Ca(2+)-independent reduction of N-methyl-D-aspartate channel activity by protein tyrosine phosphatase.

Regulation of ion channel function by intracellular processes is fundamental for controlling synaptic signaling and integration in the nervous system. Currents mediated by N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors decline during whole-cell recordings and this may be prevented by ATP. We show here that phosphorylation is necessary to maintain NMDA currents and that the decline is not dependent upon Ca2+. A protein tyrosine phosphatase or a peptide inhibitor of protein tyrosine kinase applied intracellularly caused a decrease in NMDA currents even when ATP was included. On the other hand, pretreating the neurons with a membrane-permeant tyrosine kinase inhibitor occluded the decline in NMDA currents when ATP was omitted. In inside-out patches, applying a protein tyrosine phosphatase to the cytoplasmic face of the patch caused a decrease in probability of opening of NMDA channels. Conversely, open probability was increased by a protein tyrosine phosphatase inhibitor. These results indicate that NMDA channel activity is reduced by a protein tyrosine phosphatase associated with the channel complex.

Differential functions of the two Src homology 2 domains in protein tyrosine phosphatase SH-PTP1.

SH-PTP1 (also known as PTP1C, HCP, and SHP) is a non-transmembrane protein tyrosine phosphatase (PTPase) containing two tandem Src homology 2 (SH2) domains. We show here that the two SH2 (N-SH2 and C-SH2) domains in SH-PTP1 have different functions in regulation of the PTPase domain and thereby signal transduction. While the N-terminal SH2 domain is both necessary and sufficient for autoinhibition through an intramolecular association with the PTPase domain, truncation of the C-SH2 domain [SH-PTP1 (delta CSH2) construct] has little effect on SH-PTP1 activity. A synthetic phosphotyrosine residue (pY) peptide derived from the erythropoietin receptor (EpoR pY429) binds to the N-SH2 domain and activates both wild-type SH-PTP1 and SH-PTP1 (delta CSH2) 60- to 80-fold. Another pY peptide corresponding to a phosphorylation site on the IgG Fc receptor (Fc gamma RIIB1 pY309) associates with both the C-SH2 domain (Kd = 2.8 microM and the N-SH2 domain (Kd = 15.0 microM) and also activates SH-PTP1 12-fold. By analysis of the effect of the Fc gamma RIIB1 pY309 peptide on SH-PTP1 (delta CSH2), SH-PTP1 (R30K/R33E), SH-PTP1 (R30K/R136K), and SH-PTP1 (R136K) mutants in which the function of either the N- or C-SH2 domain has been impaired, we have determined that both synthetic pY peptides stimulate SH-PTP1 by binding to its N-SH2 domain; binding of pY ligand to the C-SH2 domain has no effect on SH-PTP1 activity. We propose that the N-terminal SH2 domain serves both as a regulatory domain and as a recruiting unit, whereas the C-terminal SH2 domain acts merely as a recruiting unit.

Identification of a cytoplasmic, phorbol ester-inducible isoform of protein tyrosine phosphatase epsilon.

The protein-tyrosine phosphatase epsilon (PTP epsilon) is a transmembranal, receptor-type protein that possesses two phosphatase catalytic domains characteristic of transmembranal phosphatases. Here we demonstrate the existence of a nontransmembranal isoform of PTP epsilon, PTP epsilon-cytoplasmic. PTP epsilon-cytoplasmic and the transmembranal isoform of PTP epsilon have separate, nonoverlapping expression patterns. Further, the data clearly indicate that control of which of the two isoforms is to be expressed is initiated at the transcriptional level, suggesting that they have distinct physiological roles. PTP epsilon-cytoplasmic mRNA is the product of a delayed early response gene in NIH 3T3 fibroblasts, and its transcription is regulated through a pathway that requires protein kinase C. The human homologue of PTP epsilon-cytoplasmic has also been cloned and is strongly up-regulated in the early stages of phorbol 12-tetradecanoate 13-acetate-induced differentiation of HL-60 cells. Sequence analysis indicates and cellular fractionation experiments confirm that this isoform is a cytoplasmic molecule. PTP epsilon-cytoplasmic is therefore the initial example to our knowledge of a nontransmembranal protein-tyrosine phosphatase that contains two tandem of catalytic domains.

The 37/40-kilodalton autoantigen in insulin-dependent diabetes mellitus is the putative tyrosine phosphatase IA-2.

Major targets for autoantibodies associated with the development of insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM) include tryptic fragments with a molecular mass of 37 kDa and/or 40 kDa of a pancreatic islet cell antigen of unknown identity. The assay identifying autoantibodies against the 37/40-kDa antigen in human sera is based on the immunoprecipitation of 35S-labeled rat insulinoma cell proteins with sera from IDDM patients, followed by limited trypsin digestion of the immunoprecipitated material. To identify cDNA clones coding for the 37/40-kDa antigen, we have screened a cDNA expression library from rat insulinoma cells with a serum from an IDDM patient that precipitated the 37/40-kDa antigen in our assay. Among the cDNA products that reacted with the IDDM serum, we identified one cDNA clone whose open reading frame encodes a protein with a predicted mass of 105 kDa that we termed "ICA105" for 105-kDa islet cell antibody. The deduced amino acid sequence has high homology to a recently cloned putative tyrosine phosphatase IA-2 from human and mouse cDNA libraries. Translation of the cDNA in vitro results in a polypeptide with the expected molecular mass of 105 kDa. The evidence that ICA105 is indeed the precursor of the 37/40-kDa tryptic fragments is based on the following three results: (i) Sera from IDDM patients containing autoantibodies to the 37/40-kDa antigen precipitate the in vitro translated polypeptide, whereas sera from healthy subjects as well as sera from IDDM patients not reactive with the 37/40-kDa antigen do not precipitate the cDNA product. (ii) Immunoprecipitation of the in vitro translated protein with sera containing autoantibodies to the 37/40-kDa antigen followed by limited trypsin digestion of the precipitated proteins results in a 40-kDa polypeptide. (iii) The protein derived from our cDNA but not from an unrelated control cDNA clone can block immunoprecipitation of the 37/40-kDa antigen from a labeled rat insulinoma cell extract. The availability of the cloned 37/40-kDa antigen should facilitate the identification of individuals at risk of IDDM with increased accuracy. Furthermore, the identification of the 37/40-kDa antigen as the putative tyrosine phosphatase IA-2 is of relevance in elucidating the role of this antigen in the development of IDDM.

Expression of PTPH1, a rat protein tyrosine phosphatase, is restricted to the derivatives of a specific diencephalic segment.

Studies to date have identified only a few proteins that are expressed in a segment-specific manner within the mammalian brain. Here we report that a nonreceptor protein tyrosine phosphatase, PTPH1, is selectively expressed in the adult thalamus. Expression of PTPH1 mRNA is detected in most, but not all, thalamic nuclei. Nuclei that are derived embryonically from the dorsal thalamus and project to the neocortex express this gene, whereas those derived from the ventral thalamus do not. PTPH1 mRNA expression is also restricted to the dorsal thalamus during development and, thus, can serve as a specific marker for the dorsal thalamic nuclei. Since the subcellular localization of PTPH1 protein is not known, its functional role is not clear. However, the restriction of its expression to the thalamic nuclei that have thalamocortical connections suggests that PTPH1 may play a role in the maintenance of these connections or in determining the physiological properties of thalamic relay nuclei.

The tyrosine phosphatase DEP-1 induces cytoskeletal rearrangements, aberrant cell-substratum interactions and a reduction in cell proliferation

The receptor protein tyrosine phosphatase density-enhanced phosphatase-1 (DEP-1) has been implicated in aberrant cancer cell growth and immune cell function, however, its function within cells has yet to be properly elucidated. To investigate the cellular function of DEP-1, stable cell lines inducibly expressing DEP-1 were generated. Induction of DEP-1 expression was found to decrease PDGF-stimulated tyrosine phosphorylation of a number of cellular proteins including the PDGF receptor, and to inhibit growth factor-stimulated phosphorylation of components of the MAPK pathway, indicating that DEP-1 antagonised PDGF receptor signalling. This was supported by data showing that DEP-1 expression resulted in a reduction in cell proliferation. DEP-1-expressing cells had fewer actin-containing microfilament bundles, reduced vinculin and paxillin-containing adhesion plaques, and were defective in interactions with fibronectin. Defective cell-substratum adhesion correlated with lack of activation of FAK in DEP-1-expressing cells. Time-lapse interference reflection microscopy of live cells revealed that although small focal contacts at the leading edge were generated in DEP-1-expressing cells, they failed to mature into stable focal adhesions, as found in control cells. Further motility analysis revealed that DEP-1-expressing cells retained limited random motility, but showed no chemotaxis towards a gradient of PDGF. In addition, cell-cell contacts were disrupted, with a change in the localisation of cadherin from discrete areas of cell-cell contact to large areas of membrane interaction, and there was a parallel redistribution of beta-catenin. These results demonstrate that DEP-1 is a negative regulator of cell proliferation, cell-substratum contacts, motility and chemotaxis in fibroblasts.

Understanding the Effect of Protein Tyrosine Phosphatase Receptor Type 0 on Mammalian Sensory Development: Behavioral Studies on PTPRO Knockout Mice

Nerve development, which includes axon outgrowth and guidance, is regulated by many protein families, including receptor protein tyrosine phosphatases (RPTP's).Protein tyrosine phosphatase receptor type 0 (PTPRO) is a type III RPTP that is important for axon growth and guidance, as observed in chicks and flies. In order to examine the effects ofPTPRO on mammalian development, standard behavioral tests were used to compare mice lacking the gene for PTPRO (ROKO mice) to wild-type (WT) mice. The ROKO mice showed a significant delay in reacting to a thermal noxious stimulus, hotplate analgesia, when compared to the WT mice suggesting deficient nociceptive function. In a rotarod test for proprioceptive function the ROKO mice exhibited a significant decrease in the amount of time spent on the rotating rod than did the WT mice. Additional proprioception tests were performed including the climb, step reflex, beam, and mesh walk tests. In the climb and step (place) test, the ROKO group had a significantly lower accuracy in performing the tests than did the WT mice. Thus, mice lacking the PTPRO gene showed behavioral deficiencies that reflect impairment in sensory function, specifically for nociception and proprioception.

Rôle de la protéine tyrosine kinase Fer dans le cancer de la prostate

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de la protéine tyrosine kinase Fer dans le cancer de la prostate

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Targeting protein tyrosine phosphatase SHP2 for therapeutic intervention

Protein tyrosine phosphatases have been the focus of considerable research efforts aimed at developing novel therapeutics; however, these targets are often characterized as being ‘undruggable’ due to the challenge of achieving selectivity, potency and cell permeability. More recently, there has been renewed interest in developing inhibitors of the tyrosine phosphatase SHP2 (PTPN11) in the light of its broad role in cancer, specifically juvenile myelomonocytic leukemia, and recent studies that implicate SHP2 as a key factor in breast cancer progression. Recent significant advances in the field of SHP2 inhibitor development raise the question: are we on the verge of a new era of protein tyrosine phosphatase-directed therapeutics? This article critically appraises recent developments, assesses ongoing challenges and presents a perspective on possible future directions.

L’implication de SHP-1 en condition élevée de glucose inhibe la signalisation de l’insuline et du PDGF-BB dans les cellules musculaires lisses vasculaires hypoxiques

Résumé : Bien que l’hypoxie soit un puissant inducteur de l’angiogenèse, l’activation des facteurs de croissance est perturbée en hyperglycémie au niveau du pied et du cœur. Cette perturbation entraîne la perte de prolifération et de migration chez les cellules endothéliales, musculaires lisses vasculaires et péricytes empêchant la formation de nouveaux vaisseaux qui mènera à l’amputation des membres inférieurs chez les patients diabétiques. Une étude a démontré qu’une augmentation de la protéine tyrosine phosphatase Src homology-2 domain-containing phosphatase-1 (SHP-1) en condition hyperglycémique chez les péricytes entraînait l’inhibition de la signalisation du PDGF-BB, ce qui résultait en le développement d’une rétinopathie diabétique. Nous avons alors soulevé l’hypothèse que l’expression de SHP-1 dans les cellules musculaires lisses vasculaires affecte la prolifération et la migration cellulaire par l’inhibition de la signalisation de l’insuline et du PDGF-BB en condition diabétique. Nos expérimentations ont été effectuées principalement à l’aide d’une culture primaire de cellules musculaires lisses primaires provenant d’aortes bovines. Comparativement aux concentrations normales de glucose (NG : 5,6 mM), l’exposition à des concentrations élevées de glucose (HG : 25 mM) pendant 48 h a résulté en l’inhibition de la prolifération cellulaire par l’insuline et le PDGF-BB autant en normoxie (20% O2) qu’en hypoxie (24 dernières heures à 1% O2). Lors des essais de migration cellulaire, aucun effet de l’insuline n’a été observé alors que la migration par le PDGF-BB fut inhibée en HG autant en normoxie qu’en hypoxie. L’exposition en HG à mener à l’inhibition de la signalisation de la voie PI3K/Akt de l’insuline et du PDGF-BB en hypoxie. Aucune variation de l’expression de SHP-1 n’a été observée mais son activité phosphatase en hypoxie était fortement inhibée en NG contrairement en HG où on observait une augmentation de cette activité. Finalement, une association a été constatée entre SHP-1 et la sous-unité bêta du récepteur au PDGF. En conclusion, nous avons démontré que l’augmentation de l’activité phosphatase de SHP-1 en hypoxie cause l’inhibition des voies de l’insuline et du PDGF-BB réduisant les processus angiogéniques des cellules musculaires lisses vasculaires dans la maladie des artères périphériques.

Characterizing embryonic gene expression patterns in the mouse using nonredundant sequence-based selection

This article investigates the expression patterns of 160 genes that are expressed during early mouse development. The cDNAs were isolated from 7.5 d postcoitum (dpc) encloderm, a region that comprises visceral encloderm (VE), definitive encloderm, and the node-tissues that are required for the initial steps of axial specification and tissue patterning in the mouse. To avoid examining the same gene more than once, and to exclude potentially ubiquitously expressed housekeeping genes, cDNA sequence was derived from 1978 clones of the Endoderm library. These yielded 1440 distinct cDNAs, of which 123 proved to be novel in the mouse. In situ hybridization analysis was carried out on 160 of the cDNAs, and of these, 29 (18%) proved to have restricted expression patterns.

Étude sur l’endocytose du récepteur de l’insuline : rôle du noeud de signalisation ATIC / PTPLAD1

La cellule utilise des nœuds d’interactions protéiques relativement stables, conservés et souvent constitués d’adaptateurs moléculaires pour gérer des signaux reçus (synthèse, sécrétion, traffic, métabolisme, division), des problèmes de sécurité et de niveaux d’énergie. Nos résultats montrent que la cellule utilise aussi des nœuds relativement petits et dynamiques où des informations propres concernant des voies métaboliques apparemment indépendantes sont évaluées. Ces informations y sont intégrées localement et une décision y est prise pour action immédiate. Cette idée est supportée par notre étude sur le récepteur de l’insuline (RI). Ce récepteur transmembranaire à activité tyrosine kinase reconnaît un signal externe (insuline circulante) et engage la signalisation de l’insuline, les réponses métaboliques et le contrôle du glucose circulant. Le RI est aussi impliqué dans l’internalisation de l’insuline et sa dégradation dans les endosomes (clairance). Il régule donc indirectement la sécrétion de l’insuline par les cellules du pancréas endocrine. La signification pathophysiologique de l’endocytose du RI ainsi que les bases moléculaires d’une telle coordination sont peu connues. Nous avons construit un réseau d’interactions du RI (IRGEN) à partir d’un protéome de fractions Golgi-endosomales (G/E) hépatiques. Nous démontrons une forte hétérogénéité fonctionnelle autour du RI avec la présence des protéines ATIC, PTPLAD1, AMPKα et ANXA2. ANXA2 est une protéine impliquée dans la biogénèse et le transport endosomal. Nos résultats identifient un site de SUMOylation régulé par l’insuline dans sa région N-terminale. ATIC est une enzyme de la voie de synthèse des purines de novo dont le substrat AICAR est un activateur de l’AMPKα. Des analyses biochimiques in vitro et in vivo nous montrent que ATIC favorise la tyrosine phosphorylation du RI par opposition fonctionnelle à PTPLAD1. Une délétion partielle d’ATIC stimule l’activation de l’AMPK dont la sous-unité AMPKα2 apparaît déterminante pour le trafic du RI. Nous démontrons que ATIC, PTPLAD1, AMPKα, AICAR et ANXA2 contrôlent l’endocytose du RI à travers le cytosquelette d’actine et le réseau de microtubules. Nous ressortons un nœud de signalisation (ATIC, PTPLAD1, AMPKα) capable de détecter les niveaux d’activation du RI, d’énergie cellulaires (rapports AMP/ATP) et aussi d’agir sur la signalisation et l’endocytose du RI. Cette proximité moléculaire expliquerait le débat sur le mécanisme primaire du diabète de type 2 (DT2), notamment entre la sensibilité à l’insuline et sa clairance. Nous avons calculé un enrichissement de 61% de variants communs du DT2 parmi les protéines fonctionnellement proches du RI incluant RI, ATIC, AMPKα, KIF5A et GLUT2. Cet enrichissement suggère que l’hétérogénéité génétique révélée par les consortiums sur études génomiques (GWAS) converge vers des mécanismes peu étudiés de biologie cellulaire.

Régulation de l’activité transcriptionnelle des récepteurs des estrogènes (ER) par le récepteur à chimiokine CXCR4 et les récepteurs à activité tyrosine kinase ErbB2 et ErbB3

La régulation de la transcription des gènes par les récepteurs des estrogènes ERα et ERβ joue un rôle important dans la croissance cellulaire et dans le développement du cancer du sein. Une augmentation de l’expression de CXCR4 et de son ligand SDF-1/CXCL12 corrèle avec un phénotype plus agressif du cancer du sein. Ici, nous démontrons un mécanisme de boucle de régulation positive entre la signalisation de CXCR4/SDF-1 et l’activité transcriptionnelle des ERs dans des cellules cancéreuses mammaires. L’activité transcriptionnelle de ER et l’expression de gènes cibles de ER, dont SDF-1 lui-même, sont augmentées dans la lignée cancéreuse mammaire MCF-7 en réponse à SDF-1. Ces effets sont bloqués par l’anti-estrogène fulvestrant et par la délétion de CXCR4. Par ailleurs, l’expression des gènes et la prolifération des cellules cancéreuses mammaires MCF-7 en réponse à l’estrogène sont altérées par l’inhibition de CXCR4. La signalisation par les facteurs de croissance joue un rôle important dans le cancer du sein. La surexpression et la dérégulation de la signalisation par le récepteur à activité tyrosine kinase ErbB2 corrèlent avec un phénotype tumoral mammaire plus agressif et un moins bon pronostic. Cependant, comment la signalisation de ErbB2 et de CXCR4 sont fonctionnellement reliées dans la régulation de la réponse de ER dans les cellules cancéreuses mammaires n’est pas connue. Nous démontrons ici que CXCR4 régule négativement l’expression protéique de ErbB2 et de son partenaire d’interaction ErbB3 ainsi que la phosphorylation de ErbB2. CXCR4 altère l’activation de la voie PI3-K/Akt par le dimère ErbB2/ErbB3 en réponse à héréguline alors qu’en présence de SDF-1, les niveaux d’activation sont récupérés. Nous avons trouvé que héréguline-β promouvoit la phosphorylation de la sérine 339 de CXCR4, un site important pour l’internalisation et la signalisation du récepteur. De plus, le recrutement de ErbB2 à CXCR4 est favorisé par ErbB3 et héréguline-β. L’activité transcriptionnelle ainsi que l’expression des gènes cibles de ER en réponse à l’héréguline sont relevées avec l’expression de CXCR4 et partiellement récupérées avec l’addition de SDF-1. Ces résultats démontrent que le recrutement de CXCR4 à ErbB2 altère la signalisation médiée par ErbB2/ErbB3 ainsi que l’activité hormonale de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. Nous travaux ont permis d’identifier et de caractériser l’impact de la signalisation médiée par des récepteurs membranaires sur la réponse transcriptionnelle de ER dans des cellules cancéreuses mammaires. La signalisation membranaire est un facteur pouvant contribuer à la résistance aux thérapies endocriniennes et donc cibler les récepteurs impliqués s’avèrerait utile pour améliorer les traitements existants et mettre au point de nouvelles approches.