Negative feedback regulation of the ERK1/2 MAPK pathway

The extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) mitogen-activated protein kinase (MAPK) signalling pathway regulates many cellular functions, including proliferation, differentiation, and transformation. To reliably convert external stimuli into specific cellular responses and to adapt to environmental circumstances, the pathway must be integrated into the overall signalling activity of the cell. Multiple mechanisms have evolved to perform this role. In this review, we will focus on negative feedback mechanisms and examine how they shape ERK1/2 MAPK signalling. We will first discuss the extensive number of negative feedback loops targeting the different components of the ERK1/2 MAPK cascade, specifically the direct posttranslational modification of pathway components by downstream protein kinases and the induction of de novo gene synthesis of specific pathway inhibitors. We will then evaluate how negative feedback modulates the spatiotemporal signalling dynamics of the ERK1/2 pathway regarding signalling amplitude and duration as well as subcellular localisation. Aberrant ERK1/2 activation results in deregulated proliferation and malignant transformation in model systems and is commonly observed in human tumours. Inhibition of the ERK1/2 pathway thus represents an attractive target for the treatment of malignant tumours with increased ERK1/2 activity. We will, therefore, discuss the effect of ERK1/2 MAPK feedback regulation on cancer treatment and how it contributes to reduced clinical efficacy of therapeutic agents and the development of drug resistance.

Transient Receptor Potential Vanilloid 4 Ion Channel Functions as a Pruriceptor in Epidermal Keratinocytes to Evoke Histaminergic Itch.

TRPV4 ion channels function in epidermal keratinocytes and in innervating sensory neurons; however, the contribution of the channel in either cell to neurosensory function remains to be elucidated. We recently reported TRPV4 as a critical component of the keratinocyte machinery that responds to ultraviolet B (UVB) and functions critically to convert the keratinocyte into a pain-generator cell after excess UVB exposure. One key mechanism in keratinocytes was increased expression and secretion of endothelin-1, which is also a known pruritogen. Here we address the question of whether TRPV4 in skin keratinocytes functions in itch, as a particular form of "forefront" signaling in non-neural cells. Our results support this novel concept based on attenuated scratching behavior in response to histaminergic (histamine, compound 48/80, endothelin-1), not non-histaminergic (chloroquine) pruritogens in Trpv4 keratinocyte-specific and inducible knock-out mice. We demonstrate that keratinocytes rely on TRPV4 for calcium influx in response to histaminergic pruritogens. TRPV4 activation in keratinocytes evokes phosphorylation of mitogen-activated protein kinase, ERK, for histaminergic pruritogens. This finding is relevant because we observed robust anti-pruritic effects with topical applications of selective inhibitors for TRPV4 and also for MEK, the kinase upstream of ERK, suggesting that calcium influx via TRPV4 in keratinocytes leads to ERK-phosphorylation, which in turn rapidly converts the keratinocyte into an organismal itch-generator cell. In support of this concept we found that scratching behavior, evoked by direct intradermal activation of TRPV4, was critically dependent on TRPV4 expression in keratinocytes. Thus, TRPV4 functions as a pruriceptor-TRP in skin keratinocytes in histaminergic itch, a novel basic concept with translational-medical relevance.

An investigation of the role of TRIB2 in steady state and stressed haematopoiesis

TRIB2 is a member of the mammalian Tribbles family of serine/threonine pseudokinases (TRIB1-3). Here, we studied murine haematopoiesis after Trib2 ablation under steady state and proliferative stress conditions, including genotoxic and oncogenic stress. At the steady state, we found that TRIB2 loss did not adversely affect peripheral blood cell counts and populations. No detectable significant differences were found in the populations of haematopoietic stem and progenitor cells. However, Trib2-/- mice had significantly higher thymic cellularity due to the increased proliferation of Trib2-/- developing thymocytes which give rise to increased number of mature thymic subsets. During stressed haematopoiesis, Trib2-/- developing thymocytes demonstrate hypersensitivity to 5-fluorouracil-induced cell death. Nevertheless, Trib2-/- mice exhibit accelerated thymopoietic recovery post 5-fluorouracil treatment due to increased cell division kinetics of developing thymocytes. In an experimental murine T-cell acute lymphoblastic leukaemia (T-ALL) model, Trib2-/- mice had reduced latency in vivo which associated with aggressive T-ALL phenotypes and impaired activation of mitogen-activated protein kinase. Gene set enrichment analysis showed that TRIB2 expression is elevated in immature subtype of human T-ALL enriched with mitogen-activated protein kinase signalling. However, TRIB2 expression is suppressed in mature subtype of human T-ALL. Thus, TRIB2 emerges as a novel regulator of thymocyte cellular proliferation, important for the thymopoietic response to genotoxic and oncogenic stress, and possessing tumour suppressor function. In Drosophila, Tribbles promotes degradation of String which is an orthologue of mammalian CDC25 phosphatases in order to arrest cell cycle during embryonic development. Here, we showed that the role of Tribbles-induced degradation of String is evolutionarily conserved in TRIB2. We found that TRIB2 interacts with CDC25B/C but not CDC25A isoform. Overexpression of TRIB2 promotes polyubiquitination and degradation of CDC25C. Hence, future works are warranted to examine TRIB2-CDC25C interaction in the context of developing thymocytes and in T-cell acute lymphoblastic leukaemia, the malignant counterpart.

Regulation of tail-anchored ubiquitin conjugating enzymes that are localised to the endoplasmic reticulum

The vast majority of secreted and membrane proteins are translated and folded at the endoplasmic reticulum (ER), where a sophisticated quality control mechanism ensures that only correctly folded proteins exit the ER and traffic to their final destinations. On the other hand, proteins that persistently misfold are eliminated through a process known as ER associated degradation (ERAD). This involves retrotranslocation of the misfolded protein through the ER membrane, and ubiquitination in advance of degradation by cytosolic proteasomes. The process of ERAD is best described in yeast where ubiquitin conjugating enzymes Ubc6p and Ubc7p function with a limited number of E3 ubiquitin ligases to ubiquitinate misfolded proteins. Interestingly, although the mechanistic principles of ERAD have been conserved through evolution, there is increasing evidence that homologues of the yeast enzymes have gained divergent roles and novel regulatory functions in higher eukaryotes, meaning that the process in humans is more complex and involves a larger repertoire of participating proteins. Two homologues of Ubc6p have been described in humans, and have been named as Ubc6 (UBE2J2) and Ubc6e (UBE2J1). However, little work has been done on these enzymes and thus our main objective of this study was to progress the functional characterisation of these ERAD E2 conjugating enzymes. Our studies included a detailed analysis of conditions whereby these proteins are stabilised and degraded. We’ve also explored the different molecular signalling pathways that induced changes on their steady state protein levels. Furthermore, Ubc6e has a phosphorylatable serine residue at position 184. Thus, our studies also involved delineating the signalling kinases that phosphorylate Ubc6e and examining its function in ERAD. Our studies confirm that the E2 Ubc enzymes are regulated posttranslationally and may have important implications in the regulation of ERAD.

Seawater carbonate chemistry and echinoderm Asterias rubens biological processes during experiments, 2011

We compared effects of exposure to predicted near-future (2100) ocean acidification (OA; pH 7.7) and normal seawater (Control; pH 8.1) on immune and stress responses in the adult sea star Asterias rubens. Analyses were made after one week and after six months of continuous exposure. Following one week exposure to acidified water, the pH of coelomic fluid was significantly reduced. Levels of the chaperon Hsp70 were elevated while key cellular players in immunity, coelomocytes, were reduced by approximately 50%. Following long-term exposure (six months) levels of Hsp70 returned to control values, whereas immunity was further impaired, evidenced by the reduced phagocytic capacity of coelomocytes and inhibited activation of p38 MAP-kinase. Such impacts of reduced seawater pH may have serious consequences for resistance to pathogens in a future acidified ocean.

Studies on the synthesis of novel PP2A inhibitors and a GPCR detergent

Chapter 1 While targeting kinases in oncology research has been explored extensively, targeting protein phosphatases is currently in its infancy. However, a number of pharmaceutical companies are currently looking to expand their research efforts in this area. PP2A has been shown to down-regulate ERK5, a mitogen-activated protein kinase (MAPK) that has been shown to be important in driving the invasive phenotype of prostate cancer. Fostriecin and its related structural analogues PD 113,270 and 113,271 have been shown to inhibit a mitotic entry checkpoint in cell growth through the potent and selective inhibition of protein phosphatases PP1, PP2A, and PP4 (IC50 of 45 μM, 1.5 nM, and 3 nM respectively). Fostriecin is one of the most selective protein phosphatase inhibitors disclosed to date with a 104 fold selectivity for PP2A/PP4 versus PP1. Unfortunately, fostriecin and its analogues are very unstable, and this instability has effectively prevented them from being used as effective therapeutic leads. The microcystins and nodularins on the other hand, exhibit significant inhibitory activity against PP1 and PP2A (IC50 = 26 pM and 1.8 nM respectively), but their high toxicity has prevented any therapeutic application. Truncation of the ADDA chain from these polypeptides completely attenuates PP inhibitory activity. Simpler analogues incorporating the N-acylated ADDA chain and D-Ala retain moderate activity against PP1 and PP2A (IC50 = 1.0 μM and 0.17 μM respectively). The generation of a new series of fostriecin analogues to further expand its structure-activity relationship is envisaged with a view to creating new more stable PP2A inhibitors. It was hoped that by incorporating some of the more stable structural features of ADDA into fostriecin that stability and activity could be reconciled. With that in mind a series of PP2A inhibitors were synthesised and biologically evaluated. Chapter 2 GPCRs are an important area of research and are the targets of a quarter of the drugs on the market (2005). As a result, GPCRs continue to be at the forefront of research in both small and large drug companies. However one of the difficulties in studying this diverse class of membrane proteins is their tendency to denature in aqueous solution. As a result there is a pressing need to develop new detergents to solubilise, stabilise and crystallise GPCRs in their native form for further study. Cholesterol analogues have been shown to be important for stabilising membrane proteins and preventing their thermal inactivation. In addition the β2-adrenergic receptor, a GPCR membrane protein, has been crystallised in the active state with two cholesterol molecules bound between the I, II, III and IV helices of the protein. This appears to represent a distinct cholesterol binding pocket on the membrane protein that is speculated to be conserved across up to 44% of the rhodopsin class of GPCRs. CHOBIMALT is a cholesterol-based detergent that has been shown to exhibit promising GPCR-stabilising properties. When benchmarked against other cholesterol based detergents it was found to be superior to all others tested except for cholesteryl hemisuccinate.1 CHOBIMALT has an aggregation number of roughly 200 and forms 210 ± 30 kDa micelles, which are significantly larger than those of most detergents used for biological systems which is likely due to the packing constraints associated with CHOBMALT’s large polar headgroup.2 As a result, CHOBIMALT is used mostly as an additive to other commercially available detergents in order to decrease micelle size. A branched dimaltoside motif is common in recently synthesised detergents by Chae and co-workers. These detergents have shown promising detergent properties, for example the maltose neopentyl glycol (MNG) detergent synthesised by Chae. This branched dimaltoside detergent was shown to be able to solubilise and stabilise the very labile light harvesting complex I (LHI) from Rhodopsin capsulatus in its active form for 20 days with little loss of protein conformation.3 A cholesterol-based detergent was envisaged that combines the cholesterol framework of CHOBIMALT but replaces its linear tetrasaccharide with a branched dimaltoside. This detergent would then be investigated to assess its ability to solubilise, stabilise and crystallise GPCR proteins. This cholesterol-based detergent (shown below) was eventually synthesised in 9 linear steps from cholesterol.

Breast cancer

Breast cancer remains one of the leading causes of cancer morbidity and mortality. Despite significant advances in treatment of breast cancer a substantial proportion of women affected by this disease succumb to it. Survival of patients with advanced disease, chemoresistant tumors or a suboptimal response to endocrine therapy is significantly shortened. Hence, further understanding of disease pathogenesis is required to enhance the arsenal of approaches to cure this deadly ailment. Recent advances in biochemistry, molecular cell biology and cancer research highlighted the importance of dysregulation of protein synthesis, translation, in the development and progression of tumors. This dysregulation appears to take place at an early stage of translation, called translation initiation, that is a highly controlled and rate-limiting step of the protein synthesis. In this chapter we summarize decades of knowledge accumulated in regards to the role of translation and its regulation in the development and progression of breast cancer. We then extensively discuss applications of this knowledge in diagnosis and treatment of breast cancer.

Antioxidants attenuate hyperglycaemia-mediated brain endothelial cell dysfunction and blood–brain barrier hyperpermeability

Aims: Hyperglycaemia (HG), in stroke patients, is associated with worse neurological outcome by compromising endothelial cell function and the blood–brain barrier (BBB) integrity. We have studied the contribution of HG-mediated generation of oxidative stress to these pathologies and examined whether antioxidants as well as normalization of glucose levels following hyperglycaemic insult reverse these phenomena. Methods: Human brain microvascular endothelial cell (HBMEC) and human astrocyte co-cultures were used to simulate the human BBB. The integrity of the BBB was measured by transendothelial electrical resistance using STX electrodes and an EVOM resistance meter, while enzyme activities were measured by specific spectrophotometric assays. Results: After 5 days of hyperglycaemic insult, there was a significant increase in BBB permeability that was reversed by glucose normalization. Co-treatment of cells with HG and a number of antioxidants including vitamin C, free radical scavengers and antioxidant enzymes including catalase and superoxide dismutase mimetics attenuated the detrimental effects of HG. Inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK) and protein kinase C but not phosphoinositide 3 kinase (PI3 kinase) also reversed HG-induced BBB hyperpermeability. In HBMEC, HG enhanced pro-oxidant (NAD(P)H oxidase) enzyme activity and expression that were normalized by reverting to normoglycaemia. Conclusions: HG impairs brain microvascular endothelial function through involvements of oxidative stress and several signal transduction pathways.

Polymorphism of the p38 beta gene in patients with colorectal cancer

The p38 mitogen‑activated protein kinase (MAPK) signaling pathways have been proposed to participate in the pathological process of cancer by affecting inflammation, proliferation, metastasis and cell survival. A single nucleotide polymorphism (SNP; rs2235356, ‑1628A→G) in the promoter region of the p38β gene has been proposed as a genetic modifier for colorectal cancer (CRC) in a Chinese population. The present study evaluated the susceptibility of patients possessing this SNP to CRC, in addition to determining its association with clinical parameters in Swedish patients with CRC. Using the LightSNiP genotyping assay, this SNP was screened in 389 patients with CRC and 517 control subjects. No significant difference in the genotype distribution or in the allelic frequencies was identified between the two groups nor was any association identified with the clinical parameters. These findings indicate that the ‑1628A→G polymorphism of the p38β gene is not significantly associated with a susceptibility to CRC in a Swedish population.

Mécanismes moléculaires de l'homodimérisation de la protéine Scaffold IB1 et son implication dans la sécrétion d'insuline

RÉSUMÉ Les kinases activées par des mitogènes (MAPKs) constituent une importante famille d'enzymes conservée dans l'évolution. Elles forment un réseau de signalisation qui permet à la cellule de réguler spécifiquement divers processus impliqués dans la différenciation, la survie ou l'apoptose. Les kinases formant le module MAPK sont typiquement disposées en cascades de trois partenaires qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. Le module minimum est constitué d'une MAPK kinase kinase (MAPKKK), d'une MAPK kinase (MAPKK) et d'une MAPK. Une fois activée, la MAPK phosphoryle différents substrats tels que des facteurs de transcription ou d'autres protéines. Chez les mammifères, trois groupes principaux de MAPKs ont été identifiés. Il s'agit du groupe des kinases régulées par des signaux extracellulaires du type «mitogènes » (ERK), ainsi que des groupes p38 et cJun NH2-terminal kinase (JNK), ou SAPK pour stress activated protein kinase, plutôt activées par des stimuli de type «stress ». De nombreuses études ont impliqué JNK dans la régulation de différents processus physiologiques et pathologiques, comme le diabète, les arthrites rhumatoïdes, l'athérosclérose, l'attaque cérébrale, les maladies de Parkinson et d'Alzheimer. JNK, en particulier joue un rôle dans la mort des cellules sécrétrices d'insuline induite par l'interleukine (IL)-1 β, lors du développement du diabète de type 1. IB1 est une protéine scaffold (échafaud) qui participe à l'organisation du module de JNK. IB1 est fortement exprimée dans les neurones et les cellules β du pancréas. Elle a été impliquée dans la survie des cellules, la régulation de l'expression du transporteur du glucose de type 2 (Glut-2) et dans le processus de sécrétion d'insuline glucose-dépendante. IBl est caractérisée par plusieurs domaines d'interaction protéine-protéine : un domaine de liaison à JNK (JBD), un domaine homologue au domaine 3 de Src (SH3) et un domaine d'interaction avec des tyrosines phosphorylées (PID). Des partenaires d'IB1, incluant les membres de la familles des kinases de lignée mélangée (MLKs), la MAPKK MKK7, la phosphatase 7 des MAPKs (MKP-7) ainsi que la chaîne légère de la kinésine, ont été isolés. Tous ces facteurs, sauf les MLKs et MKK7 interagissent avec le domaine PID ou l'extrême partie C-terminale d'IBl (la chaîne légère de la kinésine). Comme d'autres protéines scaffolds déjà décrites, IBl et un autre membre de la famille, IB2, sont capables d'homo- et d'hétérodimériser. L'interaction a lieu par l'intermédiaire de leur région C-terminale, contenant les domaines SH3 et PID. Mais ni le mécanisme moléculaire, ni la fonction de la dimérisation n'ont été caractérisés. Le domaine SH3 joue un rôle central lors de l'assemblage de complexes de macromolécules impliquées dans la signalisation intracellulaire. Il reconnaît de préférence des ligands contenant un motif riche en proline de type PxxP et s'y lie. Jusqu'à maintenant, tous les ligands isolés se liant à un domaine SH3 sont linéaires. Bien que le domaine SH3 soit un domaine important de la transmission des signaux, aucun partenaire interagissant spécifiquement avec le domaine SH3 d'IB1 n'a été identifié. Nous avons démontré qu'IBl homodimérisait par un nouveau set unique d'interaction domaine SH3 - domaine SH3. Les études de cristallisation ont démontré que l'interface recouvrait une région généralement impliquée dans la reconnaissance classique d'un motif riche en proline de type PxxP, bien que le domaine SH3 d'IB1 ne contienne aucun motif PxxP. L'homodimère d'IB1 semble extrêmement stable. Il peut cependant être déstabilisé par trois mutations ponctuelles dirigées contre des résidus clés impliqués dans la dimérisation. Chaque mutation réduit l'activation basale de JNK dépendante d'IB 1 dans des cellules 293T. La déstabilisation de la dimérisation induite par la sur-expression du domaine SH3, provoque une diminution de la sécrétion d'insuline glucose dépendant. SUMMARY Mitogen activated kinases (MAPK) are an important and conserved enzyme family. They form a signaling network required to specifically regulate process involved in cell differentiation, proliferation or death. A MAPK module is typically organized in a threekinase cascade which are activated by sequential phosphorylation. The MAPK kinase kinase (MAPKKK), the MAPK kinase (MAPKK) and the MAPK constitute the minimal module. Once activated, the MAPK phosphorylates its targets like transcription factors or other proteins. In mammals, three major groups of MAPKs have been identified : the group of extra-cellular regulated kinase (ERK) which is activated by mitogens and the group of p38 and cJun NH2-terminal kinase (JNK) or SAPK for stress activated protein kinase, which are activated by stresses. Many studies implicated JNK in many physiological or pathological process regulations, like diabetes, rheumatoid arthritis, arteriosclerosis, strokes or Parkinson and Alzheimer disease. In particular, JNK plays a crucial role in pancreatic β cell death induced by Interleukin (IL)-1 β in type 1 diabetes. Islet-brain 1 (IB 1) is a scaffold protein that interacts with components of the JNK signal-transduction pathway. IB 1 is expressed at high levels in neurons and in pancreatic β-cells, where it has been implicated in cell survival, in regulating expression of the glucose transporter type 2 (Glut-2) and in glucose-induced insulin secretion. It contains several protein-protein interaction domains, including a JNK-binding domain (JBD), a Src homology 3 domain (SH3) and a phosphotyrosine interaction domain (PID). Proteins that have been shown to associate with IB 1 include members of the Mixed lineage kinase family (MLKs), the MAPKK MKK7, the MAPK phosphatase-7 MKP7, as well as several other ligands including kinesin light chain, LDL receptor related family members and the amyloid precursor protein APP. All these factors, except MLK3 and MKK7 have been shown to interact with the PID domain or the extreme C-terminal part (Kinesin light chain) of IB 1. As some scaffold already described, IB 1 and another member of the family, IB2, have previously been shown to engage in oligomerization through their respective C-terminal regions that include the SH3 and PID domains. But neither the molecular mechanisms nor the function of dimerization have yet been characterized. SH3 domains are central in the assembly of macromolecular complexes involved in many intracellular signaling pathways. SH3 domains are usually characterized by their preferred recognition of and association with canonical PxxP motif. In all these cases, a single linear sequence is sufficient for binding to the SH3 domain. However, although SH3 domains are important elements of signal transduction, no protein that interacts specifically with the SH3 domain of IB 1 has been identified so far. Here, we show that IB 1 homodimerizes through a navel and unique set of SH3-SH3 interactions. X-ray crystallography studies indicate that the dieter interface covers a region usually engaged in PxxP-mediated ligand recognition, even though the IB 1 SH3 domain lacks this motif. The highly stable IB 1 homodimer can be significantly destabilized in vitro by individual point-mutations directed against key residues involved in dimerization. Each mutation reduces IB 1-dependent basal JNK activity in 293T cells. Impaired dimerization induced by over-expression of the SH3 domain also results in a significant reduction in glucose-dependent insulin secretion in pancreatic β-cells.

Régulation de protéine C-réactive vasculaire dans le diabète de type 2

Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de mortalité dans les pays occidentaux et représentent une complication majeure du syndrome métabolique. Il est maintenant largement admis que l’athérosclérose est une maladie inflammatoire chronique et que l’inflammation joue un rôle pathogénique majeur dans l’initiation et la progression de la maladie athéromateuse. Il a été démontré qu’une augmentation des niveaux sériques de la protéine c-réactive (CRP), une protéine de la phase aigüe et un important constituant de la réponse immunitaire de type inné, est associée à un risque cardiovasculaire accru. Ainsi, il a été documenté qu’une augmentation de CRP, tant chez les sujets sains que chez les sujets diabétiques, était associée à une augmentation du risque de morbidité et de mortalité cardiovasculaires. De multiples évidences suggèrent que la CRP puisse non seulement constituer un marqueur de risque des maladies cardiovasculaires mais aussi représenter un facteur pro-athérogénique direct. La dysfonction endothéliale représente un des stades les plus précoces du processus athérosclérotique et un rôle de la CRP dans la pathogenèse de la dysfonction endothéliale est postulé. Outre son origine systémique, la CRP est produite dans la lésion athérosclérotique et par diverses cellules vasculaires, dont les cellules endothéliales. Afin d’élucider le rôle de la CRP vasculaire dans l’altération de la fonction endothéliale associée au syndrome métabolique, nous avons étudié la régulation de l’expression endothéliale de la CRP par les acides gras libres (AGL) et le rôle de la CRP endothéliale dans l’inhibition de la synthèse d’oxyde nitrique (NO) par les AGL. Nos résultats démontrent que :1) l’acide palmitique (PA) induit l’expression génique de CRP au niveau de cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs) en culture et, augmente, de manière dose-dépendante, l’expression protéique de la CRP; 2) La pré-incubation des HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la i) protéine kinase C (PKC), ii) du facteur nucléaire-kappa B, iii) des Janus kinases et des protéines de transduction et de régulation de la transcription et iv) des protéines kinases activées par les mitogènes prévient l’effet stimulant du PA sur l’expression protéique et génique de la CRP; 3) Le traitement des HAECs par le PA induit une augmentation de la production des espèces réactives oxygénées, un effet prévenu par les inhibiteurs de la PKC et par l’AICAR(5-amino-4-imidazole carboxamide 1-β-D-ribofuranoside), un activateur de la protéine kinase activée par l’AMP; 4) L’incubation des HAECs en présence de PA résulte enfin en une diminution de la production basale endothéliale de NO, un effet abrogé par la préincubation de ces cellules avec un anticorps anti-CRP. Dans l’ensemble, ces données démontrent un effet stimulant du PA sur l’expression de la CRP endothéliale via l’activation de kinases et de facteurs de transcription sensibles au stress oxydatif. Ils suggèrent en outre un rôle de la CRP dans la dysfonction endothéliale induite par les AGL.

Regulation of the p21-activated kinase (PAK) by a human Gβ-like WD-repeat protein, hPIP1

The family of p21-activated protein kinases (PAKs) is composed of serine–threonine kinases whose activity is regulated by the small guanosine triphosphatases (GTPases) Rac and Cdc42. In mammalian cells, PAKs have been implicated in the regulation of mitogen-activated protein cascades, cellular morphological and cytoskeletal changes, neurite outgrowth, and cell apoptosis. Although the ability of Cdc42 and Rac GTPases to activate PAK is well established, relatively little is known about the negative regulation of PAK or the identity of PAK cellular targets. Here, we describe the identification and characterization of a human PAK-interacting protein, hPIP1. hPIP1 contains G protein β-like WD repeats and shares sequence homology with the essential fission yeast PAK regulator, Skb15, as well as the essential budding yeast protein, MAK11. Interaction of hPIP1 with PAK1 inhibits the Cdc42/Rac-stimulated kinase activity through the N-terminal regulatory domains of PAK1. Cotransfection of hPIP1 in mammalian cells inhibits PAK-mediated c-Jun N-terminal kinase and nuclear factor κ B signaling pathways. Our results demonstrate that hPIP1 is a negative regulator of PAK and PAK signaling pathways.

Identification of CARDIAK, a RIP-like kinase that associates with caspase-1.

Members of the tumor necrosis factor receptor (TNFR) superfamily have an important role in the induction of cellular signals resulting in cell growth, differentiation and death. TNFR-1 recruits and assembles a signaling complex containing a number of death domain (DD)-containing proteins, including the adaptor protein TRADD and the serine/threonine kinase RIP, which mediates TNF-induced NF-kappa B activation. RIP also recruits caspase-2 to the TNFR-1 signaling complex via the adaptor protein RAIDD, which contains a DD and a caspase-recruiting domain (CARD). Here, we have identified a RIP-like kinase, termed CARDIAK (for CARD-containing interleukin (IL)-1 beta converting enzyme (ICE) associated kinase), which contains a serine/threonine kinase domain and a carboxy-terminal CARD. Overexpression of CARDIAK induced the activation of both NF-kappa B and Jun N-terminal kinase (JNK). CARDIAK interacted with the TNFR-associated factors TRAF-1 and TRAF-2, and a dominant-negative form of TRAF-2 inhibited CARDIAK-induced NF-kappa B activation. Interestingly, CARDIAK specifically interacted with the CARD of caspase-1 (previously known as ICE), and this interaction correlated with the processing of pro-caspase-1 and the formation of the active p20 subunit of caspase-1. Together, these data suggest that CARDIAK may be involved in NF-kappa B/JNK signaling and in the generation of the proinflammatory cytokine IL-1 beta through activation of caspase-1.

Equine herpesvirus-2 E10 gene product, but not its cellular homologue, activates NF-kappaB transcription factor and c-Jun N-terminal kinase.

We have previously reported on the death effector domain containing E8 gene product from equine herpesvirus-2, designated FLICE inhibitory protein (v-FLIP), and on its cellular homologue, c-FLIP, which inhibit the activation of caspase-8 by death receptors. Here we report on the structure and function of the E10 gene product of equine herpesvirus-2, designated v-CARMEN, and on its cellular homologue, c-CARMEN, which contain a caspase-recruiting domain (CARD) motif. c-CARMEN is highly homologous to the viral protein in its N-terminal CARD motif but differs in its C-terminal extension. v-CARMEN and c-CARMEN interact directly in a CARD-dependent manner yet reveal different binding specificities toward members of the tumor necrosis factor receptor-associated factor (TRAF) family. v-CARMEN binds to TRAF6 and weakly to TRAF3 and, upon overexpression, potently induces the c-Jun N-terminal kinase (JNK), p38, and nuclear factor (NF)-kappaB transcriptional pathways. c-CARMEN or truncated versions thereof do not appear to induce JNK and NF-kappaB activation by themselves, nor do they affect the JNK and NF-kappaB activating potential of v-CARMEN. Thus, in contrast to the cellular homologue, v-CARMEN may have additional properties in its unique C terminus that allow for an autonomous activator effect on NF-kappaB and JNK. Through activation of NF-kappaB, v-CARMEN may regulate the expression of the cellular and viral genes important for viral replication.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.