation are required for Thy-1-induced morphological changes in astrocytes.

Thy-1, a cell adhesion molecule abundantly expressed in mammalian neurons, binds to a beta(3)-containing integrin on astrocytes and thereby stimulates the assembly of focal adhesions and stress fibers. Such events lead to morphological changes in astrocytes that resemble those occurring upon injury in the brain. Extracellular matrix proteins, typical integrin ligands, bind to integrins and promote receptor clustering as well as signal transduction events that involve small G proteins and cytoskeletal changes. Here we investigated the possibility that the cell surface protein Thy-1, when interacting with a beta(3)-containing integrin on astrocytes, could trigger signaling events similar to those generated by extracellular matrix proteins. DI-TNC(1) astrocytes were stimulated with Thy-1-Fc immobilized on beads, and increased RhoA activity was confirmed using an affinity precipitation assay. The effect of various inhibitors on the cellular response was also studied. The presence of Y-27632, an inhibitor of Rho kinase (p160ROCK), a key downstream effector of RhoA, significantly reduced focal adhesion and stress fiber formation induced by Thy-1. Similar effects were obtained when astrocytes were treated with C3 transferase, an inhibitor of RhoA. Alternatively, astrocytes were transfected with an expression vector encoding fusion proteins of enhanced green fluorescent protein with either the Rho-binding domain of Rhotekin, which blocks RhoA function, or the dominant-negative N19RhoA mutant. In both cases, Thy-1-induced focal adhesion formation was inhibited. Furthermore, we observed that RhoA activity after stimulation with soluble Thy-1-Fc molecule was augmented upon further cross-linking using protein A-Sepharose beads. The same was shown by cross-linking beta(3)-containing integrin with anti-beta(3) antibodies. Together, these results indicate that Thy-1-mediated astrocyte stimulation depended on beta(3) integrin clustering and the resulting increase in RhoA activity.

Direct Thy-1/alphaVbeta3 integrin interaction mediates neuron to astrocyte communication.

Thy-1 is an abundant neuronal glycoprotein of poorly defined function. We recently provided evidence indicating that Thy-1 clusters a beta3-containing integrin in astrocytes to induce tyrosine phosphorylation, RhoA activation and the formation of focal adhesions and stress fibers. To date, the alpha subunit partner of beta3 integrin in DI TNC1 astrocytes is unknown. Similarly, the ability of neuronal, membrane-bound Thy-1 to trigger astrocyte signaling via integrin engagement remains speculation. Here, evidence that alphav forms an alphavbeta3 heterodimer in DI TNC1 astrocytes was obtained. In neuron-astrocyte association assays, the presence of either anti-alphav or anti-beta3 integrin antibodies reduced cell-cell interaction demonstrating the requirement of both integrin subunits for this association. Moreover, anti-Thy-1 antibodies blocked stimulation of astrocytes by neurons but not the binding of these two cell types. Thus, neuron-astrocyte association involved binding between molecular components in addition to the Thy-1-integrin; however, the signaling events leading to focal adhesion formation in astrocytes depended exclusively on the latter interaction. Additionally, wild-type (RLD) but not mutated (RLE) Thy-1 was shown to directly interact with alphavbeta3 integrin by Surface Plasmon Resonance analysis. This interaction was promoted by divalent cations and was species-independent. Together, these results demonstrate that the alphavbeta3 integrin heterodimer interacts directly with Thy-1 present on neuronal cells to stimulate astrocytes.

Dimensions and dynamics in integrin function

Integrins play crucial roles in cell adhesion, migration, and signaling by providing transmembrane links between the extracellular matrix and the cytoskeleton. Integrins cluster in macromolecular complexes to generate cell-matrix adhesions such as focal adhesions. In this mini-review, we compare certain integrin-based biological responses and signaling during cell interactions with standard 2D cell culture versus 3D matrices. Besides responding to the composition of the matrix, cells sense and react to physical properties that include three-dimensionality and rigidity. In routine cell culture, fibroblasts and mesenchymal cells appear to use focal adhesions as anchors. They then use intracellular actomyosin contractility and dynamic, directional integrin movements to stretch cell-surface fibronectin and to generate characteristic long fibrils of fibronectin in "fibrillar adhesions". Some cells in culture proceed to produce dense, three-dimensional matrices similar to in vivo matrix, as opposed to the flat, rigid, two-dimensional surfaces habitually used for cell culture. Cells within such more natural 3D matrices form a distinctive class of adhesion termed "3D-matrix adhesions". These 3D adhesions show distinctive morphology and molecular composition. Their formation is heavily dependent on interactions between integrin alpha5ß1 and fibronectin. Cells adhere much more rapidly to 3D matrices. They also show more rapid morphological changes, migration, and proliferation compared to most 2D matrices or 3D collagen gels. Particularly notable are low levels of tyrosine phosphorylation of focal adhesion kinase and moderate increases in activated mitogen-activated protein kinase. These findings underscore the importance of the dimensionality and dynamics of matrix substrates in cellular responses to the extracellular matrix.

Rôle des GTPases ARF dans la migration des cellules endothéliales et la sécrétion du NO

ARF6 et ARF1 sont des petites GTPases de la famille des ARF(s) qui régulent plusieurs voies de signalisation comprenant, la formation et le mouvement des vésicules, la transformation des lipides membranaires et la réorganisation du cytosquelette d’actine. À ce jour, le rôle de la protéine ARF6 et de la protéine ARF1 dans la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) et des récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK) dans les cellules endothéliales est encore très peu étudié. Le but de cette étude a été de caractériser le rôle de la protéine ARF6 dans la migration des cellules endothéliales induite par l’endothéline-1, ainsi que le rôle de la protéine ARF1 dans la sécrétion du monoxyde d’azote (NO) stimulées par le VEGF. Dans cette étude, nous montrons qu’ARF6 est essentielle à la migration des cellules endothéliales induite par l’endotheline-1. L’inhibition de l’expression d’ARF6 par interférence à l’ARN entraîne une activation marquée de la kinase FAK et son association constitutive avec Src. Par ailleurs, cette inhibition affecte l’association entre GIT1 et la kinase FAK. Ceci se traduit par une inhibition du désassemblage des contacts focaux et une augmentation de l’adhésion cellulaire menant à une diminution de la motilité. De plus, nos résultats montrent que la protéine ARF1 est essentielle à l’activation d’eNOS et à la sécrétion du NO suite à l’activation du VEGFR2 dans les cellules endothéliales BAEC. En effet, l’inhibition de l’expression d’ARF1 par interférence à l’ARN entraîne une inhibition du recrutement de la kinase Akt à la membrane plasmique et une inhibition de son activation induite par le VEGF. L’inhibition de l’activation de la kinase Akt par le VEGF conduit à une inhibition de l’activation de eNOS et de la sécrétion du NO. Dans l’ensemble, nos résultats montrent que les protéines ARF6 et ARF1 sont essentielles à la signalisation de l’ETB et du VEGFR2 pour les processus menant à la migration cellulaire et à la sécrétion du NO respectivement, deux évènements essentiels à l’angiogenèse.

Étude du rôle de l'adaptateur Nck2 dans la progression métastatique du mélanome humain

La dissémination métastatique est associée à de faibles chances de survie dans les cas de mélanomes humains, comme pour d’autres cancers. Le développement de métastases est un processus qui se fait en plusieurs étapes et nécessite la réorganisation du cytosquelette d’actine pour permettre la migration et l’invasion cellulaire. La protéine Nck2 est un adaptateur protéique principalement impliqué dans la réorganisation du cytosquelette. Une étude préliminaire réalisée dans notre laboratoire avait révélé que les niveaux de la protéine Nck2 et de son ARNm sont augmentés dans les lignées de mélanome métastatiques en comparaison aux lignées primaires. Le but de la présente recherche était donc d’étudier le rôle de l’adaptateur Nck2 dans la progression métastatique. Les résultats obtenus confirment que l’expression de Nck2 augmente de façon marquée au cours de la progression métastatique du mélanome humain. Cette étude révèle en plus que l’expression de hauts niveaux de Nck2 dans les cellules de mélanome primaire stimule la prolifération cellulaire et la migration, n’affecte pas l’invasion d’une matrice de collagène de type I, mais semble affaiblir les contacts cellule-cellule et l’adhésion au substrat. Une étude préliminaire effectuée in vivo révèle que ces phénomènes se traduisent par une légère augmentation de la tumorigenèse et de la croissance tumorale. Dans l’ensemble, les résultats obtenus suggèrent que Nck2 pourrait effectivement jouer un rôle dans la progression métastatique du mélanome en favorisant la prolifération des cellules tumorales et en facilitant leur détachement de la tumeur primaire, les rendant plus aptes à se disperser dans l’organisme et à établir des colonies métastatiques. Au niveau moléculaire, nous proposons que Nck2 est recruté dans les invadopodes pour favoriser la formation de complexes protéiques qui stimulent l’invasion. La mobilisation de Nck2 dans ces structures membranaires diminuerait sa disponibilité pour l’établissent d’autres complexes protéiques, entre autres dans les complexes d’adhésion focaux (FAs) et dans les jonctions adhérentes, diminuant ainsi les contacts des cellules cancéreuses avec la matrice extracellulaire et les cellules avoisinantes.

The role of Microsomal prostaglandin synthase-1 (mPGES-1) and Ephrin B2 in Scleroderma

La sclérodermie (sclérose systémique, ScS) est une maladie auto-immune du tissu conjonctif caractérisée  par  l’épaississement  de  la  peau,  l’apparition  spontanée de lésions cicatricielles, des maladies   des   vaisseaux   sanguins,   divers   degrés   d’inflammation,   en   association   avec   un   système   immunitaire hyperactif. La pathogénèse exacte de cette maladie est inconnue et aucun traitement approprié   n’est   disponible.   La fibrose est un élément distinctif de la maladie de ScS et est considérée   résulter   d’une   incapacité   à   mettre   fin   de   façon   appropriée   à   la   réponse   normale   de   réparation   des   plaies.   L’analyse   histologique   du   stade   initial   de   la   ScS   révèle   une   infiltration   périvasculaire de cellules mononucléaires dans le derme, associée à une synthèse accrue de collagène dans les fibroblastes environnants. Ainsi, la compréhension des moyens de contrôler le stade inflammatoire de la ScS pourrait être bénéfique pour contrôler la progression de la maladie peu après son apparition. La mPGES-1 est une enzyme inductible qui agit en aval de la cyclo- oxygénase (COX) pour catalyser spécifiquement la conversion de la prostaglandine (PG) H2 en PGE2. La mPGES-1  joue  un  rôle  clé  dans  l’inflammation,  la  douleur  et  l’arthrite;;  toutefois,  le   rôle de la mPGES-1 dans les mécanismes de fibrose, spécifiquement en rapport avec la ScS humaine, est inconnu. Mon laboratoire a précédemment montré que les souris à mPGES-1 nulle sont résistantes à la fibrose   cutanée   induite   par   la   bléomycine,   à   l’inflammation,   à   l’épaississement  cutané,  à  la  production  de  collagène  et  à  la  formation  de  myofibroblastes.  Sur  la   base  de  ces  résultats,  j’ai  formulé  l’hypothèse  que  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1 régulera à la baisse la production de médiateurs pro-inflammatoires et pro-fibreux au cours de la maladie   de   ScS.   Afin   d’explorer   le   rôle   de   la   mPGES-1   dans   l’inflammation   et   la   fibrose   associées  à  la  maladie  de  ScS,  j’ai  d’abord  examiné  l’expression  de  la  mPGES-1 dans la peau normale comparativement à des biopsies de peau extraites de patients atteints de ScS. Mes résultats ont montré que la mPGES-1 est nettement élevée dans la peau de patients atteints de ScS en comparaison avec la peau humaine normale. De plus, les niveaux de PGE2 dérivés de la mPGES-1 étaient également significativement plus élevés dans les fibroblastes cutanés isolés de patients  atteints  de  ScS  comparativement  aux  fibroblastes  isolés  de  témoins  sains.  J’ai  également   étudié  l’effet  de  l’inhibition pharmacologique de la mPGES-1  sur  l’expression  de  marqueurs  pro- fibreux.   Mes   études   ont   montré   que   l’expression   de   médiateurs   pro-fibreux clés (α-SMA, endothéline-1, collagène de type 1 et facteur de croissance du tissu conjonctif (FCTC)) est élevée dans les fibroblastes cutanés ScS en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. Un traitement avec un inhibiteur de la mPGES-1 a eu pour effet de réduire significativement l’expression  de  l’α-SMA,  de  l’endothéline-1, du collagène de type 1 mais pas du FCTC dans les fibroblastes  ScS,  sans  effet  significatif  sur  les  fibroblastes  normaux.  J’ai  en  outre  examiné  l’effet   de  l’inhibition  de  la  mPGES-1 sur des cytokines pro-inflammatoires clés impliquées dans la pathologie de la ScS, incluant IL-6, IL-8 et MCP-1.  L’inhibition  pharmacologique  de  la  mPGES- 1 a eu pour effet de réduire significativement les niveaux de production de cytokines pro- inflammatoires IL6, IL8 et MCP-1 dans les fibroblastes avec lésion ScS comparativement à des fibroblastes non traités. De plus, les patients atteints de ScS ont présenté des niveaux plus élevés de p-AKT, de p-FAK et de p-SMAD3 en comparaison avec les fibroblastes cutanés normaux. L’inhibiteur  de  la  mPGES-1 a pu réguler à la baisse cette expression accrue de p-AKT et de p- FAK, mais pas de p-SMAD3,  dans  les  fibroblastes  ScS.  Ces  résultats  ont  suggéré  que  l’inhibition   de la mPGES-1 pourrait être une méthode viable pour réduire le développement de sclérose cutanée et constituent une cible thérapeutique potentielle pour contrôler les mécanismes fibreux et inflammatoires associés à la pathophysiologie de la maladie de ScS. L’un   des   autres   processus   critiques   reliés   à   l’évolution de la réponse fibreuse associée à la maladie de ScS est la différenciation des fibroblastes en des cellules activées spécialisées iii iv appelées myofibroblastes, responsables de déclencher une signalisation adhésive excessive et le dépôt excessif de matrice extracellulaire,   conduisant   à   la   destruction   de   l’architecture   de   l’organe.   Ainsi,   l’identification   des   facteurs   endogènes   qui   initient/   favorisent   la   différenciation   fibroblaste-myofibroblaste peut mener à des stratégies thérapeutiques prometteuses pour contrôler  l’excès  de  signalisation  adhésive  et  de  fibrose  associé  à  la  maladie  de  ScS.  Des  études   antérieures  dans  le  domaine  de  la  biologie  du  cancer  ont  suggéré  que  l’éphrine  B2,  une  protéine   transmembranaire appartenant à la famille des éphrines, est impliquée dans la signalisation adhésive   et   le   remodelage   extracellulaire.   Cependant,   son   rôle   dans   la   fibrose   n’a   jamais   été   exploré.   Dans   la   deuxième   partie   de   mon   étude,   j’ai   donc   étudié   le   rôle   de   l’éphrine   B2   dans   la   fibrose.   Mes   études   montrent   que   l’expression   de   l’éphrine   B2   est   significativement   augmentée   dans la peau humaine ScS comparativement à la peau normale. Plus important encore, le traitement in vitro de   fibroblastes   de   la   peau   humaine   normale   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante est capable de transformer des fibroblastes en cellules myofibroblastiques manifestant toutes les caractéristiques myofibroblastiques typiques, incluant la formation accrue de  fibres  de  tension,  des  adhérences  focales,  l’activation  accrue  de  la  FAK,  un  accroissement  de   l’expression  et  de  la  migration  de  fibroblastes  et  de  leur  adhérence  à  la  fibronectine  à  la  fois  chez   les   fibroblastes   cutanés   normaux   et   ScS.   En   outre,   j’ai   traité   des   souris   avec   de   l’éphrine   B2   recombinante et montré que ces souris ont développé une fibrose cutanée significative associée à une épaisseur dermique et à une synthèse de collagène augmentées, une teneur en hydroxyproline (teneur en collagène) accrue et un nombre accru de myofibroblastes exprimant de   l’α-SMA, une activation augmentée de la FAK et de marqueurs pro-fibreux incluant le collagène de type 1 et le FCTC. Dans  l’ensemble,  mes  études  ont  identifié  deux  médiateurs  endogènes  cruciaux  impliqués  dans  la   propagation  de  l’inflammation  et  de  la  fibrose  associées  à  la  maladie  de  ScS.  L’inhibition  de  la   mPGES-1   pourrait   représenter   une   bonne   stratégie   alternative   pour   contrer   l’inflammation   et   la   fibrose au moins durant les stades précoces de la maladie de ScS. De plus, une signalisation excessive   de   l’éphrine B2 favorise la signalisation adhésive et fibreuse en déclenchant la différenciation   de   fibroblastes   en   myofibroblastes   par   l’activation   de   la   voie   de   signalisation   de   la  FAK.  Ainsi,  l’inhibition  d’éphrine  B2  bloquera  la  formation  de  fibroblastes-myofibroblastes et régulera à la baisse la fibrose associée à la maladie de ScS. En somme, la mPGES-1  et  l’éphrine   B2 semblent toutes deux des cibles attrayantes pour le traitement de la ScS et des troubles fibreux qui y sont reliés.

PDGF regulates the actin cytoskeleton through hnRNP-K-mediated activation of the ubiquitin E-3-ligase MIR

PDGF is a potent chemotactic mitogen and a strong inductor of fibroblast motility. In Swiss 3T3 fibroblasts, exposure to PDGF but not EGF or IGF-1 causes a rapid loss of actin stress fibers (SFs) and focal adhesions (FAs), which is followed by the development of retractile dendritic protrusions and induction of motility. The PDGF-specific actin reorganization was blocked by inhibition of Src-kinase and the 26S proteasome. PDGF induced Src-dependent association between the multifunctional transcription/translation regulator hnRNP-K and the mRNA-encoding myosin regulatory light-chain (MRLC)-interacting protein (MIR), a E3-ubiquitin ligase that is MRLC specific. This in turn rapidly increased MIR expression, and led to ubiquitination and proteasome-mediated degradation of MRLC. Downregulation of MIR by RNA muting prevented the reorganization of actin structures and severely reduced the migratory and wound-healing potential of PDGF-treated cells. The results show that activation of MIR and the resulting removal of diphosphorylated MRLC are essential for PDGF to instigate and maintain control over the actin-myosin-based contractile system in Swiss 3T3 fibroblasts. The PDGF induced protein destabilization through the regulation of hnRNP-K controlled ubiquitin-ligase translation identifies a novel pathway by which external stimuli can regulate phenotypic development through rapid, organelle-specific changes in the activity and stability of cytoskeletal regulators.

SOcK, MiSTs, MASK and STicKs: the GCKIII (germinal centre kinase III) kinases and their heterologous protein–protein interactions

The GCKIII (germinal centre kinase III) subfamily of the mammalian Ste20 (sterile 20)-like group of serine/threonine protein kinases comprises SOK1 (Ste20-like/oxidant-stressresponse kinase 1), MST3 (mammalian Ste20-like kinase 3) and MST4. Initially, GCKIIIs were considered in the contexts of the regulation of mitogen-activated protein kinase cascades and apoptosis. More recently, their participation in multiprotein heterocomplexes has become apparent. In the present review, we discuss the structure and phosphorylation of GCKIIIs and then focus on their interactions with other proteins. GCKIIIs possess a highly-conserved, structured catalytic domain at the N-terminus and a less-well conserved C-terminal regulatory domain. GCKIIIs are activated by tonic autophosphorylation of a T-loop threonine residue and their phosphorylation is regulated primarily through protein serine/threonine phosphatases [especially PP2A (protein phosphatase 2A)]. The GCKIII regulatory domains are highly disorganized, but can interact with more structured proteins, particularly the CCM3 (cerebral cavernous malformation 3)/PDCD10 (programmed cell death 10) protein. We explore the role(s) of GCKIIIs (and CCM3/PDCD10) in STRIPAK (striatin-interacting phosphatase and kinase) complexes and their association with the cis-Golgi protein GOLGA2 (golgin A2; GM130). Recently, an interaction of GCKIIIs with MO25 has been identified. This exhibits similarities to the STRADα (STE20-related kinase adaptor α)–MO25 interaction (as in the LKB1–STRADα–MO25 heterotrimer) and, at least for MST3, the interaction may be enhanced by cis-autophosphorylation of its regulatory domain. In these various heterocomplexes, GCKIIIs associate with the Golgi apparatus, the centrosome and the nucleus, as well as with focal adhesions and cell junctions, and are probably involved in cell migration, polarity and proliferation. Finally, we consider the association of GCKIIIs with a number of human diseases, particularly cerebral cavernous malformations.

Tumor Necrosis Factor alpha and Interleukin-1 beta Modulate Calcium and Nitric Oxide Signaling in Mechanically Stimulated Osteocytes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

RECK-Mediated Inhibition of Glioma Migration and Invasion

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

Interaction of pathogenic fungi with host cells: Molecular and cellular approaches

This review provides an overview of several molecular and cellular approaches that are likely to supply insights into the host-fungus interaction. Fungi present intra- and/or extracellular host-parasite interfaces, the parasitism phenomenon being dependent on complementary surface molecules. The entry of the pathogen into the host cell is initiated by the fungus adhering to the cell surface, which generates an uptake signal that may induce its cytoplasmatic internalization. Furthermore, microbial pathogens use a variety of their surface molecules to bind to host extracellular matrix (ECM) components to establish an effective infection. on the other hand, integrins mediate the tight adhesion of cells to the ECM at sites referred to as focal adhesions and also play a role in cell signaling. The phosphorylation process is an important mechanism of cell signaling and regulation; it has been implicated recently in defense strategies against a variety of pathogens that alter host-signaling pathways in order to facilitate their invasion and survival within host cells. The study of signal transduction pathways in virulent fungi is especially important in view of their putative role in the regulation of pathogenicity. This review discusses fungal adherence, changes in cytoskeletal organization and signal transduction in relation to host-fungus interaction. (c) 2005 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Protein Disulfide Isomerase Is Required for Platelet-derived Growth Factor-induced Vascular Smooth Muscle Cell Migration, Nox1 NADPH Oxidase Expression, and RhoGTPase Activation

Vascular Smooth Muscle Cell (VSMC) migration into vessel neointima is a therapeutic target for atherosclerosis and postinjury restenosis. Nox1 NADPH oxidase-derived oxidants synergize with growth factors to support VSMC migration. We previously described the interaction between NADPH oxidases and the endoplasmic reticulum redox chaperone protein disulfide isomerase (PDI) in many cell types. However, physiological implications, as well as mechanisms of such association, are yet unclear. We show here that platelet-derived growth factor (PDGF) promoted subcellular redistribution of PDI concomitant to Nox1-dependent reactive oxygen species production and that siRNA-mediated PDI silencing inhibited such reactive oxygen species production, while nearly totally suppressing the increase in Nox1 expression, with no change in Nox4. Furthermore, PDI silencing inhibited PDGF-induced VSMC migration assessed by distinct methods, whereas PDI overexpression increased spontaneous basal VSMC migration. To address possible mechanisms of PDI effects, we searched for PDI interactome by systems biology analysis of physical protein-protein interaction networks, which indicated convergence with small GTPases and their regulator RhoGDI. PDI silencing decreased PDGF-induced Rac1 and RhoA activities, without changing their expression. PDI co-immunoprecipitated with RhoGDI at base line, whereas such association was decreased after PDGF. Also, PDI co-immunoprecipitated with Rac1 and RhoA in a PDGF-independent way and displayed detectable spots of perinuclear co-localization with Rac1 and RhoGDI. Moreover, PDI silencing promoted strong cytoskeletal changes: disorganization of stress fibers, decreased number of focal adhesions, and reduced number of RhoGDI-containing vesicular recycling adhesion structures. Overall, these data suggest that PDI is required to support Nox1/redox and GTPase-dependent VSMC migration.

In vitro influence of the extracellular matrix in myoepithelial cells stimulated by malignant conditioned medium

In order to investigate the role of myoepithelial cell and tumor microenvironment in salivary gland neoplasma, we have performed a study towards the effect of different extracellular matrix proteins (basement membrane matrix, type I collagen and fibronectin) on morphology and differentiation of benign myoepithelial cells from pleomorphic adenoma cultured with malignant cell culture medium from squamous cell carcinoma. We have also analyzed the expression of alpha-smooth muscle actin (alpha-SMA) and FGF-2 by immunofluorescence and qPCR. Our immunofluorescence results, supported by qPCR analysis, demonstrated that alpha-SMA and FGF-2 were upregulated in the benign myoepithelial cells from pleomorphic adenoma in all studied conditions on fibronectin substratum. However, the myoepithelial cells on fibronectin substratum did not alter their morphology under malignant conditioned medium stimulation and exhibited a stellate morphology and, occasionally focal adhesions with the substratum. In summary, our data demonstrated that the extracellular matrix exerts an important role in the morphology of the benign myoepithelial cells by the presence of focal adhesions and also inducing increase FGF-2 and alpha-SMA expression by these cells, especially in the fibronectin substratum. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Numeric reconstruction of cytoskeleton with finite element method and topology optimization method

The importance of mechanical aspects related to cell activity and its environment is becoming more evident due to their influence in stem cell differentiation and in the development of diseases such as atherosclerosis. The mechanical tension homeostasis is related to normal tissue behavior and its lack may be related to the formation of cancer, which shows a higher mechanical tension. Due to the complexity of cellular activity, the application of simplified models may elucidate which factors are really essential and which have a marginal effect. The development of a systematic method to reconstruct the elements involved in the perception of mechanical aspects by the cell may accelerate substantially the validation of these models. This work proposes the development of a routine capable of reconstructing the topology of focal adhesions and the actomyosin portion of the cytoskeleton from the displacement field generated by the cell on a flexible substrate. Another way to think of this problem is to develop an algorithm to reconstruct the forces applied by the cell from the measurements of the substrate displacement, which would be characterized as an inverse problem. For these kind of problems, the Topology Optimization Method (TOM) is suitable to find a solution. TOM is consisted of an iterative application of an optimization method and an analysis method to obtain an optimal distribution of material in a fixed domain. One way to experimentally obtain the substrate displacement is through Traction Force Microscopy (TFM), which also provides the forces applied by the cell. Along with systematically generating the distributions of focal adhesion and actin-myosin for the validation of simplified models, the algorithm also represents a complementary and more phenomenological approach to TFM. As a first approximation, actin fibers and flexible substrate are represented through two-dimensional linear Finite Element Method. Actin contraction is modeled as an initial stress of the FEM elements. Focal adhesions connecting actin and substrate are represented by springs. The algorithm was applied to data obtained from experiments regarding cytoskeletal prestress and micropatterning, comparing the numerical results to the experimental ones