Identifying key residues important for CGRP binding to its receptor

The calcitonin gene related peptide (CGRP) is a 37 amino acid neuropeptide. Its receptor is a heterodimeric complex of calcitonin receptor-like receptor (CLR) – a family B G-protein coupled receptor – and a single-pass transmembrane protein, receptoractivity modifying protein 1 (RAMP1). Here, we identify residues, within the N-terminal extracellular domain (ECD) of CLR, potentially involved in ligand binding.Certain residues presumed to be possible sites of contact for the CGRP were picked from the CLR/RAMP1 ECD crystal structure (PDB 3N7S). Residues were mutated to alanine (A) bysite-directed mutagenesis (QuikChangeTM, Stratagene). Mutants were analysed for their ability to stimulate cAMP and cell surface expression as previously described [1]. All mutants showed reduced potency, though to varying degrees as indicated by their pEC50 values. W69A and D70Ashowed significant reduction in cell surface expression.These findings suggest that these residues are important for the interaction of CGRP with its receptor. W69A and D70A, part of the WDG motif of family B GPCRs, are thought to rather play a role in receptor stability [2]. The data is consistent with CGRP binding in agroove between CLR and RAMP1. This project was supported byAston School of Life and Health Sciences.References1. Barwell J, Conner A & Poyner D (2011) Extracellular loops 1and 3 and their associated transmembrane regions of the calcitonin receptor-like receptor are needed for CGRP receptor function. Biochim Biophys Acta 1813, 1906–1916.2. Kumar S, Pioszak A, Zhang C et al. (2011) Crystal Structure of the PAC1R Extracellular Domain Unifies a Consensus Fold for Hormone Recognition by Class B G-Protein Cou-pled Receptors. PLoS One 6, e19682

A hydrogen-bonded polar network in the core of the glucagon-like peptide-1 receptor is a fulcrum for biased agonism:lessons from class B crystal structuress

The glucagon-like peptide 1 (GLP-1) receptor is a class B G protein-coupled receptor (GPCR) that is a key target for treatments for type II diabetes and obesity. This receptor, like other class B GPCRs, displays biased agonism, though the physiologic significance of this is yet to be elucidated. Previous work has implicated R2.60190 , N3.43240 , Q7.49394 , and H6.52363 as key residues involved in peptide-mediated biased agonism, with R2.60190 , N3.43240 , and Q7.49394 predicted to form a polar interaction network. In this study, we used novel insight gained from recent crystal structures of the transmembrane domains of the glucagon and corticotropin releasing factor 1 (CRF1) receptors to develop improved models of the GLP-1 receptor that predict additional key molecular interactions with these amino acids. We have introduced E6.53364 A, N3.43240 Q, Q7.49493N, and N3.43240 Q/Q7.49 Q/Q7.49493N mutations to probe the role of predicted H-bonding and charge-charge interactions in driving cAMP, calcium, or extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling. A polar interaction between E6.53364 and R2.60190 was predicted to be important for GLP-1- and exendin-4-, but not oxyntomodulin-mediated cAMP formation and also ERK1/2 phosphorylation. In contrast, Q7.49394 , but not R2.60190 /E6.53364 was critical for calcium mobilization for all three peptides. Mutation of N3.43240 and Q7.49394 had differential effects on individual peptides, providing evidence for molecular differences in activation transition. Collectively, this work expands our understanding of peptide-mediated signaling from the GLP-1 receptor and the key role that the central polar network plays in these events.

Receptor activity-modifying proteins 2 and 3 generate adrenomedullin receptor subtypes with distinct molecular properties

Adrenomedullin (AM) is a peptide hormone with numerous effects in the vascular systems. AM signals through the AM1 and AM2 receptors formed by the obligate heterodimerization of a G protein-coupled receptor, the calcitonin receptor-like receptor (CLR), and receptor activity-modifying proteins (RAMP) 2 and 3, respectively. These different CLR-RAMP interactions yield discrete receptor pharmacology and physiological effects. The effective design of therapeutics that target the individual AM receptors is dependent on understanding the molecular details of the effects of RAMPs on CLR. To understand the role of RAMPs 2 and 3 on the activation and conformation of the CLR subunit of AM receptors we mutated 68 individual amino acids in the juxtamembrane region of CLR, a key region for activation of AM receptors and determined the effects on cAMP signalling. Sixteen CLR mutations had differential effects between the AM1 and AM2 receptors. Accompanying this, independent molecular modelling of the full-length AM-bound AM1 and AM2 receptors predicted differences in the binding pocket, and differences in the electrostatic potential of the two AM receptors. Druggability analysis indicated unique features that could be used to develop selective small molecule ligands for each receptor. The interaction of RAMP2 or RAMP3 with CLR induces conformational variation in the juxtamembrane region, yielding distinct binding pockets, probably via an allosteric mechanism. These subtype-specific differences have implications for the design of therapeutics aimed at specific AM receptors and for understanding the mechanisms by which accessory proteins affect G protein-coupled receptor function.

Transcriptome and Functional Analysis of Carotid Body Glomus Cells

The carotid body (CB) is a major arterial chemoreceptor containing glomus cells that are activated by changes in arterial blood contents including oxygen. Despite significant advancement in the characterization of their physiological properties, our understanding on the underlying molecular machinery and signaling pathway in CB glomus cells is still limited.

To overcome these limitations, in chapter 1, I demonstrated the first transcriptome profile of CB glomus cells using single cell sequencing technology, which allowed us to uncover a set of abundantly expressed genes, including novel glomus cell-specific transcripts. These results revealed involvement of G protein-coupled receptor (GPCR) signaling pathway, various types of ion channels, as well as atypical mitochondrial subunits in CB function. I also identified ligands for the mostly highly expressed GPCR (Olfr78) in CB glomus cells and examined this receptor’s role in CB mediated hypoxic ventilatory response.

Current knowledge of CB suggest glomus cells rely on unusual mitochondria for their sensitivity to hypoxia. I previously identified the atypical mitochondrial subunit Ndufa4l2 as a highly over-represented gene in CB glomus cells. In chapter 2, to investigate the functional significance of Ndufa4l2 in CB function, I phenotyped both Ndufa4l2 knockout mice and mice with conditional Ndufa4l2 deletion in CB glomus cells. I found that Ndufa4l2 is essential to the establishment of regular breathing after birth. Ablating Ndufa4l2 in postnatal CB glomus cells resulted in defective CB sensitivity to hypoxia as well as CB mediated hypoxic ventilatory response. Together, our data showed that Ndufa4l2 is critical to respiratory control and the oxygen sensitivity of CB glomus cells.

Le rôle des acides gras oméga-3 sur la balance énergétique, la régulation de l’appétit, l’état émotionnel et l’implication du récepteur GPR120

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.

Le rôle des acides gras oméga-3 sur la balance énergétique, la régulation de l’appétit, l’état émotionnel et l’implication du récepteur GPR120

L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.

Étude des voies de signalisation activées par la prostaglandine F2α dans les cellules de cancer colorectal

Le cancer colorectal représente la troisième forme de cancer la plus fréquente au Canada. Malgré les récents développements, aucun traitement curatif n’est disponible pour les patients diagnostiqués à un stade avancé de la maladie. Plusieurs évidences supportent un rôle important des prostaglandines dans cette maladie. En effet, une surexpression des récepteurs de type EP et FP est remarquée. Ces derniers ainsi que les molécules de signalisations intracellulaires qu’ils activent représentent donc de nouvelles cibles pour traiter ce cancer. Nous et d’autres groupes avons démontré que les protéines G monomériques sont des petits interrupteurs moléculaires importants dans la signalisation intracellulaire engagée par les récepteurs dans des cellules saines mais qu’un dérèglement de celles-ci est associé au cancer. L’objectif principal de ce projet de recherche vise donc à identifier les voies de signalisations par lesquelles le récepteur FP contribue aux capacités invasives des cellules tumorales d’origine colorectale. Notre hypothèse est que la protéine ARF6, une des 6 isoformes des ARFs, et la protéine RhoA, agissent pour coordonner l’activation des voies de signalisations associées à la migration et l’invasion cellulaire. Nos résultats ont indiqué que la stimulation des cellules HEK293 exprimant de façon stable le récepteur FP (HA-FP) ainsi que les cellules SW480, une lignée invasive de cancer colorectal, par le PGF2α augmentait les niveaux d’activation d’ARF6 mais également de la protéine RhoA. De plus, d’autres médiateurs et intermédiaires associés à la réorganisation du cytosquelette comme la cofiline et la chaine légère de la myosine (MLC) ont été hautement phosphorylés suite à la stimulation par la prostaglandine. Ces observations sont associées avec une augmentation des fibres de stress dans les cellules. Nous avons tenté de déterminer si l’inhibition de ces protéines G affectait la capacité du PGF2α à activer ces intermédiaires de signalisation ainsi que certains effets biologiques. Ainsi, nos expériences contribueront à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer colorectal.

Étude des voies de signalisation activées par la prostaglandine F2α dans les cellules de cancer colorectal

Le cancer colorectal représente la troisième forme de cancer la plus fréquente au Canada. Malgré les récents développements, aucun traitement curatif n’est disponible pour les patients diagnostiqués à un stade avancé de la maladie. Plusieurs évidences supportent un rôle important des prostaglandines dans cette maladie. En effet, une surexpression des récepteurs de type EP et FP est remarquée. Ces derniers ainsi que les molécules de signalisations intracellulaires qu’ils activent représentent donc de nouvelles cibles pour traiter ce cancer. Nous et d’autres groupes avons démontré que les protéines G monomériques sont des petits interrupteurs moléculaires importants dans la signalisation intracellulaire engagée par les récepteurs dans des cellules saines mais qu’un dérèglement de celles-ci est associé au cancer. L’objectif principal de ce projet de recherche vise donc à identifier les voies de signalisations par lesquelles le récepteur FP contribue aux capacités invasives des cellules tumorales d’origine colorectale. Notre hypothèse est que la protéine ARF6, une des 6 isoformes des ARFs, et la protéine RhoA, agissent pour coordonner l’activation des voies de signalisations associées à la migration et l’invasion cellulaire. Nos résultats ont indiqué que la stimulation des cellules HEK293 exprimant de façon stable le récepteur FP (HA-FP) ainsi que les cellules SW480, une lignée invasive de cancer colorectal, par le PGF2α augmentait les niveaux d’activation d’ARF6 mais également de la protéine RhoA. De plus, d’autres médiateurs et intermédiaires associés à la réorganisation du cytosquelette comme la cofiline et la chaine légère de la myosine (MLC) ont été hautement phosphorylés suite à la stimulation par la prostaglandine. Ces observations sont associées avec une augmentation des fibres de stress dans les cellules. Nous avons tenté de déterminer si l’inhibition de ces protéines G affectait la capacité du PGF2α à activer ces intermédiaires de signalisation ainsi que certains effets biologiques. Ainsi, nos expériences contribueront à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement du cancer colorectal.

Hypothalamic S1p/s1pr1 Axis Controls Energy Homeostasis.

Sphingosine 1-phosphate receptor 1 (S1PR1) is a G-protein-coupled receptor for sphingosine-1-phosphate (S1P) that has a role in many physiological and pathophysiological processes. Here we show that the S1P/S1PR1 signalling pathway in hypothalamic neurons regulates energy homeostasis in rodents. We demonstrate that S1PR1 protein is highly enriched in hypothalamic POMC neurons of rats. Intracerebroventricular injections of the bioactive lipid, S1P, reduce food consumption and increase rat energy expenditure through persistent activation of STAT3 and the melanocortin system. Similarly, the selective disruption of hypothalamic S1PR1 increases food intake and reduces the respiratory exchange ratio. We further show that STAT3 controls S1PR1 expression in neurons via a positive feedback mechanism. Interestingly, several models of obesity and cancer anorexia display an imbalance of hypothalamic S1P/S1PR1/STAT3 axis, whereas pharmacological intervention ameliorates these phenotypes. Taken together, our data demonstrate that the neuronal S1P/S1PR1/STAT3 signalling axis plays a critical role in the control of energy homeostasis in rats.

Suppression subtractive hybridization profiles of radial growth phase and metastatic melanoma cell lines reveal novel potential targets

Background: Melanoma progression occurs through three major stages: radial growth phase (RGP), confined to the epidermis; vertical growth phase (VGP), when the tumor has invaded into the dermis; and metastasis. In this work, we used suppression subtractive hybridization (SSH) to investigate the molecular signature of melanoma progression, by comparing a group of metastatic cell lines with an RGP-like cell line showing characteristics of early neoplastic lesions including expression of the metastasis suppressor KISS1, lack of alpha v beta 3-integrin and low levels of RHOC. Methods: Two subtracted cDNA collections were obtained, one (RGP library) by subtracting the RGP cell line (WM1552C) cDNA from a cDNA pool from four metastatic cell lines (WM9, WM852, 1205Lu and WM1617), and the other (Met library) by the reverse subtraction. Clones were sequenced and annotated, and expression validation was done by Northern blot and RT-PCR. Gene Ontology annotation and searches in large-scale melanoma expression studies were done for the genes identified. Results: We identified 367 clones from the RGP library and 386 from the Met library, of which 351 and 368, respectively, match human mRNA sequences, representing 288 and 217 annotated genes. We confirmed the differential expression of all genes selected for validation. In the Met library, we found an enrichment of genes in the growth factors/receptor, adhesion and motility categories whereas in the RGP library, enriched categories were nucleotide biosynthesis, DNA packing/repair, and macromolecular/vesicular trafficking. Interestingly, 19% of the genes from the RGP library map to chromosome 1 against 4% of the ones from Met library. Conclusion: This study identifies two populations of genes differentially expressed between melanoma cell lines from two tumor stages and suggests that these sets of genes represent profiles of less aggressive versus metastatic melanomas. A search for expression profiles of melanoma in available expression study databases allowed us to point to a great potential of involvement in tumor progression for several of the genes identified here. A few sequences obtained here may also contribute to extend annotated mRNAs or to the identification of novel transcripts.

Brain nitric oxide production by a proline-rich decapeptide from Bothrops jararaca venom improves baroreflex sensitivity of spontaneously hypertensive rats

Baroreflex sensitivity is disturbed in many people with cardiovascular diseases such as hypertension. Brain deficiency of nitric oxide (NO), which is synthesized by NO synthase (NOS) in the citrulline-NO cycle (with argininosuccinate synthase (ASS) activity being the rate-limiting step), contributes to impaired baroreflex. We recently showed that a decapeptide isolated from Bothrops jararaca snake venom, denoted Bj-PRO-10c, exerts powerful and sustained antihypertensive activity. Bj-PRO-10c promoted vasodilatation dependent on the positive modulation of ASS activity and NO production in the endothelium, and also acted on the central nervous system, inducing the release of GABA and glutamate, two important neurotransmitters in the regulation of autonomic systems. We evaluated baroreflex function using the regression line obtained by the best-fit points of measured heart rate (HR) and mean arterial pressure (MAP) data from spontaneously hypertensive rats (SHRs) treated with Bj-PRO-10c. We also investigated molecular mechanisms involved in this effect, both in vitro and in vivo. Bj-PRO-10c mediated an increase in baroreflex sensitivity and a decrease in MAP and HR. The effects exerted by the peptide include an increase in the gene expression of endothelial NOS and ASS. Bj-PRO-10c-induced NO production depended on intracellular calcium fluxes and the activation of a G(i/o)-protein-coupled metabotropic receptor. Bj-PRO-10c induced NO production and the gene expression of ASS and endothelial NOS in the brains of SHRs, thereby improving baroreflex sensitivity. Bj-PRO-10c may reveal novel approaches for treating diseases with impaired baroreflex function. Hypertension Research (2010) 33, 1283-1288; doi: 10.1038/hr.2010.208

Increased expression of protease-activated receptor 1 (PAR-1) in human leukemias

Protease-activated receptor 1 (PAR-1) is a G-protein-coupled receptor that is overexpressed in solid tumors, being associated with several pro-tumoral responses including primary growth, invasion, metastasis and angiogenesis. Expression of PAR-1 in human leukemic cell lines is reported but the status of its expression in human leukemic patients is currently unknown. In this study we evaluated the expression pattern of PAR-1 in patients with the four main types of leukemia - chronic lymphocytic leukemia subtype B (B-CLL), acute lymphoblastic leukemia subtype B (B-ALL), acute myeloid leukemia (AML) and chronic myeloid leukemia (CML). Flow cytometry analyses show that lymphocytes from B-CLL patients express this receptor at similar levels to healthy individuals. On the other hand, it was observed a significant increase in PAR-1 expression in B-ALL lymphocytes as compared to B-CLL and healthy donors. Flow cytometric and real-time PCR demonstrated a significant increase in PAR-1 expression in granulocytes from CML patients in blast phase (CML-BP) but not in chronic phase (CML-CP) as compared to healthy donors. Finally, a significant increase in PAR-1 expression has been also observed in blasts from AML (subtypes M4 and M5) patients, as compared to monocytes or granulocytes from healthy donors. We conclude that PAR-1 might play an important biological role in aggressive leukemias and might offer additional strategies for the development of new therapies. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

A GPR54-activating mutation in a patient with central precocious puberty

Gonadotropin-dependent, or central, precocious puberty is caused by early maturation of the hypothalamic-pituitary-gonadal axis. In girls, this condition is most often idiopathic. Recently, a G protein-coupled receptor, GPR54, and its ligand, kisspeptin, were described as an excitatory neuroregulator system for the secretion of gonadotropin-releasing hormone (GnRH). In this study, we have identified an autosomal dominant GPR54 mutation - the substitution of proline for arginine at codon 386 (Arg386Pro) - in an adopted girl with idiopathic central precocious puberty (whose biologic family was not available for genetic studies). In vitro studies have shown that this mutation leads to prolonged activation of intracellular signaling pathways in response to kisspeptin. The Arg386Pro mutant appears to be associated with central precocious puberty.

Tyrosines in the Carboxyl Terminus Regulate Syk Kinase Activity and Function

The Syk tyrosine kinase family plays an essential role in immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM) signaling. The binding of Syk to tyrosine-phosphorylated ITAM subunits of immunoreceptors, such as Fc epsilon RI on mast cells, results in a conformational change, with an increase of enzymatic activity of Syk. This conformational change exposes the COOH-terminal tail of Syk, which has three conserved Tyr residues (Tyr-623, Tyr-624, and Tyr-625 of rat Syk). To understand the role of these residues in signaling, wild-type and mutant Syk with these three Tyr mutated to Phe was expressed in Syk-deficient mast cells. There was decreased Fc epsilon RI-induced degranulation, nuclear factor for T cell activation and NF kappa B activation with the mutated Syk together with reduced phosphorylation of MAP kinases p38 and p42/44 ERK. In non-stimulated cells, the mutated Syk was more tyrosine phosphorylated predominantly as a result of autophosphorylation. In vitro, there was reduced binding of mutated Syk to phosphorylated ITAM due to this increased phosphorylation. This mutated Syk from non-stimulated cells had significantly reduced kinase activity toward an exogenous substrate, whereas its autophosphorylation capacity was not affected. However, the kinase activity and the autophosphorylation capacity of this mutated Syk were dramatically decreased when the protein was dephosphorylated before the in vitro kinase reaction. Furthermore, mutation of these tyrosines in the COOH-terminal region of Syk transforms it to an enzyme, similar to its homolog ZAP-70, which depends on other tyrosine kinases for optimal activation. In testing Syk mutated singly at each one of the tyrosines, Tyr-624 but especially Tyr-625 had the major role in these reactions. Therefore, these results indicate that these tyrosines in the tail region play a critical role in regulating the kinase activity and function of Syk.

Analysis of Intracellular Substrates and Products of Thimet Oligopeptidase in Human Embryonic Kidney 293 Cells

Thimet oligopeptidase (EC 3.4.24.15; EP24.15) is an intracellular enzyme that has been proposed to metabolize peptides within cells, thereby affecting antigen presentation and G protein-coupled receptor signal transduction. However, only a small number of intracellular substrates of EP24.15 have been reported previously. Here we have identified over 100 peptides in human embryonic kidney 293 (HEK293) cells that are derived from intracellular proteins; many but not all of these peptides are substrates or products of EP24.15. First, cellular peptides were extracted from HEK293 cells and incubated in vitro with purified EP24.15. Then the peptides were labeled with isotopic tags and analyzed by mass spectrometry to obtain quantitative data on the extent of cleavage. A related series of experiments tested the effect of overexpression of EP24.15 on the cellular levels of peptides in HEK293 cells. Finally, synthetic peptides that corresponded to 10 of the cellular peptides were incubated with purified EP24.15 in vitro, and the cleavage was monitored by high pressure liquid chromatography and mass spectrometry. Many of the EP24.15 substrates identified by these approaches are 9-11 amino acids in length, supporting the proposal that EP24.15 can function in the degradation of peptides that could be used for antigen presentation. However, EP24.15 also converts some peptides into products that are 8-10 amino acids, thus contributing to the formation of peptides for antigen presentation. In addition, the intracellular peptides described here are potential candidates to regulate protein interactions within cells.