Regulation of nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-[kappa]B) by protein Kinase C theta (PKC-[theta]) and cylindromatosis (CYLD) in murine listeriosis and toxoplasmosis

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2013

Interleukin-8 secretion by fibroblasts induced by low density lipoproteins is p38 MAPK-dependent and leads to cell spreading and wound closure.

We have previously reported (Dobreva, I., Waeber, G., Mooser, V., James, R. W., and Widmann, C. (2003) J. Lipid Res. 44, 2382-2390) that low density lipoproteins (LDLs) induce activation of the p38 MAPK pathway, resulting in fibroblast spreading and lamellipodia formation. Here, we show that LDL-stimulated fibroblast spreading and wound sealing are due to secretion of a soluble factor. Using an antibody-based human protein array, interleukin-8 (IL-8) was identified as the main cytokine whose concentration was increased in supernatants from LDL-stimulated cells. Incubation of supernatants from LDL-treated cells with an anti-IL-8 blocking antibody completely abolished their ability to induce cell spreading and mediate wound closure. In addition, fibroblasts treated with recombinant IL-8 spread to the same extent as cells incubated with LDL or supernatants from LDL-treated cells. The ability of LDL and IL-8 to induce fibroblast spreading was mediated by the IL-8 receptor type II (CXCR-2). Furthermore, LDL-induced IL-8 production and subsequent wound closure required the activation of the p38 MAPK pathway, because both processes were abrogated by a specific p38 inhibitor. Therefore, the capacity of LDLs to induce fibroblast spreading and accelerate wound closure relies on their ability to stimulate IL-8 secretion in a p38 MAPK-dependent manner. Regulation of fibroblast shape and migration by lipoproteins may be relevant to atherosclerosis that is characterized by increased LDL cholesterol levels, IL-8 production, and extensive remodeling of the vessel wall.

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.

Equine herpesvirus protein E10 induces membrane recruitment and phosphorylation of its cellular homologue, bcl-10.

v-E10, a caspase recruitment domain (CARD)-containing gene product of equine herpesvirus 2, is the viral homologue of the bcl-10 protein whose gene was found to be translocated in mucosa-associated lymphoid tissue (MALT) lymphomas. v-E10 efficiently activates the c-jun NH(2)-terminal kinase (JNK), p38 stress kinase, and the nuclear factor (NF)-kappaB transcriptional pathway and interacts with its cellular homologue, bcl-10, via a CARD-mediated interaction. Here we demonstrate that v-E10 contains a COOH-terminal geranylgeranylation consensus site which is responsible for its plasma membrane localization. Expression of v-E10 induces hyperphosphorylation and redistribution of bcl-10 from the cytoplasm to the plasma membrane, a process which is dependent on the intactness of the v-E10 CARD motif. Both membrane localization and a functional CARD motif are important for v-E10-mediated NF-kappaB induction, but not for JNK activation, which instead requires a functional v-E10 binding site for tumor necrosis factor receptor-associated factor (TRAF)6. Moreover, v-E10-induced NF-kappaB activation is inhibited by a dominant negative version of the bcl-10 binding protein TRAF1, suggesting that v-E10-induced membrane recruitment of cellular bcl-10 induces constitutive TRAF-mediated NF-kappaB activation.

Regulation of glucose transporter expression in cardiac myocytes: p38 MAPK is a strong inducer of GLUT4.

OBJECTIVE: In vivo differentiation of cardiac myocytes is associated with downregulation of the glucose transporter isoform GLUT1 and upregulation of the isoform GLUT4. Adult rat cardiomyocytes in primary culture undergo spontaneous dedifferentiation, followed by spreading and partial redifferentiation, which can be influenced by growth factors. We used this model to study the signaling mechanisms modifying the expression of GLUT4 in cardiac myocytes. RESULTS: Adult rat cardiomyocytes in primary culture exhibited spontaneous upregulation of GLUT1 and downregulation of GLUT4, suggesting resumption of a fetal program of GLUT gene expression. Treatment with IGF-1 and, to a minor extent, FGF-2 resulted in restored expression of GLUT4 protein and mRNA. Activation of p38 MAPK mediated the increased expression of GLUT4 in response to IGF-1. Transient transfection experiments in neonatal cardiac myocytes confirmed that p38 MAPK could activate the glut4 promoter. Electrophoretic mobility shift assay in adult rat cardiomyocytes and transient transfection experiments in neonatal cardiac myocytes indicated that MEF2 was the main transcription factor transducing the effect of p38 MAPK activation on the glut4 promoter. CONCLUSION: Spontaneous dedifferentiation of adult rat cardiomyocytes in vitro is associated with downregulation of GLUT4, which can be reversed by treatment with IGF-1. The effect of IGF-1 is mediated by the p38 MAPK/MEF2 axis, which is a strong inducer of GLUT4 expression.

Modulation of the c-Jun N-terminal kinase activity in the embryonic heart in response to anoxia-reoxygenation: involvement of the Ca2+ and mitoKATP channels.

Whether the response of the fetal heart to ischemia-reperfusion is associated with activation of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) pathway is not known. In contrast, involvement of the sarcolemmal L-type Ca2+ channel (LCC) and the mitochondrial KATP (mitoKATP) channel has been established. This work aimed at investigating the profile of JNK activity during anoxia-reoxygenation and its modulation by LCC and mitoK(ATP) channel. Hearts isolated from 4-day-old chick embryos were submitted to anoxia (30 min) and reoxygenation (60 min). Using the kinase assay method, the profile of JNK activity in the ventricle was determined every 10 min throughout anoxia-reoxygenation. Effects on JNK activity of the LCC blocker verapamil (10 nM), the mitoK(ATP) channel opener diazoxide (50 microM) and the blocker 5-hydroxydecanoate (5-HD, 500 microM), the mitochondrial Ca2+ uniporter (MCU) inhibitor Ru360 (10 microM), and the antioxidant N-(2-mercaptopropionyl) glycine (MPG, 1 mM) were determined. In untreated hearts, JNK activity was increased by 40% during anoxia and peaked fivefold relative to basal level after 30-40 min reoxygenation. This peak value was reduced by half by diazoxide and was tripled by 5-HD. Furthermore, the 5-HD-mediated stimulation of JNK activity during reoxygenation was abolished by diazoxide, verapamil or Ru360. MPG had no effect on JNK activity, whatever the conditions. None of the tested pharmacological agents altered JNK activity under basal normoxic conditions. Thus, in the embryonic heart, JNK activity exhibits a characteristic pattern during anoxia and reoxygenation and the respective open-state of LCC, MCU and mitoKATP channel can be a major determinant of JNK activity in a ROS-independent manner.

Thrombin-induced ischemic tolerance is prevented by inhibiting c-jun N-terminal kinase.

We have studied ischemic tolerance induced by the serine protease thrombin in two different models of experimental ischemia. In organotypic hippocampal slice cultures, we demonstrate that incubation with low doses of thrombin protects neurons against a subsequent severe oxygen and glucose deprivation. L-JNKI1, a highly specific c-jun N-terminal kinase (JNK) inhibitor, and a second specific JNK inhibitor, SP600125, prevented thrombin preconditioning (TPC). We also show that the exposure to thrombin increases the level of phosphorylated c-jun, the major substrate of JNK. TPC, in vivo, leads to significantly smaller lesion sizes after a 30-min middle cerebral artery occlusion (MCAo), and the preconditioned mice were better off in the three tests used to evaluate functional recovery. In accordance with in vitro results, TPC in vivo was prevented by administration of L-JNKI1, supporting a role for JNK in TPC. These results, from two different TPC models and with two distinct JNK inhibitors, show that JNK is likely to be involved in TPC.

Activation of peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) by their ligands and protein kinase A activators.

The nuclear peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) alpha, beta, and gamma activate the transcription of multiple genes involved in lipid metabolism. Several natural and synthetic ligands have been identified for each PPAR isotype but little is known about the phosphorylation state of these receptors. We show here that activators of protein kinase A (PKA) can enhance mouse PPAR activity in the absence and the presence of exogenous ligands in transient transfection experiments. Activation function 1 (AF-1) of PPARs was dispensable for transcriptional enhancement, whereas activation function 2 (AF-2) was required for this effect. We also show that several domains of PPAR can be phosphorylated by PKA in vitro. Moreover, gel retardation experiments suggest that PKA stabilizes binding of the liganded PPAR to DNA. PKA inhibitors decreased not only the kinase-dependent induction of PPARs but also their ligand-dependent induction, suggesting an interaction between both pathways that leads to maximal transcriptional induction by PPARs. Moreover, comparing PPAR alpha knockout (KO) with PPAR alpha WT mice, we show that the expression of the acyl CoA oxidase (ACO) gene can be regulated by PKA-activated PPAR alpha in liver. These data demonstrate that the PKA pathway is an important modulator of PPAR activity, and we propose a model associating this pathway in the control of fatty acid beta-oxidation under conditions of fasting, stress, and exercise.

Selective inhibition of JNK with a peptide inhibitor attenuates pain hypersensitivity and tumor growth in a mouse skin cancer pain model.

Cancer pain significantly affects the quality of cancer patients, and current treatments for this pain are limited. C-Jun N-terminal kinase (JNK) has been implicated in tumor growth and neuropathic pain sensitization. We investigated the role of JNK in cancer pain and tumor growth in a skin cancer pain model. Injection of luciferase-transfected B16-Fluc melanoma cells into a hindpaw of mouse induced robust tumor growth, as indicated by increase in paw volume and fluorescence intensity. Pain hypersensitivity in this model developed rapidly (<5 days) and reached a peak in 2 weeks, and was characterized by mechanical allodynia and heat hyperalgesia. Tumor growth was associated with JNK activation in tumor mass, dorsal root ganglion (DRG), and spinal cord and a peripheral neuropathy, such as loss of nerve fibers in the hindpaw skin and induction of ATF-3 expression in DRG neurons. Repeated systemic injections of D-JNKI-1 (6 mg/kg, i.p.), a selective and cell-permeable peptide inhibitor of JNK, produced an accumulative inhibition of mechanical allodynia and heat hyperalgesia. A bolus spinal injection of D-JNKI-1 also inhibited mechanical allodynia. Further, JNK inhibition suppressed tumor growth in vivo and melanoma cell proliferation in vitro. In contrast, repeated injections of morphine (5 mg/kg), a commonly used analgesic for terminal cancer, produced analgesic tolerance after 1 day and did not inhibit tumor growth. Our data reveal a marked peripheral neuropathy in this skin cancer model and important roles of the JNK pathway in cancer pain development and tumor growth. JNK inhibitors such as D-JNKI-1 may be used to treat cancer pain.

The JNK inhibitor XG-102 protects from ischemic damage with delayed intravenous administration also in the presence of recombinant tissue plasminogen activator.

BACKGROUND: XG-102 (formerly D-JNKI1), a TAT-coupled dextrogyre peptide which selectively inhibits the c-Jun N-terminal kinase, is a powerful neuroprotectant in mouse models of middle cerebral artery occlusion (MCAo) with delayed intracerebroventricular injection. We aimed to determine whether this neuroprotection could also be achieved by intravenous injection of XG-102, which is a more feasible approach for future use in stroke patients. We also tested the compatibility of the compound with recombinant tissue plasminogen activator (rtPA), commonly used for intravenous thrombolysis and known to enhance excitotoxicity. METHODS: Male ICR-CD1 mice were subjected to a 30-min-suture MCAo. XG-102 was injected intravenously in a single dose, 6 h after ischemia. Hippocampal slice cultures were subjected to oxygen (5%) and glucose (1 mM) deprivation for 30 min. rtPA was added after ischemia and before XG-102 administration, both in vitro and in vivo. RESULTS: The lowest intravenous dose achieving neuroprotection was 0.0003 mg/kg, which reduced the infarct volume after 48 h from 62 +/- 19 mm(3) (n = 18) for the vehicle-treated group to 18 +/- 9 mm(3) (n = 5, p &lt; 0.01). The behavioral outcome was also significantly improved at two doses. Addition of rtPA after ischemia enhanced the ischemic damage both in vitro and in vivo, but XG-102 was still able to induce a significant neuroprotection. CONCLUSIONS: A single intravenous administration of XG-102 several hours after ischemia induces a powerful neuroprotection. XG-102 protects from ischemic damage in the presence of rtPA. The feasibility of systemic administration of this promising compound and its compatibility with rtPA are important steps for its development as a drug candidate in ischemic stroke.

The caspase-8 inhibitor FLIP promotes activation of NF-kappaB and Erk signaling pathways.

BACKGROUND: Activation of Fas (CD95) by its ligand (FasL) rapidly induces cell death through recruitment and activation of caspase-8 via the adaptor protein Fas-associated death domain protein (FADD). However, Fas signals do not always result in apoptosis but can also trigger a pathway that leads to proliferation. We investigated the level at which the two conflicting Fas signals diverge and the protein(s) that are implicated in switching the response. RESULTS: Under conditions in which proliferation of CD3-activated human T lymphocytes is increased by recombinant FasL, there was activation of the transcription factors NF-kappaB and AP-1 and recruitment of the caspase-8 inhibitor and FADD-interacting protein FLIP (FLICE-like inhibitory protein). Fas-recruited FLIP interacts with TNF-receptor associated factors 1 and 2, as well as with the kinases RIP and Raf-1, resulting in the activation of the NF-kappaB and extracellular signal regulated kinase (Erk) signaling pathways. In T cells these two signal pathways are critical for interleukin-2 production. Increased expression of FLIP in T cells resulted in increased production of interleukin-2. CONCLUSIONS: We provide evidence that FLIP is not simply an inhibitor of death-receptor-induced apoptosis but that it also mediates the activation of NF-kappaB and Erk by virtue of its capacity to recruit adaptor proteins involved in these signaling pathways.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Peroxynitrite-modified collagen-II induces p38/ERK and NF-kappa B-dependent synthesis of prostaglandin E-2 and nitric oxide in chondrogenically differentiated mesenchyrnal progenitor cells

Objective: Peroxynitrite (ONOO-) is formed in the inflamed and degenerating human joint. Peroxynitrite-modified collagen-II (PMC-II) was recently discovered in the serum of patients with osteoarthritis (OA) and rheumatoid arthritis (RA). Therefore we investigated the cellular effects of PMC-II on human mesenchymal progenitor cells (MPCs) as a model of cartilage and cartilage repair cells in the inflamed and degenerating joint. Design: MPCs were isolated from the trabecular bone of patients undergoing reconstructive surgery and were differentiated into a chondrogenic lineage. Cells were exposed to PMC-II and levels of the proinflammatory mediators nitric oxide (NO) and prostaglandin E-2 (PGE(2)) measured. Levels of inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2), phosphorylated mitogen activated protein kinases (MAPKs) and nuclear factor kappa B (NF-kappa B) activation were measured by enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) together with specific MAPK and NF-kappa B inhibitors. Results: PMC-II induced NO and PGE(2) synthesis through upregulation of iNOS and COX-2 proteins. PMC-II also lead to the phosphorylation of MAPKs, extracellularly regulated kinase 1/2 (ERK1/2) and p38 [but not c-Jun NH2-terminal kinase (JNK1/2)] and the activation of proinflammatory transcription factor NF-kappa B. Inhibitors of p38, ERK1/2 and NF-kappa B prevented PMC-II induced NO and PGE(2) synthesis, NOS and COX-2 protein expression and NF-kappa B activation. Conclusion: iNOS, COX-2, NF-KB and MAPK are known to be activated in the joints of patients with OA and RA. PMC-II induced iNOS and COX-2 synthesis through p38, ERK1/2 and NF-KB dependent pathways suggesting a previously unidentified pathway for the synthesis of the proinflammatory mediators, NO and PGE(2), further suggesting that inhibitors of these pathways may be therapeutic in the inflamed and degenerating human joint. (c) 2005 OsteoArthritis Research Society International. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Protein kinase C down-regulation, and not transient activation, correlates with melanocyte growth

The nontumorigenic, immortal line of murine melanocytes, Mel-ab, requires the continual presence of biologically active phorbol esters for growth (R. E. Wilson et al., Cancer Res., 49: 711–716, 1989). Comparable treatments of B16 murine melanoma cells result in partial inhibition of cell proliferation. The role of protein kinase C (PKC) in the modulation of growth of cells from these two melanocytic cell lines has been investigated. Significant levels of PKC were present in quiescent Mel-ab cells as determined by Western blotting, whereas no immunoreactive protein was detected in cell extracts from either proliferating Mel-ab or B16.F1 cells. Phosphorylation of a Mr 80,000 protein, which by one- and two-dimensional gel analysis comigrated with the known Mr 80,000 protein substrate of PKC in fibroblasts, was induced in 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate-stimulated quiescent Mel-ab cells but not in proliferating Mel-ab cells or B16.F1 melanoma cells. Direct measurement of PKC activity in these cells demonstrated a 10-fold greater level of activity in quiescent Mel-ab cells (262 ± 50 pmol/min/mg SD) compared with growing cells (22.8 ± 11.8 pmol/min/mg SD). An intermediate level of activity was detected in proliferating B16.F1 melanoma cells (148.5 ± 20.4 pmol/min/mg SD). The subcellular distribution of PKC was dependent upon the growth state of the cells such that quiescent Mel-ab cells displayed a higher level of activity in the cytosol, whereas growing Melab cells displayed greater activity in the particulate fraction. Like many other transformed lines, B16.F1 melanoma cells constitutively expressed the majority of enzyme activity in the particulate fraction. Measurement of [3H]phorbol ester binding in intact cells paralleled the PKC activation data such that quiescent Mel-ab cells displayed binding of 1612 ± 147 cpm/106 cells, whereas proliferating Mel-ab and B16.F1 melanoma cells displayed binding of 652 ± 28 and 947 ± 81 cpm/106 cells, respectively. Membrane-permeant diacylglycerol analogues, which activated but did not down-regulate PKC, were devoid of growth-stimulating effects on melanocytes, even in the presence of the specific diacylglycerol kinase inhibitor, R59022. Together, these data show that PKC down-regulation, and not activation, correlates with the growth of melanocytes in culture.