Regulation of c-SRC activity and function by the adapter protein CAS

SRC family kinases play essential roles in a variety of cellular functions, including proliferation, survival, differentiation, and apoptosis. The activities of these kinases are regulated by intramolecular interactions and by heterologous binding partners that modulate the transition between active and inactive structural conformations. p130(CAS) (CAS) binds directly to both the SH2 and SH3 domains of c-SRC and therefore has the potential to structurally alter and activate this kinase. In this report, we demonstrate that overexpression of full-length CAS in COS-1 cells induces c-SRC-dependent tyrosine phosphorylation of multiple endogenous cellular proteins. A carboxy-terminal fragment of CAS (CAS-CT), which contains the c-SRC binding site, was sufficient to induce c-SRC-dependent protein tyrosine kinase activity, as measured by tyrosine phosphorylation of cortactin, paxillin, and, to a lesser extent, focal adhesion kinase. A single amino acid substitution located in the binding site for the SRC SH3 domain of CAS-CT disrupted CAS-CT's interaction with c-SRC and inhibited its ability to induce tyrosine phosphorylation of cortactin and paxillin. Murine C3H10T1/2 fibroblasts that expressed elevated levels of tyrosine phosphorylated CAS and c-SRC-CAS complexes exhibited an enhanced ability to form colonies in soft agar and to proliferate in the absence of serum or growth factors. CAS-CT fully substituted for CAS in mediating growth in soft agar but was less effective in promoting serum-independent growth. These data suggest that CAS plays an important role in regulating specific signaling pathways governing cell growth and/or survival, in part through its ability to interact with and modulate the activity of c-SRC.

The identification of p130cas-binding proteins and their role in cellular transformation

Adaptor proteins play an important role in signal transduction by regulating the establishment and maintenance of functionally important protein complexes. A recently described member of this group of proteins is p130cas (CAS), which contains numerous sequence motifs predicted to be involved in mediating protein-protein interactions. We propose that adaptor molecules like CAS may help determine the response of a cell to a particular signal by interacting with specific subsets of cellular proteins. To test this hypothesis, we have identified potential binding partners of CAS that may play a rote in cellular transformation by the oncoproteins v-SRC and/or v-CRK. We show that individual domains of CAS associate with specific subsets of proteins in vitro, and that many of these interactions are dependent on the state of tyrosine-phosphorylation of CAS. Sequences necessary for interacting with the focal adhesion kinase pp125FAK (FAK), v-SRC and v-CRK have been mapped to distinct regions of CAS. In addition, the identification of a number of putative CAS-binding partners that are present in crk-transformed cell extracts but undetectable in normal and src-transformed cell extracts supports a model in which unique protein complexes are formed in response to different signals.

p63 drives invasion in keratinocytes expressing HPV16 E6/E7 genes through regulation of Src-FAK signalling

Using microarray information from oro-pharyngeal data sets and results from primary human foreskin keratinocytes (HFK) expressing Human Papilloma Virus (HPV)-16 E6/E7 proteins, we show that p63 expression regulates signalling molecules which initiate cell migration such as Src and focal adhesion kinase (FAK) and induce invasion in 3D-organotypic rafts; a phenotype that can be reversed by depletion of p63. Knockdown of Src or FAK in the invasive cells restored focal adhesion protein paxillin at cell periphery and impaired the cell migration. In addition, specific inhibition of FAK (PF573228) or Src (dasatinib) activities mitigated invasion and attenuated the expression/activity of matrix metalloproteinase 14 (MMP14), a pivotal MMP in the MMP activation cascade. Expression of constitutively active Src in non-invasive HFK expressing E6/E7 proteins upregulated the activity of c-Jun and MMP14, and induced invasion in rafts. Depletion of Src, FAK or AKT in the invasive cells normalised the expression/activity of c-Jun and MMP14, thus implicating the Src-FAK/AKT/AP-1 signalling in MMP14-mediated extra-cellular matrix remodelling. Up-regulation of Src, AP-1, MMP14 and p63 expression was confirmed in oro-pharyngeal cancer. Since p63 transcriptionally regulated expression of many of the genes in this signalling pathway, it suggests that it has a central role in cancer progression.

Lien entre l'hémostase et le développement néoplasique : rôle spécifique du facteur tissulaire et de l'inhibiteur du facteur tissulaire

Il est reconnu, depuis une centaine d’années, que des désordres de la coagulation, regroupés sous le terme de coagulopathies, sont souvent associés au développement néoplasique. Pendant de nombreuses années, ces coagulopathies furent souvent reconnues comme une simple conséquence du développement du cancer. D’ailleurs, pour les cliniciens, l’apparition de ces anomalies sanguines constitue souvent le premier signe clinique d’un cancer occulte. Toutefois, l’étude approfondie du lien existant entre le système hémostatique et le cancer indique que différents facteurs hémostatiques vont interagir avec soit l’environnement tumoral ou soit la tumeur elle-même et influencer le développement du cancer. Au cours de nos travaux, nous avons porté une attention particulière à deux protéines jouant un rôle primordial dans l’hémostase. Le facteur tissulaire (TF) et l’inhibiteur du facteur tissulaire (TFPI) peuvent jouer des rôles pro- ou anti-néoplasique, et ce indépendamment de leurs fonctions hémostatiques normales. Dans le premier volet de cette thèse, nous avons étudié les propriétés antiangiogéniques de TFPI. L’angiogenèse, soit la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir du réseau pré-existant, est reconnue comme étant une étape clée du développement tumoral. D’après nos travaux, le TFPI peut inhiber la formation de structures de type capillaire des cellules endothéliales (CEs) de la veine ombilicale humaine (HUVEC), et ce à une IC 50 de 5 nM, soit la concentration physiologique de l’inhibiteur. De plus, le TFPI bloque la migration des cellules endothéliales lorsque ces dernières sont stimulées par la sphingosine-1-phosphate (S1P), une molécule relâchée lors de l’activation des plaquettes sanguines. Cette inhibition de la migration cellulaire s’explique par l’effet du TFPI sur l’adhésion des CEs. En effet, TFPI inhibe la phosphorylation de deux protéines clées participant à la formation des complexes d’adhésion focales soit FAK (focal adhesion kinase) et PAX (paxilin). L’inhibition de ces deux protéines suggère qu’il y ait une réorganisation des complexes focaux, pouvant expliquer la perte d’adhérence. Finalement, des études de microscopie confocale démontrent que les cellules traitées au TFPI changent de morphologie au niveau du cytosquelette d’actine provoquant une désorganisation des structures migratoires (pseudopodes). Les effets du TFPI au niveau de la migration, de l’adhésion et de la morphologie cellulaire sont strictement spécifiques aux cellules endothéliales humaines, puisque aucun n’effet n’est observé en traitant des cellules cancéreuses de glioblastomes (GB) humains, qui sont normalement des tumeurs hautement vascularisées. En résumé, cette première étude démontre que le TFPI est un inhibiteur de l’angiogenèse. Dans le second volet de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux différents rôles de TF, le principal activateur de la coagulation. Cette protéine est également impliquée dans le développement néoplasique et notamment celui des médulloblastomes (MB) chez l’enfant via des fonctions hémostatiques et non-hémostatiques. Nos travaux démontrent que l’expression de TF est induite par la voie de signalisation de HGF (hepatocyte growth factor) et de son récepteur Met. Cet effet de HGF/Met semble spécifique aux MB puisque HGF ne peut stimuler l’expression de TF au niveau des cellules cancéreuses de glioblastomes. TF, exprimé à la surface des cellules médulloblastiques (DAOY), est responsable de l’activité pro-thrombogénique de ces cellules, ainsi qu’un acteur important de la migration de ces cellules en réponse au facteur VIIa (FVIIa). De plus, en étudiant 18 spécimens cliniques de MB, nous avons établi un lien entre l’intensité d’expression de TF et de Met. L’importance de cette corrélation est également suggérée par l’observation que les cellules exprimant les plus forts taux de TF et de Met sont également les plus agressives en termes d’index de prolifération et de dissémination métastatiques. En résumé, ces travaux représentent le point de départ pour la mise au point de TF comme un marqueur diagnostique clinique dans les cas de tumeurs du cerveau pédiatriques. De plus, l’élucidation de la voie de signalisation moléculaire responsable de l’expression de TF permet de mieux comprendre la biologie et le fonctionnement de ces tumeurs et de relier le profil d’expression de TF aux phénotypes agressifs de la maladie. Il est reconnu que HGF peut également jouer un rôle protecteur contre l’apoptose. Dans le troisième volet de cette thèse, nous avons remarqué que cette protection est corrélée à l’expression de TF. En réduisant à néant l’expression de TF à l’aide de la technologie des ARN silencieux (siRNA), nous démontrons que HGF ne protège plus les cellules contre l’apoptose. Donc, TF médie l’activité anti-apoptotique de HGF. TF assume cette protection en inactivant la phosphorylation de p53 sur la sérine 15, empêchant ainsi la translocation de p53 au noyau. Finalement, l’expression de TF et son interaction avec le FVIIa, au niveau des cellules médulloblastiques favorise la survie de ces dernières et ce même si elles sont soumises à de fortes concentrations de médicaments couramment utilisées en cliniques. Ce troisième et dernier volet démontre l’implication de TF en tant que facteur impliqué dans la survie des cellules cancéreuses, favorisant ainsi le développement de la tumeur. Dans son ensemble, cette thèse vise à démontrer que les facteurs impliqués normalement dans des fonctions hémostatiques (TFPI et TF) peuvent contribuer à réguler le développement tumoral. Tout système physiologique et pathologique est dépendant d’un équilibre entre activateur et inhibiteur et la participation de TF et de TFPI à la régulation du développement néoplasique illustre bien cette balance délicate. Par sa contribution anti- ou pro-néoplasique le système hémostatique constitue beaucoup plus qu’une simple conséquence du cancer; il fait partie par l’action de TF des stratégies élaborées par les cellules cancéreuses pour assurer leur croissance, leur déplacement et leur survie, alors que TFPI tente de limiter la croissance tumorale en diminuant la vascularisation.

Étude du rôle de l’auto-antigène nucléaire centromérique B (CENP-B) et des auto-anticorps anti-CENP-B dans l’activation des cellules musculaires lisses vasculaires : implication potentielle dans la pathophysiologie de la sclérose systémique

La sclérose systémique (ScS) est une maladie auto-immune dont l’un des principaux auto-anticorps, dirigé contre la protéine centromérique B (CENP-B), est fortement associé à l’hypertension artérielle pulmonaire, l’une des causes majeures de décès dû à la ScS. L’hypertension résulte de l’occlusion progressive des vaisseaux suite à une hyperactivation des cellules musculaires lisses (CML) de la paroi vasculaire. Cependant, les facteurs responsables de ce remodelage vasculaire restent inconnus. Plusieurs études récentes ont démontré que certains auto-antigènes possèdent des fonctions biologiques additionnelles lorsqu'ils se retrouvent dans le milieu extracellulaire. En effet, une fois libérés par nécrose ou apoptose, ces auto-antigènes adoptent une activité biologique qui s'apparente à celles des cytokines et peuvent ainsi participer aux processus normaux de réparation de blessure et/ou acquérir une activité pathogène qui contribue au développement de certaines maladies auto-immunes. Nos résultats suggèrent que la CENP-B peut être ajoutée à cette liste de molécules bifonctionnelles. À l'aide des techniques d'immunofluorescence, d'ELISA cellulaire et de cytométrie en flux, nous avons démontré que la CENP-B se liait spécifiquement à la surface des CML vasculaire de l’artère pulmonaire avec une plus grande affinité pour le phénotype contractile que synthétique. Cette liaison provoquait la migration des cellules ainsi que la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires telles que l’interleukine 6 et 8. Les mécanismes par lesquels la protéine exerçait ces effets impliquaient la phosphorylation de FAK et Src ainsi que la voie des MAP kinases, avec ERK1/2 et p38. Des études de signalisation intracellulaire effectuées à l’aide de plusieurs inhibiteurs spécifiques ainsi que des études de désensibilisation nous ont permis d’identifier le récepteur de la CENP-B en plus d’identifier les mécanismes complets de sa signalisation membranaire. Nous avons démontré que la CENP-B se liait de manière spécifique aux CML vasculaire via le récepteur de chémokine 3 (CCR3) pour ensuite transactiver le récepteur EGF, selon un mécanisme métalloprotéase-dépendant qui implique le relargage du HB-EGF. Cette transactivation est un processus important dans l’activation de la voie des MAP kinases ainsi que dans la sécrétion d’IL-8 induite par la CENP-B. Finalement, nous avons démontré que les auto-anticorps anti-CENP-B pouvaient abolir cette cascade de signalisation, empêchant ainsi la CENP-B d’exercer son rôle de cytokine. L’identification de la CENP-B comme ligand du CCR3 ouvre donc plusieurs perspectives quant à l’étude du rôle pathogène des auto-anticorps anti-CENP-B dans la ScS.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

RECK-Mediated Inhibition of Glioma Migration and Invasion

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

TNF alpha contributes for attenuating both Y(397)FAK and Y(416)Src phosphorylations in osteoblasts

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

FERM domain interaction with myosin negatively regulates FAK in cardiomyocyte hypertrophy

Focal adhesion kinase (FAK) regulates cellular processes that affect several aspects of development and disease. The FAK N-terminal FERM (4.1 protein-ezrin-radixin-moesin homology) domain, a compact clover-leaf structure, binds partner proteins and mediates intramolecular regulatory interactions. Combined chemical cross-linking coupled to MS, small-angle X-ray scattering, computational docking and mutational analyses showed that the FAK FERM domain has a molecular cleft (similar to 998 angstrom(2)) that interacts with sarcomeric myosin, resulting in FAK inhibition. Accordingly, mutations in a unique short amino acid sequence of the FERM myosin cleft, FP-1, impaired the interaction with myosin and enhanced FAK activity in cardiomyocytes. An FP-1 decoy peptide selectively inhibited myosin interaction and increased FAK activity, promoting cardiomyocyte hypertrophy through activation of the AKT-mammalian target of rapamycin pathway. Our findings uncover an inhibitory interaction between the FAK FERM domain and sarcomeric myosin that presents potential opportunities to modulate the cardiac hypertrophic response through changes in FAK activity.

Untersuchungen des Keratinfilament-Turnovers in lebenden Zellen

Das Zytoskelett eukaryotischer Zellen besteht aus drei verschiedenen Protein-Netzwerken: den Aktinfilamenten, Mikrotubuli und Intermediärfilamenten. Intermediärfilamente wurden ursprünglich als statische Strukturen angesehen, die die mechanische Stabilisierung der Zellen übernehmen. In den letzten Jahren hat sich dieses Bild jedoch geändert: Intermediärfilament-Netzwerke sind hochdynamisch und unterliegen kontinuierlichen Veränderungen, welche durch Phosphorylierungen reguliert werden. Sie interagieren mit anderen Zytoskelett-Proteinen und greifen in die Regulation von Schlüsselsignalwegen, die Zellwachstum und Zellteilung sowie Apoptose und Stressantwort bestimmen, ein. Die Mechanismen der Filamentplastizität konnten bisher jedoch nicht vollständig aufgeklärt werden. So ist beispielsweise unklar, wo Auf- und Abbau der Filamente stattfindet und welche Faktoren an der Netzwerkmodulation beteiligt sind. Ziel meiner Arbeit war es, einen Beitrag zur Aufklärung dieser Mechanismen am Beispiel der epithelialen Keratin-Intermediärfilamente zu leisten. Mit Hilfe von mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen von fluoreszenzmarkierten Zellklonen wurden Nukleationszentren in der Zellperipherie identifiziert, in denen Keratinfilamentvorläufer gebildet werden. Es handelt sich dabei um fokale Adhäsionskomplexe, die als Anheftungsstellen zwischen der extrazellulären Matrix und dem intrazellulären Aktinfilament-System dienen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Filamentvorläufer-Entstehung für alle untersuchten Keratinisoformen gültig ist und in epitelialen als auch nicht-epithelialen Zelltypen abläuft. Knock-Down der Adhäsionskomponente Talin verhinderte die Keratinfilamentbildung. Modulation der fokalen Adhäsionskinase, die den Auf- und Abbau der Adhäsionskomplexe koordiniert, beeinflusste ebenso die Bildung der Keratinfilamentnetzwerke. Es konnte weiterhin beobachtet werden, dass die N-terminalen Isoformen IE und IF des Zytolinkers Plectin in fokalen Adhäsionen lokalisieren und damit möglicherweise an der Vernetzung von Keratinfilamentvorläufern, Zelladhäsionen und Aktinfilamenten beteiligt sind. Letztlich stellte sich heraus, dass die Bildung der Keratinfilamentvorläufer unabhängig von Proteintranslation ist. In den mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen wurde im Anschluss an die Keratinfilamentbildung ein kontinuierlicher zentripetaler Transport der wachsenden Vorläuferpartikel beobachtet. An Hand von pharmakologischen Experimenten konnte gezeigt werden, dass dieser Transport Aktinfilament-abhängig ist. Zeitgleich kommt es zu Partikelfusion und Integration in das periphere Netzwerk, das sich weiterhin in Richtung auf das Zellzentrum bewegt. Mit Hilfe von Photoaktivierungsversuchen und Zellfusionsexperimenten konnte die Hypothese bestätigt werden, dass der Abbau der einwandernden Keratinfilamente in lösliche, rasch diffusible Zwischenstufen den kontinuierlichen peripheren Neuaufbau ermöglicht. Aus den Beobachtungen und bereits bekannten Ergebnissen wurde ein Modell des Keratin-Zyklus entwickelt, das die folgenden Stadien umfasst: Nukleation von Keratinfilamentvorläufern an fokalen Adhäsionen in der Zellperipherie, Elongation und Fusion der Keratinfilamentvorläufer bei zeitgleichem Aktinfilament-abhängigem zentripetalen Transport, Integration der Keratinfilamentvorläufer in das periphere Netzwerk, Bündelung der Filamente, Filamentabbau in lösliche Untereinheiten und Neubeginn des Zyklus in der Zellperipherie. Eine Störung dieses Zyklus liegt bei mutierten Keratinen vor, welche die Ursache von Blasen-bildenden Hauterkrankungen sind. In der vorliegenden Arbeit wurde am Beispiel von Keratin 6a-Mutanten, welche die Hauterkrankung Pachyonychia congenita verursachen, gezeigt, dass bei diesen Keratinen die Nukleation zwar im Bereich der Adhäsionskomplexe regelrecht abläuft, die anschließende Elongation und Netzwerkbildung aber gestört ist, so dass statt dessen kurzlebige, hyperphosphorylierte Granula entstehen. Der resultierende frustrane Keratin-Zyklus in der Zellperipherie ist stark beschleunigt und kann durch p38-Inhibierung gestoppt werden. Bei Proteasomeninhibierung wird der Zyklus in Richtung der Granulabildung verschoben. In dieser Arbeit wird erstmals das Keratin-Tretmühlen-Modell vorgestellt, das den regulierbaren Auf- und Abbau-Zyklus des Keratinnetzwerks beschreibt. Damit liegen testbare Hypothesen für die Aufklärung der Keratinfilament-Plastizität in physiologischen und pathologischen Situationen vor, die nach unseren ersten Ergebnissen auch von Relevanz für andere Intermediärfilamenttypen sind.

The Src inhibitor AZD0530 blocks invasion and may act as a radiosensitizer in lung cancer cells

BACKGROUND: With the emergence of Src inhibitors in clinical trials, improved knowledge of the molecular responses of cancer cells to these agents is warranted. This will facilitate the development of tests to identify patients who may benefit from these agents, allow drug activity to be monitored and rationalize the combination of these agents with other treatment modalities. METHODS: This study evaluated the molecular and functional effects of Src inhibitor AZD0530 in human lung cancer cells, by Western blotting and reverse transcription-polymerase chain reaction, and by assays for cell viability, migration, and invasion. RESULTS: Src was activated in four of five cell lines tested and the level corresponded with the invasive potential and the histologic subtype. Clinically relevant, submicromolar concentrations of AZD0530 blocked Src and focal adhesion kinase, resulting in significant inhibition of cell migration and Matrigel invasion. Reactivation of STAT3 and up-regulation of JAK indicated a potential mechanism of resistance. AZD0530 gave a potent and sustained blockage of AKT and enhanced the sensitivity to irradiation. CONCLUSIONS: The results indicated that AZD0530, aside from being a potent inhibitor of tumor cell invasion which could translate to inhibition of disease progression in the clinic, may also lower resistance of lung cancer cells to pro-apoptotic signals.

Beta1 integrin deficiency results in multiple abnormalities of the knee joint

The lack of beta1 integrins on chondrocytes leads to severe chondrodysplasia associated with high mortality rate around birth. To assess the impact of beta1 integrin-mediated cell-matrix interactions on the function of adult knee joints, we conditionally deleted the beta1 integrin gene in early limb mesenchyme using the Prx1-cre transgene. Mutant mice developed short limbed dwarfism and had joint defects due to beta1 integrin deficiency in articular regions. The articular cartilage (AC) was structurally disorganized, accompanied by accelerated terminal differentiation, altered shape, and disrupted actin cytoskeleton of the chondrocytes. Defects in chondrocyte proliferation, cytokinesis, and survival resulted in hypocellularity. However, no significant differences in cartilage erosion, in the expression of matrix-degrading proteases, or in the exposure of aggrecan and collagen II cleavage neoepitopes were observed between control and mutant AC. We found no evidence for disturbed activation of MAPKs (ERK1/2, p38, and JNK) in vivo. Furthermore, fibronectin fragment-stimulated ERK activation and MMP-13 expression were indistinguishable in control and mutant femoral head explants. The mutant synovium was hyperplastic and frequently underwent chondrogenic differentiation. beta1-null synoviocytes showed increased proliferation and phospho-focal adhesion kinase expression. Taken together, deletion of beta1 integrins in the limb bud results in multiple abnormalities of the knee joints; however, it does not accelerate AC destruction, perturb cartilage metabolism, or influence intracellular MAPK signaling pathways.

Smooth Muscle Hyperplasia due to ACTA2/MYH11 Mutations: Identification of Novel Pathology and Pathways Leading to Aneurysms and Diverse Vascular Occlusive Diseases

Missense mutations in smooth muscle cell (SMC) specific ACTA2 (á-actin) and MYH11 (â-myosin heavy chain) cause diffuse and diverse vascular diseases, including thoracic aortic aneurysms and dissections (TAAD) and early onset coronary artery disease and stroke. The mechanism by which these mutations lead to dilatation of some arteries but occlusion of others is unknown. We hypothesized that the mutations act through two distinct mechanisms to cause varied vascular diseases: a loss of function, leading to decreased SMC contraction and aneurysms, and a gain of function, leading to increased SMC proliferation and occlusive disease. To test this hypothesis, ACTA2 mutant SMCs and myofibroblasts were assessed and found to not form á-actin filaments whereas control cells did, suggesting a dominant negative effect of ACTA2 mutations on filament formation. A loss of á-actin filaments would be predicted to cause decreased SMC contractility. Histological examination of vascular tissues from patients revealed SMC hyperplasia leading to arterial stenosis and occlusion, supporting a gain of function associated with the mutant gene. Furthermore, ACTA2 mutant SMCs and myofibroblasts proliferated more rapidly in static culture than control cells (p<0.05). We also determined that Acta2-/- mice have ascending aortic aneurysms. Histological examination revealed aortic medial SMC hyperplasia, but minimal features of medial degeneration. Acta2-/- SMCs proliferated more rapidly in culture than wildtype (p<0.05), and microarray analysis of Acta2-/- SMCs revealed increased expression of Actg2, 15 collagen genes, and multiple focal adhesion genes. Acta2-/- SMCs showed altered localization of vinculin and zyxin and increased phosphorylated focal adhesion kinase (FAK) in focal adhesions. A specific FAK inhibitor decreased Acta2-/- SMC proliferation to levels equal to wildtype SMCs (p<0.05), suggesting that FAK activation leads to the increased proliferation. We have described a unique pathology associated with ACTA2 and MYH11 mutations, as well as an aneurysm phenotype in Acta2-/- mice. Additionally, we identified a novel pathogenic pathway for vascular occlusive disease due to loss of SMC contractile filaments, alterations in focal adhesions, and activation of FAK signaling in SMCs with ACTA2 mutations.

EphB1-mediated cell migration requires the phosphorylation of paxillin at Tyr-31/Tyr-118.

Interactions between Eph receptors and their membrane-bound ligands (ephrins) are of critical importance for key developmental processes such as boundary formation or vascular development. Their downstream signaling pathways are intricate and heterogeneous at several levels, the combined effect being a highly complex and flexible system. Here we demonstrate that activated EphB1 induces tyrosine phosphorylation of the focal adhesion protein paxillin at Tyr-31 and Tyr-118 and is recruited to paxillin-focal adhesion kinase (FAK) complexes. Pretreatment with the specific Src inhibitor PP2, or expression of dominant-negative, kinase-dead c-Src abrogates EphB1-induced tyrosine phosphorylation of paxillin. Cells transfected with the paxillin mutant Y31F/Y118F displayed a reduced migration in response to ephrin B2 stimulation. Furthermore, expression of an LD4 deletion mutant (paxillin DeltaLD4) significantly reduces EphB1-paxillin association, paxillin tyrosine phosphorylation, as well as EphB1-dependent cell migration. Finally, mutation of the Nck-binding site of EphB1 (Y594F) interrupts the interaction between Nck, paxillin, and EphB1. These data suggest a model in which ligand-activated EphB1 forms a signaling complex with Nck, paxillin, and focal adhesion kinase and induces tyrosine phosphorylation of paxillin in a c-Src-dependent manner to promote cell migration.

Temporal analysis of PI-3kinase and MAPK signal transduction during skeletal muscle overload

Skeletal muscles can adapt to increased mechanical forces (or loading) by increasing the size and strength of the muscle. Knowledge of the molecular mechanisms by which muscle responds to increased loading may lead to the discovery of novel treatment strategies for muscle wasting and frailty. The objective of this research was to examine the temporal associations between the activation of specific signaling pathway intermediates and their potential upstream regulator(s) in response to increased muscle loading. Previous work has demonstrated that focal adhesion kinase (FAK) activity is increased in overloaded hypertrophying skeletal muscle. Thus FAK is a candidate for transducing the loading stimulus in skeletal muscle, potentially by activating phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and members of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) family. However, it was unknown if muscle overload would result in activation of PI3K or the MAPKs. Thus, this work seeks to characterized the temporal response of (1) MAPK phosphorylation (including Erk 2, p38 MAPK and JNK), (2) PI3K activity, and (3) FAK tyrosine phosphorylation in response to 24 hours of compensatory overload in the rat soleus and plantaris muscles. In both muscles, overload resulted in transient Increases in the phosphorylation state of Erk2 and JNK, which peaked within the first hour of overload and returned to baseline thereafter. In contrast, p38 MAPK phosphorylation remained elevated throughout the entire 24-hour overload period. Moreover, overload increased PI3K activity only, in the plantaris and only at 12 hours. Moreover, 24 hours of overload induced a significant increase in total protein content in the plantaris but not the soleus. Thus an increase in total muscle protein content within the 24-hour loading period was observed only in muscle exhibiting increased PI3K activity. Surprisingly, FAK tyrosine phosphorylation was not increased during the overload period in either muscle, indicating that PI3K activation and increased MAPK phosphorylation were independent of increased FAK tyrosine phosphorylation. In summary, increased PI3K activity and sustained elevation of p38 MAPK phosphorylation were associated with muscle overload, identifying these pathways as potential mediators of the early hypertrophic response to skeletal muscle overload. This suggests that stimuli or mechanisms that activate these pathways may reduce/minimize muscle wasting and frailty. ^