Genetics of ankylosing spondylitis and rheumatoid arthritis: Where are we at currently, and how do they compare?

Both ankylosing spondylitis (AS) and rheumatoid arthritis (RA) are common, highly heritable conditions, the pathogenesis of which are incompletely understood. Gene-mapping studies in both conditions have over the last couple of years made major breakthroughs in identifying the mechanisms by which these diseases occur. Considering RA, there is an over-representation of genes involved in TNF signalling and the NFκB pathway that have been shown to influence the disease risk. There is also considerable sharing of susceptibility genes between RA and other autoimmune diseases such as systemic lupus erythematosus, type 1 diabetes, autoimmune thyroid disease and celiac disease, with thus far little overlap with AS. In AS, genes involved in response to IL12/IL23, and in endoplasmic reticulum peptide presentation, have been identified, but a full genomewide association study has not yet been reported.

Breakthroughs in genetic studies of ankylosing spondylitis

Ankylosing spondylitis (AS), the prototypic seronegative arthropathy, is known to be highly heritable, with >90% of the risk of developing the disease determined genetically. As with most common heritable diseases, progress in identifying the genes involved using family-based or candidate gene approaches has been slow. The recent development of the genome-wide association study approach has revolutionized genetic studies of such diseases. Early studies in ankylosing spondylitis have produced two major breakthroughs in the identification of genes contributing roughly one third of the population attributable risk of the disease, and pointing directly to a potential therapy. These exciting findings highlight the potential of future more comprehensive genetic studies of determinants of disease risk and clinical manifestations, and are the biggest advance in our understanding of the causation of the disease since the discovery of the association with HLA-B27.

Implication de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans la perméabilité vasculaire induite par le VEGF

La perméabilité vasculaire est une caractéristique cruciale de l’angiogenèse. Les acteurs principaux sont les cellules endothéliales qui la régulent en réponse à divers facteurs perméabilisant, tels que le « Vascular Endothelial Growth Factor » (VEGF). Dans le contexte pathologique du cancer, les cellules tumorales produisent de grandes quantités de VEGF qui stimulent la perméabilité, ce qui leur permet d’infiltrer le réseau vasculaire. Il est connu que la tyrosine kinase Src contrôle cette modulation de la perméabilité. Puisque notre laboratoire a préalablement démontré que la phosphatase de type récepteur (PTP) DEP-1 est impliquée dans l’activation de Src en réponse au VEGF, nous avons émis l'hypothèse que DEP-1 pourrait aussi jouer un rôle dans la perméabilité des cellules endothéliales. Grâce à des expériences de transfections d’ARN interférant, nous démontrons que DEP-1 est important pour la régulation de la phosphorylation de la VE-Cadhérine, un médiateur critique de la perméabilité. L’impact de DEP-1 sur la dissociation de jonctions intercellulaires est également démontré par microscopie à immunofluorescence de cellules endothéliales. DEP-1 est également nécessaire à l’augmentation de la perméabilité induite par VEGF in vitro. Deux résidus tyrosine retrouvés dans la queue carboxy-terminale de DEP-1 sont essentiels à l’activation de Src en réponse au VEGF. Suite à la transfection d’un plasmide encodant DEP-1 muté pour ces deux résidus, nous démontrons aussi leur implication dans la régulation de la perméabilité in vitro par DEP-1. Ces travaux permettent ainsi d’approfondir nos connaissances sur un nouveau régulateur potentiel de la perméabilité vasculaire.

Rôles de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans l'angiogenèse, la perméabilité vasculaire et la progression tumorale

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale.

Cementum attachment protein/protein-tyrosine phosphotase-like member A is not expressed in teeth

Cementum is a highly specialized connective tissue that covers tooth roots. The only cementum-specific protein described to date is the cementum attachment protein (CAP). A putative sequence for CAP was established from a cDNA clone isolated from a human cementifying fibroma cDNA library. This sequence overlaps with a phosphatase-like protein in muscle termed the protein-tyrosine phosphatase-like member A (PTPLA). To clarify the nature of CAP/PTPLA, we cloned the homologous rat protein and determined its sequence. The rat protein shared 94% sequence identity with the human protein. On Northern blots containing RNA from various rat tissues of different developmental stages, the cDNA hybridized to an mRNA expressed in heart and skeletal muscle but not in teeth. These results were confirmed by real-time PCR. Thus, the sequence deposited in public databanks under the name 'cementum attachment protein' does not represent genuine CAP.

Microdomain-dependent Regulation of Lck and Fyn Protein-Tyrosine Kinases in T Lymphocyte Plasma Membranes

Src family protein-tyrosine kinases are implicated in signaling via glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchored receptors. Both kinds of molecules reside in opposite leaflets of the same sphingolipid-enriched microdomains in the lymphocyte plasma membrane without making direct contact. Under detergent-free conditions, we isolated a GPI-enriched plasma membrane fraction, also containing transmembrane proteins, selectively associated with sphingolipid microdomains. Nonionic detergents released the transmembrane proteins, yielding core sphingolipid microdomains, limited amounts of which could also be obtained by detergent-free subcellular fractionation. Protein-tyrosine kinase activity in membranes containing both GPI-anchored and transmembrane proteins was much lower than in core sphingolipid microdomains but was strongly reactivated by nonionic detergents. The inhibitory mechanism acting on Lck and Fyn kinases in these membranes was independent of the protein-tyrosine phosphatase CD45 and was characterized as a mixed, noncompetitive one. We propose that in lymphocyte plasma membranes, Lck and Fyn kinases exhibit optimal activity when juxtaposed to the GPI- and sphingolipid-enriched core microdomains but encounter inhibitory conditions in surrounding membrane areas that are rich in glycerophospholipids and contain additional transmembrane proteins.

Rôles de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans l'angiogenèse, la perméabilité vasculaire et la progression tumorale

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale.

The role of SRC family kinase activation in prostate cancer growth and lymph node metastasis

Aberrant expression and/or activation of Src Family of non-receptor protein tyrosine kinases (SFKs) occur frequently during progressive stages of multiple types of human malignancies, including prostate cancer. Two SFKs, Src and Lyn, are expressed and implicated in prostate cancer progression. Work in this dissertation investigated the specific roles of Src and Lyn in the prostate tumor progression, and the effects of SFK inhibition on prostate tumor growth and lymph node metastasis in pre-clinical mouse models. ^ Firstly, using a pharmacological inhibitor of SFKs in clinical trials, dasatinib, I demonstrated that SFK inhibition affects both cellular migration and proliferation in vitro. Systemic administration of dasatinib reduced primary tumor growth, as well as development of lymph node metastases, in both androgen-sensitive and -resistant orthotopic prostate cancer mouse models. Immunohistochemical analysis of the primary tumors revealed that dasatinib treatment decreased SFK phosphorylation but not expression, resulting in decreased cellular proliferation and increased apoptosis. For this analysis of immunohistochemical stained tissues, I developed a novel method of quantifying immunohistochemical stain intensity that greatly reduced the inherent bias in analyzing staining intensity. ^ To determine if Src and Lyn played overlapping or distinct roles in prostate cancer tumor growth and progression, Src expression alone was inhibited by small-interfering RNA. The resulting stable cell lines were decreased in migration, but not substantially affected in proliferation rates. In contrast, an analogous strategy targeting Lyn led to stable cell lines in which proliferation rates were significantly reduced. ^ Lastly, I tested the efficacy of a novel SFK inhibitor (KX2-391) targeting peptide substrate-binding domain, on prostate cancer growth and lymph node metastasis in vivo. I demonstrated that KX2-391 has similar effects as dasatinib, an ATP-competitive small molecular inhibitor, on both the primary tumor growth and development of lymph node metastasis in vivo, work that contributed to the first-in-man Phase I clinical trial of KX2-391. ^ In summary, studies in this dissertation provide the first demonstration that Src and Lyn activities affect different cellular functions required for prostate tumor growth and metastasis, and SFK inhibitors effectively reduce primary tumor growth and lymph node metastasis. Therefore, I conclude that SFKs are promising therapeutic targets for treatment of human prostate cancer. ^

C-reactive protein mediates CD11b expression in monocytes through the non-receptor tyrosine kinase, Syk, and calcium mobilization but not through cytosolic peroxides

Objective: C-Reactive protein (CRP) can modulate integrin surface expression on monocytes following Fcγ receptor engagement. We have investigated the signal transduction events causing this phenotypic alteration. Methods: CRP-induced signalling events were examined in THP-1 and primary monocytes, measuring Syk phosphorylation by Western blotting, intracellular Ca2+ ([Ca2+]i) by Indo-1 fluorescence and surface expression of CD11b by flow cytometry. Cytosolic peroxides were determined by DCF fluorescence. Results: CRP induced phosphorylation of Syk and an increase in [Ca2+]i both of which were inhibitable by the Syk specific antagonist, piceatannol. Piceatannol also inhibited the CRP-induced increase in surface CD11b. In addition, pre-treatment of primary monoytes with the Ca2+ mobiliser, thapsigargin, increased CD11b expression; this effect was accentuated in the presence of CRP but was abolished in the presence of the [Ca2+]i chelator, BAPTA. CRP also increased cytosolic peroxide levels; this effect was attenuated by antioxidants (ascorbate, α-tocopherol), expression of surface CD11b not being inhibited by antioxidants alone. Conclusion: CRP induces CD11b expression in monocytes through a peroxide independent pathway involving both Syk phosphorylation and [Ca2+]i release. © Birkhäuser Verlag, 2005.

The G-protein-coupled receptor phosphatase: a protein phosphatase type 2A with a distinct subcellular distribution and substrate specificity.

Phosphorylation of G-protein-coupled receptors plays an important role in regulating their function. In this study the G-protein-coupled receptor phosphatase (GRP) capable of dephosphorylating G-protein-coupled receptor kinase-phosphorylated receptors is described. The GRP activity of bovine brain is a latent oligomeric form of protein phosphatase type 2A (PP-2A) exclusively associated with the particulate fraction. GRP activity is observed only when assayed in the presence of protamine or when phosphatase-containing fractions are subjected to freeze/thaw treatment under reducing conditions. Consistent with its identification as a member of the PP-2A family, the GRP is potently inhibited by okadaic acid but not by I-2, the specific inhibitor of protein phosphatase type 1. Solubilization of the membrane-associated GRP followed by gel filtration in the absence of detergent yields a 150-kDa peak of latent receptor phosphatase activity. Western blot analysis of this phosphatase reveals a likely subunit composition of AB alpha C. PP-2A of this subunit composition has previously been characterized as a soluble enzyme, yet negligible soluble GRP activity was observed. The subcellular distribution and substrate specificity of the GRP suggests significant differences between it and previously characterized forms of PP-2A.

Leptin receptor 170 kDa (OB-R170) protein expression is reduced in obese human skeletal muscle: a potential mechanism of leptin resistance

[EN] To examine whether obesity-associated leptin resistance could be due to down-regulation of leptin receptors (OB-Rs) and/or up-regulation of suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) and protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) in skeletal muscle, which blunt janus kinase 2-dependent leptin signalling and signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) phosphorylation and reduce AMP-activated protein kinase (AMPK) and acetyl-coenzyme A carboxylase (ACC) phosphorylation. Deltoid and vastus lateralis muscle biopsies were obtained from 20 men: 10 non-obese control subjects (mean +/- s.d. age, 31 +/- 5 years; height, 184 +/- 9 cm; weight, 91 +/- 13 kg; and percentage body fat, 24.8 +/- 5.8%) and 10 obese (age, 30 +/- 7 years; height, 184 +/- 8 cm; weight, 115 +/- 8 kg; and percentage body fat, 34.9 +/- 5.1%). Skeletal muscle OB-R170 (OB-R long isoform) protein expression was 28 and 25% lower (both P < 0.05) in arm and leg muscles, respectively, of obese men compared with control subjects. In normal-weight subjects, SOCS3 protein expression, and STAT3, AMPKalpha and ACCbeta phosphorylation, were similar in the deltoid and vastus lateralis muscles. In obese subjects, the deltoid muscle had a greater amount of leptin receptors than the vastus lateralis, whilst SOCS3 protein expression was increased and basal STAT3, AMPKalpha and ACCbeta phosphorylation levels were reduced in the vastus lateralis compared with the deltoid muscle (all P < 0.05). In summary, skeletal muscle leptin receptors and leptin signalling are reduced in obesity, particularly in the leg muscles.

p56Lck and p59Fyn regulate CD28 binding to phosphatidylinositol 3-kinase, growth factor receptor-bound protein GRB-2, and T cell-specific protein-tyrosine kinase ITK: implications for T-cell costimulation.

T-cell activation requires cooperative signals generated by the T-cell antigen receptor zeta-chain complex (TCR zeta-CD3) and the costimulatory antigen CD28. CD28 interacts with three intracellular proteins-phosphatidylinositol 3-kinase (PI 3-kinase), T cell-specific protein-tyrosine kinase ITK (formerly TSK or EMT), and the complex between growth factor receptor-bound protein 2 and son of sevenless guanine nucleotide exchange protein (GRB-2-SOS). PI 3-kinase and GRB-2 bind to the CD28 phosphotyrosine-based Tyr-Met-Asn-Met motif by means of intrinsic Src-homology 2 (SH2) domains. The requirement for tyrosine phosphorylation of the Tyr-Met-Asn-Met motif for SH2 domain binding implicates an intervening protein-tyrosine kinase in the recruitment of PI 3-kinase and GRB-2 by CD28. Candidate kinases include p56Lck, p59Fyn, zeta-chain-associated 70-kDa protein (ZAP-70), and ITK. In this study, we demonstrate in coexpression studies that p56Lck and p59Fyn phosphorylate CD28 primarily at Tyr-191 of the Tyr-Met-Asn-Met motif, inducing a 3- to 8-fold increase in p85 (subunit of PI 3-kinase) and GRB-2 SH2 binding to CD28. Phosphatase digestion of CD28 eliminated binding. In contrast to Src kinases, ZAP-70 and ITK failed to induce these events. Further, ITK binding to CD28 was dependent on the presence of p56Lck and is thus likely to act downstream of p56Lck/p59Fyn in a signaling cascade. p56Lck is therefore likely to be a central switch in T-cell activation, with the dual function of regulating CD28-mediated costimulation as well as TCR-CD3-CD4 signaling.

High-resolution loss of heterozygosity screening implicates PTPRJ as a potential tumor suppressor gene that affects susceptibility to non-Hodgkin's Lymphoma

We employed a Hidden-Markov-Model (HMM) algorithm in loss of heterozygosity (LOH) analysis of high-density single nucleotide polymorphism (SNP) array data from Non-Hodgkin’s lymphoma (NHL) entities, follicular lymphoma (FL), and diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL). This revealed a high frequency of LOH over the chromosomal region 11p11.2, containing the gene encoding the protein tyrosine phosphatase receptor type J (PTPRJ). Although PTPRJ regulates components of key survival pathways in B-cells (i.e., BCR, MAPK, and PI3K signaling), its role in B-cell development is poorly understood. LOH of PTPRJ has been described in several types of cancer but not in any hematological malignancy. Interestingly, FL cases with LOH exhibited down-regulation of PTPRJ, in contrast no significant variation of expression was shown in DLBCLs. In addition, sequence screening in Exons 5 and 13 of PTPRJ identified the G973A (rs2270993), T1054C (rs2270992), A1182C (rs1566734), and G2971C (rs4752904) coding SNPs (cSNPs). The A1182 allele was significantly more frequent in FLs and in NHLs with LOH. Significant over-representation of the C1054 (rs2270992) and the C2971 (rs4752904) alleles were also observed in LOH cases. A haplotype analysis also revealed a significant lower frequency of haplotype GTCG in NHL cases, but it was only detected in cases with retention. Conversely, haplotype GCAC was over-representated in cases with LOH. Altogether, these results indicate that the inactivation of PTPRJ may be a common lymphomagenic mechanism in these NHL subtypes and that haplotypes in PTPRJ gene may play a role in susceptibility to NHL, by affecting activation of PTPRJ in these B-cell lymphomas.