The peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) β/δ agonist GW501516 inhibits IL-6-induced signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) activation and insulin resistance in human liver cells.

AIM/HYPOTHESIS: IL-6 induces insulin resistance by activating signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) and upregulating the transcription of its target gene SOCS3. Here we examined whether the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)β/δ agonist GW501516 prevented activation of the IL-6-STAT3-suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) pathway and insulin resistance in human hepatic HepG2 cells. METHODS: Studies were conducted with human HepG2 cells and livers from mice null for Pparβ/δ (also known as Ppard) and wild-type mice. RESULTS: GW501516 prevented IL-6-dependent reduction in insulin-stimulated v-akt murine thymoma viral oncogene homologue 1 (AKT) phosphorylation and in IRS-1 and IRS-2 protein levels. In addition, treatment with this drug abolished IL-6-induced STAT3 phosphorylation of Tyr⁷⁰⁵ and Ser⁷²⁷ and prevented the increase in SOCS3 caused by this cytokine. Moreover, GW501516 prevented IL-6-dependent induction of extracellular-related kinase 1/2 (ERK1/2), a serine-threonine protein kinase involved in serine STAT3 phosphorylation; the livers of Pparβ/δ-null mice showed increased Tyr⁷⁰⁵- and Ser⁷²⁷-STAT3 as well as phospho-ERK1/2 levels. Furthermore, drug treatment prevented the IL-6-dependent reduction in phosphorylated AMP-activated protein kinase (AMPK), a kinase reported to inhibit STAT3 phosphorylation on Tyr⁷⁰⁵. In agreement with the recovery in phospho-AMPK levels observed following GW501516 treatment, this drug increased the AMP/ATP ratio and decreased the ATP/ADP ratio. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: Overall, our findings show that the PPARβ/δ activator GW501516 prevents IL-6-induced STAT3 activation by inhibiting ERK1/2 phosphorylation and preventing the reduction in phospho-AMPK levels. These effects of GW501516 may contribute to the prevention of cytokine-induced insulin resistance in hepatic cells.

Regulation of the transforming growth factor beta-responsive transcription factor CTF-1 by calcineurin and calcium/calmodulin-dependent protein kinase IV.

Transforming growth factor beta (TGF-beta) is a pluripotent peptide hormone that regulates various cellular activities, including growth, differentiation, and extracellular matrix protein gene expression. We previously showed that TGF-beta induces the transcriptional activation domain (TAD) of CTF-1, the prototypic member of the CTF/NF-I family of transcription factors. This induction correlates with the proposed role of CTF/NF-I binding sites in collagen gene induction by TGF-beta. However, the mechanisms of TGF-beta signal transduction remain poorly understood. Here, we analyzed the role of free calcium signaling in the induction of CTF-1 transcriptional activity by TGF-beta. We found that TGF-beta stimulates calcium influx and mediates an increase of the cytoplasmic calcium concentration in NIH3T3 cells. TGF-beta induction of CTF-1 is inhibited in cells pretreated with thapsigargin, which depletes the endoplasmic reticulum calcium stores, thus further arguing for the potential relevance of calcium mobilization in TGF-beta action. Consistent with this possibility, expression of a constitutively active form of the calcium/calmodulin-dependent phosphatase calcineurin or of the calcium/calmodulin-dependent kinase IV (DeltaCaMKIV) specifically induces the CTF-1 TAD and the endogenous mouse CTF/NF-I proteins. Both calcineurin- and DeltaCaMKIV-mediated induction require the previously identified TGF-beta-responsive domain of CTF-1. The immunosuppressants cyclosporin A and FK506 abolish calcineurin-mediated induction of CTF-1 activity. However, TGF-beta still induces the CTF-1 TAD in cells treated with these compounds or in cells overexpressing both calcineurin and DeltaCaMKIV, suggesting that other calcium-sensitive enzymes might mediate TGF-beta action. These results identify CTF/NF-I as a novel calcium signaling pathway-responsive transcription factor and further suggest multiple molecular mechanisms for the induction of CTF/NF-I transcriptional activity by growth factors.

Stage-specific integration of maternal and embryonic peroxisome proliferator-activated receptor delta signaling is critical to pregnancy success.

Successful pregnancy depends on well coordinated developmental events involving both maternal and embryonic components. Although a host of signaling pathways participate in implantation, decidualization, and placentation, whether there is a common molecular link that coordinates these processes remains unknown. By exploiting genetic, molecular, pharmacological, and physiological approaches, we show here that the nuclear transcription factor peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) delta plays a central role at various stages of pregnancy, whereas maternal PPARdelta is critical to implantation and decidualization, and embryonic PPARdelta is vital for placentation. Using trophoblast stem cells, we further elucidate that a reciprocal relationship between PPARdelta-AKT and leukemia inhibitory factor-STAT3 signaling pathways serves as a cell lineage sensor to direct trophoblast cell fates during placentation. This novel finding of stage-specific integration of maternal and embryonic PPARdelta signaling provides evidence that PPARdelta is a molecular link that coordinates implantation, decidualization, and placentation crucial to pregnancy success. This study is clinically relevant because deferral of on time implantation leads to spontaneous pregnancy loss, and defective trophoblast invasion is one cause of preeclampsia in humans.

GLUT8 subcellular localization and absence of translocation to the plasma membrane in PC12 cells and hippocampal neurons.

GLUT8 is a high-affinity glucose transporter present mostly in testes and a subset of brain neurons. At the cellular level, it is found in a poorly defined intracellular compartment in which it is retained by an N-terminal dileucine motif. Here we assessed GLUT8 colocalization with markers for different cellular compartments and searched for signals, which could trigger its cell surface expression. We showed that when expressed in PC12 cells, GLUT8 was located in a perinuclear compartment in which it showed partial colocalization with markers for the endoplasmic reticulum but not with markers for the trans-Golgi network, early endosomes, lysosomes, and synaptic-like vesicles. To evaluate its presence at the plasma membrane, we generated a recombinant adenovirus for the expression of GLUT8 containing an extracellular myc epitope. Cell surface expression was evaluated by immunofluorescence microscopy of transduced PC12 cells or primary hippocampal neurons exposed to different stimuli. Those included substances inducing depolarization, activation of protein kinase A and C, activation or inhibition of tyrosine kinase-linked signaling pathways, glucose deprivation, AMP-activated protein kinase stimulation, and osmotic shock. None of these stimuli-induced GLUT8 cell surface translocation. Furthermore, when GLUT8myc was cotransduced with a dominant-negative form of dynamin or GLUT8myc-expressing PC-12 cells or neurons were incubated with an anti-myc antibody, no evidence for constitutive recycling of the transporter through the cell surface could be obtained. Thus, in cells normally expressing it, GLUT8 was associated with a specific intracellular compartment in which it may play an as-yet-uncharacterized role.

Phosphorylation of phosphatidylinositol-3-kinase-protein kinase B and extracellular signal-regulated kinases 1/2 mediate reoxygenation-induced cardioprotection during hypoxia.

In vivo exposure to chronic hypoxia (CH) depresses myocardial performance and tolerance to ischemia, but daily reoxyenation during CH (CHR) confers cardioprotection. To elucidate the underlying mechanism, we tested the role of phosphatidylinositol-3-kinase-protein kinase B (Akt) and p42/p44 extracellular signal-regulated kinases (ERK1/2), which are known to be associated with protection against ischemia/reperfusion (I/R). Male Sprague-Dawley rats were maintained for two weeks under CH (10% O(2)) or CHR (as CH but with one-hour daily exposure to room air). Then, hearts were either frozen for biochemical analyses or Langendorff-perfused to determine performance (intraventricular balloon) and tolerance to 30-min global ischemia and 45-min reperfusion, assessed as recovery of performance after I/R and infarct size (tetrazolium staining). Additional hearts were perfused in the presence of 15 micromol/L LY-294002 (inhibitor of Akt), 10 micromol/L UO-126 (inhibitor of ERK1/2) or 10 micromol/L PD-98059 (less-specific inhibitor of ERK1/2) given 15 min before ischemia and throughout the first 20 min of reperfusion. Whereas total Akt and ERK1/2 were unaffected by CH and CHR in vivo, in CHR hearts the phosphorylation of both proteins was higher than in CH hearts. This was accompanied by better performance after I/R (heart rate x developed pressure), lower end-diastolic pressure and reduced infarct size. Whereas the treatment with LY-294002 decreased the phosphorylation of Akt only, the treatment with UO-126 decreased ERK1/2, and that with PD-98059 decreased both Akt and ERK1/2. In all cases, the cardioprotective effect led by CHR was lost. In conclusion, in vivo daily reoxygenation during CH enhances Akt and ERK1/2 signaling. This response was accompanied by a complex phenotype consisting in improved resistance to stress, better myocardial performance and lower infarct size after I/R. Selective inhibition of Akt and ERK1/2 phosphorylation abolishes the beneficial effects of the reoxygenation. Therefore, Akt and ERK1/2 have an important role to mediate cardioprotection by reoxygenation during CH in vivo.

Regulation of innate immunity by signaling pathways emerging from the endoplasmic reticulum.

The innate immune system has evolved the capacity to detect specific pathogens and to interrogate cell and tissue integrity in order to mount an appropriate immune response. Loss of homeostasis in the endoplasmic reticulum (ER) triggers the ER-stress response, a hallmark of many inflammatory and infectious diseases. The IRE1/XBP1 branch of the ER-stress signaling pathway has been recently shown to regulate and be regulated by innate immune signaling pathways in both the presence and absence of ER-stress. By contrast, innate immune pathways negatively affect the activation of two other branches of the ER-stress response as evidenced by reduced expression of the pro-apoptotic transcription factor CHOP. Here we will discuss how innate immune pathways and ER-signaling intersect to regulate the intensity and duration of innate immune responses.

Characterization of Tollip in the Interleulkin-1 Receptor/Toll Like Receptors signaling pathways

SUMMARY IL-1R and TLRs are key players in innate immunity and inflammation. Tollip was identified as a component of IL-1RI, TLR2 and TLR4 signaling complexes that activate NF-κB and MAP kinase pathways. Tollip was previously shown as a negative regulator of NF-κB and MAP Kinase activation. We have characterized the role of Tollip in IL-R/TLRs induced signaling by the analysis of the Tollip deficient mice. We showed that NF-κB and MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) signaling appeared normal in Tollip deficient cells following stimulation with IL-1β, lipopolysaccharide (LPS), and other TLR ligands. Also IL-1β and TLRs ligands induced activation of immune cells was indistinguishable from wild-type cells. Strikingly, in Tollip deficient mice the production of the inflammatory cytokines, IL-6 or TNF-α was significantly reduced relative to control mice after treatment with physiological doses of IL-1β or LPS, whereas no difference was observed at high doses of stimulation with LPS or in LPS induced septic shock. Therefore, Tollip could be critical for regulation of optimal responses to IL-1β and LPS, in addition to its role as negative regulator of the signaling. We also studied the role of Tollip as an endocytic adaptor for IL-1R endocytosis. We could show that Il-1R is ubiquitinated after IL-1β stimulation, and that Tollip's CUE domain binds IL-1RI in an ubiquitin-dependent manner. We followed IL-1R internalization and Tollip localization by confocal microscopy. Consistent with a role for Tollip in sorting of ubiquitinated IL-1RI, a significant amount of Tollip was also localized at the late endosomal compartment. We could show that Tollip is required for efficient lysosomal targeting of ubiquitinated IL-1R1, In the absence of Tollip or in Tollip deficient cells reconstituted with a Tollip mutant (defective in ubiquitin binding) IL-1RI accumulates in enlarged late endosomes. In addition, Tollip was shown to interact with, another endocytic adapter, Toml, and both interact with IL-1RI. In conclusion, we showed that Tollip is required for IL-1β and LPS signaling for cytokine production. In addition we showed and that Tollip has a role as an endocytic adapter, necessary for efficient trafficking and lysosomal degradation of IL-1RI. Resumé Le récepteur à l'interleukine-1 (IL-1R) et les récepteurs "Toll-like" (TLRs) sont des acteurs cruciaux de la réponse immunitaire innée et de l'inflammation. La proteine Tollip a été identifiée comme étant un élément des complexes de signalisation, induits par les récepteurs IL-1RI, TLR-2 et TLR-4, qui mènent à l'activation de la voie des MAP kinases et de NF-κB. Dans de précédentes études, il a été montré que Tollip pouvait inhiber ces deux voies de signalisation. Nous avons voulu caractériser plus précisément le rôle de Tollip dans l'activation des voies de signalisation mitées par IL-1R/TLRs en utilisant une lignée murine déficiente pour la protéine Tollip. Ainsi, en absence de Tollip, les cascades d'activation de NF-κB et MAPK (p38, JNK, or ERK1/2) ne semblent pas affectées après stimulation avec IL-1β, lipopolysaccharide (LPS) ou d' autres ligands des TLR. La réponse des cellules du système immunitaire induite par la stimulation avec IL-1β et les ligands des TLR est également comparable entre les souris sauvages et les souris deficientes pour Tollip. Par contre, dans cette lignée murine, la production de cytokines proinflammatoires IL-6 et TNFα induite par la stimulation à dose physiologique de IL-1β or LPS, est réduite. Cependant, lors de stimulation à plus hautes doses de LPS ou pendant un choc septique induit par de LPS, cette réduction n'est pas observée. Ces résultats montrent que Tollip pourrait avoir un rôle déterminant dans l'activation optimale en réponse à l' IL-1β et au LPS qui s'ajoute à sa fonction inhibitrice des mêmes voies de signalisation. Nous avons aussi étudié le rôle de Tollip comme molécule adaptatatrice du mécanisme endocytique d'internalisation de l' IL-1RI. Ainsi, l' IL-1R est ubiquitiné après stimulation par l' IL-1β , permettant à Tollip de se lier au récepteur. Cette interaction est réalisée entre le domaine CUE de Tollip et l'IL-1R via l'ubiquitine. L'internalisation et la localisation intracellulaire de l'IL-1RI et de Tollip ont été observés par microscopie confocale. En accord avec le rôle de Tollip dans le triage et la recirculation des IL-1R ubiquitiné, une quantité importante de Tollip été détectée dans l' endosome tardif. Nous avons pu démontrer que Tollip était nécessaire pour diriger efficacement ubiquitiné vers les lysosomes. Dans des cellules déficientes pour Tollip, ou reconstituées avec un mutant de Tollip (MF/AA) incapable de lier l'ubiquitine, IL-1RI s'accumule dans des vesicules anormales de l'endosome tardif. Dans ce travail, nous avons pu confirmer et préciser la fonction de la protéine Tollip dans l' activation de la production de cytokines induites par l' IL-1p and le LPS lors de l'inflammation et découvrir son rôle d'adaptateur dans l' internalisation et l'endocytose de l' IL-1RI.

Circadian clock orchestration of signaling pathways influences mouse metabolism

Circadian clocks, present in organisms leaving in a rhythmic environment, constitute the mechanisms allowing anticipation and adaptation of behavior and physiology in response to these environmental variations. As a consequence, most aspects of metabolism and behavior are under the control of this circadian clock. At a molecular level, in all the studied species, the rhythmic expression of the genes involved are generated by interconnected transcriptional and translational feedback loops. In mammals, the heterodimer composed of BMAL1 and its partners CLOCK or NPAS2 constitutes a transcriptional activator regulating transcription of Per and Cry genes. These genes encode for repressors of the activity of BMAL1:CLOCK or BMAL1: NPAS2 heterodimers, thus closing a negative feedback loop that generates rhythms of approximately 24 hours. The aim of my doctoral work consisted in the investigation of the role of circadian clock in the regulation of different aspects of mouse metabolism through the rhythmic activation of signaling pathways. First, we showed that one way how the circadian clock exerts its function as an oscillator is through the regulation of mRNA translation. Indeed, we present evidence showing that circadian clock influences the temporal translation of a subset of mRNAs involved in ribosome biogenesis by controlling the transcription of translation initiation factors as well as the clock-dependent rhythmic activation of signaling pathways involved in their regulation. Moreover, the circadian oscillator regulates the transcription of ribosomal protein mRNAs and ribosomal RNAs. Thus the circadian clock exerts a major role in coordinating transcription and translation steps underlying ribosome biogenesis. In the second part, we showed the involvement of the circadian clock in lipid metabolism. Indeed, the three PAR bZip transcription factors DBP, TEF and HLF, are regulated by the molecular clock and play key roles in the control of lipid metabolism. Here we present evidence concerning the circadian expression and activity of PPARα via the circadian transcription of genes involved in the release of fatty acids, natural ligands of PPARα. It leads to the rhythmic activation of PPARα itself which could then play its role in the transcription of genes encoding proteins involved in lipid, cholesterol and glucose metabolism. In addition, we considered the possible role of lipid transporters, here SCP2, in the modulation of circadian activation of signaling pathways such as TORC1, PPARα and SREBP, linked to metabolism, and its feedback on the circadian clock. In the last part of this work, we studied the effects of these circadian clock-orchestrated pathways in physiology, as clock disruptions have been shown to be linked to metabolic disorders. We performed in vivo experiments on genetically and high-fat induced obese mice devoid of functional circadian clock. The results obtained showed that clock disruption leads to impaired triglycerides and glucose homeostasis in addition to insulin secretion and sensitivity. -- Les rythmes circadiens, présents chez tout organisme vivant dans un environnement rythmique, constituent l'ensemble de mécanismes permettant des réponses comportementales et physiologiques anticipées et adaptées aux variations environnementales. De ce fait, la plupart des aspects liés au métabolisme et au comportement de ces organismes apparaissent être sous le contrôle de l'horloge circadienne contrôlant ces rythmes. Au niveau moléculaire, dans toutes les espèces étudiées, l'expression rythmique de gènes impliqués sont générés par l'interconnexion de boucles de contrôle transcriptionnelles et traductionnelles. Chez les mammifères, l'hétérodimère composé de BMAL1 et de ses partenaires CLOCK ou NPAS2 constitue un activateur transcriptionnel régulant la transcription des gènes Per et Cry. Ces gènes codent pour des répresseurs de l'activité des hétérodimères BMAL1:CLOCK ou BMAL1:NPAS2. Cela a pour effet de fermer la boucle négative, générant ainsi des rythmes d'environ 24 heures. Le but de mon travail de thèse a consisté en l'investigation du rôle de l'horloge circadienne dans la régulation de certains aspects du métabolisme chez la souris via la régulation de l'activation rythmique des voies de signalisation. Nous avons tout d'abord montré que l'horloge circadienne exerce sa fonction d'oscillateur notamment au niveau de la régulation de la traduction des ARNm. En effet, nous présentons des preuves montrant que l'horloge circadienne influence la traduction temporelle d'un groupe d'ARNm impliqués dans la biogénèse des ribosomes en contrôlant la transcription de facteurs d'initiation de la traduction ainsi que l'activation rythmique des voies de signalisation qui sont impliquées dans leur régulation. De plus, l'oscillateur circadien régule la transcription d'ARNm codant pour les protéines ribosomales et d'ARN ribosomaux. De cette façon, l'horloge circadienne exerce un rôle majeur dans la coordination des étapes de transcription et traduction permettant la biogénèse des ribosomes. Dans la deuxième partie, nous montrons les implications de l'horloge circadienne dans le métabolisme des lipides. En effet, DBP, TEF et HLF, trois facteurs de transcription de la famille des PAR bZip qui sont régulés par l'horloge circadienne, jouent un rôle clé dans le contrôle du métabolisme des lipides par l'horloge circadienne. Nous apportons ici des preuves concernant l'expression et l'activité rythmiques de PPARα via la transcription circadienne de gènes impliqués dans le relargage d'acides gras, ligands naturels de PPARα, conduisant à l'activation circadienne de PPARα lui-même, pouvant ainsi jouer son rôle de facteur de transcription de gènes codant pour des protéines impliquées dans le métabolisme des lipides, du cholestérol et du glucose. De plus, nous nous sommes penchés sur le rôle possible de transporteurs de lipides, ici SCP2, dans la modulation de l'activation circadienne de voies de signalisation, telles que TORC1, PPARα et SREBP, qui sont liées au métabolisme, ainsi que son impact sur l'horloge elle-même. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié les effets de l'activation de ces voies de signalisation régulées par l'horloge circadienne dans le contexte physiologique puisqu'il a été montré que la perturbation de l'horloge pouvait être associée à des désordres métaboliques. Pour ce faire, nous avons fait des expériences in vivo sur des souris déficientes pour l'horloge moléculaire pour lesquelles l'obésité est induite génétiquement ou induite par la nourriture riche en lipides. Les résultats que nous obtenons montrent des dérèglements au niveau de l'homéostasie des triglycérides et du glucose ainsi que sur l'expression et la réponse à l'insuline.

Role of Myotonic Dystrophy Protein Kinase [DMPK] in Glucose Homeostasis and Muscle Insulin Action

Myotonic dystrophy 1 (DM1) is caused by a CTG expansion in the 3′-unstranslated region of the DMPK gene, which encodes a serine/threonine protein kinase. One of the common clinical features of DM1 patients is insulin resistance, which has been associated with a pathogenic effect of the repeat expansions. Here we show that DMPK itself is a positive modulator of insulin action. DMPK-deficient (dmpk−/−) mice exhibit impaired insulin signaling in muscle tissues but not in adipocytes and liver, tissues in which DMPK is not expressed. Dmpk−/− mice display metabolic derangements such as abnormal glucose tolerance, reduced glucose uptake and impaired insulin-dependent GLUT4 trafficking in muscle. Using DMPK mutants, we show that DMPK is required for a correct intracellular trafficking of insulin and IGF-1 receptors, providing a mechanism to explain the molecular and metabolic phenotype of dmpk−/− mice. Taken together, these findings indicate that reduced DMPK expression may directly influence the onset of insulin-resistance in DM1 patients and point to dmpk as a new candidate gene for susceptibility to type 2-diabetes.

Role of Myotonic Dystrophy Protein Kinase [DMPK] in Glucose Homeostasis and Muscle Insulin Action

Myotonic dystrophy 1 (DM1) is caused by a CTG expansion in the 3′-unstranslated region of the DMPK gene, which encodes a serine/threonine protein kinase. One of the common clinical features of DM1 patients is insulin resistance, which has been associated with a pathogenic effect of the repeat expansions. Here we show that DMPK itself is a positive modulator of insulin action. DMPK-deficient (dmpk−/−) mice exhibit impaired insulin signaling in muscle tissues but not in adipocytes and liver, tissues in which DMPK is not expressed. Dmpk−/− mice display metabolic derangements such as abnormal glucose tolerance, reduced glucose uptake and impaired insulin-dependent GLUT4 trafficking in muscle. Using DMPK mutants, we show that DMPK is required for a correct intracellular trafficking of insulin and IGF-1 receptors, providing a mechanism to explain the molecular and metabolic phenotype of dmpk−/− mice. Taken together, these findings indicate that reduced DMPK expression may directly influence the onset of insulin-resistance in DM1 patients and point to dmpk as a new candidate gene for susceptibility to type 2-diabetes.

Cellular responses to stress and kinase signaling activation : apoptosis and differentiation

Stressignaler avkänns många gånger av membranbundna proteiner som översätter signalerna till kemisk modifiering av molekyler, ofta proteinkinaser Dessa kinaser överför de avkodade budskapen till specifika transkriptionsfaktorer genom en kaskad av sekventiella fosforyleringshändelser, transkriptionsfaktorerna aktiverar i sin tur de gener som behövs för att reagera på stressen. En av de mest kända måltavlorna för stressignaler är transkriptionsfaktor AP-1 familjemedlemen c-Jun. I denna studie har jag identifierat den nukleolära proteinet AATF som en ny regulator av c-Jun-medierad transkriptionsaktivitet. Jag visar att stresstimuli inducerar omlokalisering av AATF vilket i sin tur leder till aktivering av c-Jun. Den AATF-medierad ökningen av c-Jun-aktiviteten leder till en betydande ökning av programmerad celldöd. Parallellt har jag vidarekarakteriserat Cdk5/p35 signaleringskomplexet som tidigare har identifierats i vårt laboratorium som en viktig faktor för myoblastdifferentiering. Jag identifierade den atypiska PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5/p35-komplexet och visar att klyvning och aktivering av Cdk5 regulatorn p35 är av fysiologisk betydelse för differentieringsprocessen och beroende av PKCξ aktivitet. Jag visar att vid induktion av differentiering fosforylerar PKCξ p35 vilket leder till calpain-medierad klyvning av p35 och därmed ökning av Cdk5-aktiviteten. Denna avhandling ökar förståelsen för de regulatoriska mekanismer som styr c-Jun-transkriptionsaktiviteten och c-Jun beroende apoptos genom att identifiera AATF som en viktig faktor. Dessutom ger detta arbete nya insikter om funktionen av Cdk5/p35-komplexet under myoblastdifferentiering och identifierar PKCξ som en uppströms regulator av Cdk5 aktivitet och myoblast differentiering.

Proliferative signaling initiated in ACTH receptors

This article reviews recent results of studies aiming to elucidate modes of integrating signals initiated in ACTH receptors and FGF2 receptors, within the network system of signal transduction found in Y1 adrenocortical cells. These modes of signal integration should be central to the mechanisms underlying the regulation of the G0->G1->S transition in the adrenal cell cycle. FGF2 elicits a strong mitogenic response in G0/G1-arrested Y1 adrenocortical cells, that includes a) rapid and transient activation of extracellular signal-regulated kinases-mitogen-activated protein kinases (ERK-MAPK) (2 to 10 min), b) transcription activation of c-fos, c-jun and c-myc genes (10 to 30 min), c) induction of c-Fos and c-Myc proteins by 1 h and cyclin D1 protein by 5 h, and d) onset of DNA synthesis stimulation within 8 h. ACTH, itself a weak mitogen, interacts with FGF2 in a complex manner, blocking the FGF2 mitogenic response during the early and middle G1 phase, keeping ERK-MAPK activation and c-Fos and cyclin D1 induction at maximal levels, but post-transcriptionally inhibiting c-Myc expression. c-Fos and c-Jun proteins are mediators in both the strong and the weak mitogenic responses respectively triggered by FGF2 and ACTH. Induction of c-Fos and stimulation of DNA synthesis by ACTH are independent of PKA and are inhibited by the PKC inhibitor GF109203X. In addition, ACTH is a poor activator of ERK-MAPK, but c-Fos induction and DNA synthesis stimulation by ACTH are strongly inhibited by the inhibitor of MEK1 PD98059.

Reactive oxygen species and angiotensin II signaling in vascular cells: implications in cardiovascular disease

Diseases such as hypertension, atherosclerosis, hyperlipidemia, and diabetes are associated with vascular functional and structural changes including endothelial dysfunction, altered contractility and vascular remodeling. Cellular events underlying these processes involve changes in vascular smooth muscle cell (VSMC) growth, apoptosis/anoikis, cell migration, inflammation, and fibrosis. Many factors influence cellular changes, of which angiotensin II (Ang II) appears to be amongst the most important. The physiological and pathophysiological actions of Ang II are mediated primarily via the Ang II type 1 receptor. Growing evidence indicates that Ang II induces its pleiotropic vascular effects through NADPH-driven generation of reactive oxygen species (ROS). ROS function as important intracellular and intercellular second messengers to modulate many downstream signaling molecules, such as protein tyrosine phosphatases, protein tyrosine kinases, transcription factors, mitogen-activated protein kinases, and ion channels. Induction of these signaling cascades leads to VSMC growth and migration, regulation of endothelial function, expression of pro-inflammatory mediators, and modification of extracellular matrix. In addition, ROS increase intracellular free Ca2+ concentration ([Ca2+]i), a major determinant of vascular reactivity. ROS influence signaling molecules by altering the intracellular redox state and by oxidative modification of proteins. In physiological conditions, these events play an important role in maintaining vascular function and integrity. Under pathological conditions ROS contribute to vascular dysfunction and remodeling through oxidative damage. The present review focuses on the biology of ROS in Ang II signaling in vascular cells and discusses how oxidative stress contributes to vascular damage in cardiovascular disease.

Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète.

Étude des propriétés antidiabétiques de Nigella sativa : sites d’action cellulaires et moléculaires

Nigella sativa ou cumin noir est une plante et un condiment populaires. Les graines de N. sativa sont très utilisées en médecine traditionnelle des pays nord africains pour le traitement du diabète. Cependant, les mécanismes d'actions cellulaires et moléculaires via lesquels cette plante exerce son effet euglycémiant restent encore mal compris. Le but de notre étude est d'examiner l’effet de N. sativa sur la sécrétion d’insuline, le transport de glucose et sur les voies de signalisation impliquées dans l’homéostasie et le métabolisme de glucose, en utilisant des essais biologiques sur des cultures cellulaires murines (cellules β pancréatiques βTC, myoblastes C2C12, hépatocytes H4IIE et adipocytes 3T3-L1) et des études in vivo chez le rat normoglycémique et le Meriones shawi (rongeur) diabétique. Chez les cellules β pancréatiques, N. sativa a augmenté leur prolifération ainsi que la sécrétion basale et gluco-stimulée de l’insuline. N. sativa a augmenté aussi la prise de glucose de 50% chez les cellules musculaires alors que chez les cellules graisseuses, la prise de glucose est augmentée jusqu’au 400%. Les expériences d’immunobuvardage de type western ont montré que N. sativa stimule les voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERKs) et aussi celle insulino-indépendante (AMPK) chez les cellules C2C12. Par contre, chez les 3T3-L1, l’augmentation de transport de glucose est plutôt reliée à une activation de la voie de peroxisome proliferator activated receptor γ (PPARγ). Chez les hépatocytes, N. sativa augmente la stimulation des protéines intracellulaires Akt et 5' adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK). Cette activation de l’AMPK est associée à un effet découpleur de la plante au niveau de la phosphorylation oxydative mitochondriale. Par ailleurs, chez les Meriones shawi diabétiques, N. sativa diminue graduellement la glycémie à jeun ainsi que la réponse glycémique (AUC) à une charge orale en glucose (OGTT) pour atteindre des valeurs semblables aux animaux témoins après quatre semaines de traitement. Une amélioration du profile lipidique est observée autant chez les Meriones shawi diabétiques que chez les rats normaux. Au niveau moléculaire, N. sativa augmente le contenu musculaire en glucose transporter 4 Glut4 et la phosphorylation de l’acetyl-coenzyme A carboxylase ACC dans le muscle soléaire et le foie chez les Mériones shawi diabétiques. Par contre, chez le rat normal, on assiste à une stimulation des voies de signalisation de l’insuline (Akt et ERK) au niveau hépatique. En conclusion, nous avons confirmé l’action insulinotropique de N. sativa au niveau des cellules β pancréatiques et mis en évidence un effet proliférateur pouvant potentiellement s’avérer utile pour contrecarrer la perte de masse cellulaire observée chez les diabétiques. Notre étude a également mis en évidence pour la première fois que N. sativa exerce son activité antidiabétique par une combinaison d’effets insulino-mimétiques et insulino-sensibilisateurs directs permettant ainsi d’augmenter le transport de glucose des tissus périphériques. Cette action de N. sativa est liée à une stimulation des voies de signalisation intracellulaires insulinodépendantes et -indépendantes (AMPK) chez le muscle squelettique et le foie alors qu’elle passe par la voie des PPARγ au niveau du tissu adipeux. Finalement, l’étude in vivo vient confirmer l’effet antidiabétique de N. sativa. Notre apport novateur se situe au niveau de la démonstration que l’activité antidiabétique de N. sativa chez le Meriones shawi diabétique est la résultante des mêmes activités que celles déterminées au niveau de l’étude in vitro. En effet, N. sativa active la voie de l’AMPK, améliore la sensibilité à l’insuline et augmente l’insulinémie. Notre étude montre aussi que N. sativa possède une activité antilipidémiante. Ces résultats confirment le bien-fondé de l'utilisation ethnopharmacologique de N. sativa comme traitement du diabète et des perturbations du métabolisme lipidique qui y sont associées. De plus, les actions pléiotropiques de N. sativa en font un traitement alternatif ou complémentaire du diabète très prometteur qui encouragent à présent la tenue d’études cliniques de bonne qualité.