Blocking hypoxia-induced autophagy in tumors restores cytotoxic T-cell activity and promotes regression.

The relationship between hypoxic stress, autophagy, and specific cell-mediated cytotoxicity remains unknown. This study shows that hypoxia-induced resistance of lung tumor to cytolytic T lymphocyte (CTL)-mediated lysis is associated with autophagy induction in target cells. In turn, this correlates with STAT3 phosphorylation on tyrosine 705 residue (pSTAT3) and HIF-1α accumulation. Inhibition of autophagy by siRNA targeting of either beclin1 or Atg5 resulted in impairment of pSTAT3 and restoration of hypoxic tumor cell susceptibility to CTL-mediated lysis. Furthermore, inhibition of pSTAT3 in hypoxic Atg5 or beclin1-targeted tumor cells was found to be associated with the inhibition Src kinase (pSrc). Autophagy-induced pSTAT3 and pSrc regulation seemed to involve the ubiquitin proteasome system and p62/SQSTM1. In vivo experiments using B16-F10 melanoma tumor cells indicated that depletion of beclin1 resulted in an inhibition of B16-F10 tumor growth and increased tumor apoptosis. Moreover, in vivo inhibition of autophagy by hydroxychloroquine in B16-F10 tumor-bearing mice and mice vaccinated with tyrosinase-related protein-2 peptide dramatically increased tumor growth inhibition. Collectively, this study establishes a novel functional link between hypoxia-induced autophagy and the regulation of antigen-specific T-cell lysis and points to a major role of autophagy in the control of in vivo tumor growth.

Genome-wide chromatin occupancy reveals a role for ASH2 in transcriptional pausing

While it is widely acknowledged that the ubiquitin-proteasome system plays an important role in transcription, little is known concerning the mechanistic basis, in particular the spatial organization of proteasome-dependent proteolysis at the transcription site. Here, we show that proteasomal activity and tetraubiquitinated proteins concentrate to nucleoplasmic microenvironments in the euchromatin. Such proteolytic domains are immobile and distinctly positioned in relation to transcriptional processes. Analysis of gene arrays and early genes in Caenorhabditis elegans embryos reveals that proteasomes and proteasomal activity are distantly located relative to transcriptionally active genes. In contrast, transcriptional inhibition generally induces local overlap of proteolytic microdomains with components of the transcription machinery and degradation of RNA polymerase II. The results establish that spatial organization of proteasomal activity differs with respect to distinct phases of the transcription cycle in at least some genes, and thus might contribute to the plasticity of gene expression in response to environmental stimuli.

Hsp90 inhibition induces both protein-specific and global changes in the ubiquitinome.

Inhibition of the essential chaperone Hsp90 with drugs causes a global perturbation of protein folding and the depletion of direct substrates of Hsp90, also called clients. Ubiquitination and proteasomal degradation play a key role in cellular stress responses, but the impact of Hsp90 inhibition on the ubiquitinome has not been characterized on a global scale. We used stable isotope labeling and antibody-based peptide enrichment to quantify more than 1500 protein sites modified with a Gly-Gly motif, the remnant of ubiquitination, in human T-cells treated with an Hsp90 inhibitor. We observed rapid changes in GlyGly-modification sites, with strong increases for some Hsp90 clients but also decreases for a majority of cellular proteins. A comparison with changes in total protein levels and protein synthesis and decay rates from a previous study revealed a complex picture with different regulatory patterns observed for different protein families. Overall the data support the notion that for Hsp90 clients GlyGly-modification correlates with targeting by the ubiquitin-proteasome system and decay, while for other proteins levels of GlyGly-modification appear to be mainly influenced by their synthesis rates. Therefore a correct interpretation of changes in ubiquitination requires knowledge of multiple parameters. Data are available via ProteomeXchange with identifier PXD001549. BIOLOGICAL SIGNIFICANCE: Proteostasis, i.e. the capacity of the cell to maintain proper synthesis and maturation of proteins, is a fundamental biological process and its perturbations have far-reaching medical implications e.g. in cancer or neurodegenerative diseases. Hsp90 is an essential chaperone responsible for the correct maturation and stability of a number of key proteins. Inhibition of Hsp90 triggers a global stress response caused by accumulation of misfolded chains, which have to be either refolded or eliminated by protein degradation pathways such as the Ubiquitin-Proteasome System (UPS). We present the first global assessment of the changes in the ubiquitinome, the subset of ubiquitin-modified proteins, following Hsp90 inhibition in human T-cells. The results provide clues on how cells respond to a specific proteostasis challenge. Furthermore, our data also suggest that basal ubiquitination levels for most proteins are influenced by synthesis rates. This has broad significance as it implies that a proper interpretation of data on ubiquitination levels necessitates simultaneous knowledge of other parameters.

Alternatively spliced proline-rich cassettes link WNK1 to aldosterone action.

The thiazide-sensitive NaCl cotransporter (NCC) is important for renal salt handling and blood-pressure homeostasis. The canonical NCC-activating pathway consists of With-No-Lysine (WNK) kinases and their downstream effector kinases SPAK and OSR1, which phosphorylate NCC directly. The upstream mechanisms that connect physiological stimuli to this system remain obscure. Here, we have shown that aldosterone activates SPAK/OSR1 via WNK1. We identified 2 alternatively spliced exons embedded within a proline-rich region of WNK1 that contain PY motifs, which bind the E3 ubiquitin ligase NEDD4-2. PY motif-containing WNK1 isoforms were expressed in human kidney, and these isoforms were efficiently degraded by the ubiquitin proteasome system, an effect reversed by the aldosterone-induced kinase SGK1. In gene-edited cells, WNK1 deficiency negated regulatory effects of NEDD4-2 and SGK1 on NCC, suggesting that WNK1 mediates aldosterone-dependent activity of the WNK/SPAK/OSR1 pathway. Aldosterone infusion increased proline-rich WNK1 isoform abundance in WT mice but did not alter WNK1 abundance in hypertensive Nedd4-2 KO mice, which exhibit high baseline WNK1 and SPAK/OSR1 activity toward NCC. Conversely, hypotensive Sgk1 KO mice exhibited low WNK1 expression and activity. Together, our findings indicate that the proline-rich exons are modular cassettes that convert WNK1 into a NEDD4-2 substrate, thereby linking aldosterone and other NEDD4-2-suppressing antinatriuretic hormones to NCC phosphorylation status.

Analyse du mécanisme de la dégradation du récepteur CD4 par la protéine Vpu du virus de l'immunodéficience humaine-1 (VIH-1)

Le VIH-1 a développé plusieurs mécanismes menant à la dégradation de son récepteur cellulaire, la molécule CD4, dans le but d’augmenter la relâche de particules virales infectieuses et d’éviter que la cellule soit surinfectée. L’un de ces mécanismes est la dégradation, induite par la protéine virale Vpu, du CD4 nouvellement synthétisé au niveau du réticulum endoplasmique (RE). Vpu doit lier CD4 et recruter l’ubiquitine ligase cellulaire SCFβ-TrCP, via sa liaison à β-TrCP, afin de dégrader CD4. Puisque CD4 doit être retenu au RE pour permettre à Vpu d’induire sa dégradation via le système ubiquitine-protéasome, il a été suggéré que ce processus implique un mécanisme semblable à une voie cellulaire de dégradation des protéines mal-repliées appelée ERAD (« endoplasmic reticulum-associated degradation »). La dégradation par ERAD implique généralement la dislocation des protéines du RE vers le cytoplasme afin de permettre leur poly-ubiquitination et leur dégradation par le protéasome. Nous avons démontré que Vpu induit la poly-ubiquitination de CD4 dans des cellules humaines. Nos résultats suggèrent aussi que CD4 doit subir une dislocation afin d’être dégradé par le protéasome en présence de Vpu. De plus, un mutant transdominant négatif de l’ATPase p97, qui est impliquée dans la dislocation des substrats ERAD, inhibe complètement la dégradation de CD4 par Vpu. Enfin, nos résultats ont montré que l’ubiquitination sur des résidus accepteurs de l’ubiquitine (lysines) de la queue cytoplasmique de CD4 n’était pas essentielle, mais que la mutation des lysines ralentit le processus de dégradation de CD4. Ce résultat suggère que l’ubiquitination de la queue cytosolique de CD4 pourrait représenter un événement important dans le processus de dégradation induit par Vpu. L’attachement de l’ubiquitine a généralement lieu sur les lysines de la protéine ciblée. Toutefois, l’ubiquitination sur des résidus non-lysine (sérine, thréonine et cystéine) a aussi été démontrée. Nous avons démontré que la mutation de tous les sites potentiels d’ubiquitination cytoplasmiques de CD4 (K, C, S et T) inhibe la dégradation par Vpu. De plus, la présence de cystéines dans la queue cytoplasmique apparaît suffisante pour rendre CD4 sensible à Vpu en absence de lysine, sérine et thréonine. Afin d’expliquer ces résultats, nous proposons un modèle dans lequel l’ubiquitination de la queue cytosolique de CD4 serait nécessaire à sa dégradation et où les sites d’ubiquitination de CD4 seraient sélectionnés de façon non spécifique par l’ubiquitine ligase recrutée par Vpu. Enfin, nous avons observé que la co-expression d’une protéine Vpu incapable de recruter β-TrCP (Vpu S52,56/D) semble stabiliser le CD4 qui est retenu au RE. De plus, d’autres mutants de Vpu qui semblent capables de recruter β-TrCP et CD4 sont toutefois incapables d’induire sa dégradation. Ces résultats suggèrent que l’association de Vpu à CD4 et β-TrCP est essentielle mais pas suffisante pour induire la dégradation de CD4. Par conséquent, ces résultats soulèvent la possibilité que Vpu puisse recruter d’autres facteurs cellulaires pour induire la dégradation de CD4. Les résultats présentés ont permis de mieux définir le mécanisme de dégradation de CD4 par Vpu dans des cellules humaines. De plus, ces résultats nous ont permis d’élaborer un modèle dans lequel l’ubiquitine ligase cellulaire SCFβ-TrCP démontre de la flexibilité dans le choix des résidus à ubiquitiner afin d’induire la dégradation de CD4. Enfin, ces études jettent un oeil nouveau sur le rôle de Vpu dans ce processus puisque nos résultats suggèrent que Vpu doive recruter d’autres partenaires cellulaires, mis à part β-TrCP, pour induire la dégradation de CD4.

Growth factor activation of ErbB2/ErbB3 signaling pathways regulate the activity of Estrogen Receptors (ER)

La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles.

Implication de la voie ERK3/4-MK5 dans la phase G2/M du cycle cellulaire

La division cellulaire est influencée par les différents stimuli provenant de l’extérieur ou de l’intérieur de la cellule. Plusieurs réseaux enzymatiques élaborés au cours de l’évolution relayent l’information générée par ces signaux. Les modules MAP kinases sont extrêmement importants au sein de la cellule. Chez l’humain, 14 MAP kinases sont regroupées en sept voies distinctes intervenant dans le contrôle d’une myriade de processus cellulaires. ERK3/4 sont des homologues de ERK1/2 pour lesquelles on ne connaît que très peu de choses concernant leurs fonctions et régulation. Ces MAP kinases sont dites atypiques puisqu’elles ont des particularités structurales et des modes de régulation qui diffèrent des autres MAP kinases classiques. Ainsi, notre laboratoire a démontré que l’activité de ERK3 est régulée par le système ubiquitine-protéasome et qu’elle pourrait avoir un rôle à jouer dans le contrôle de la différenciation et la prolifération cellulaire. La première étude présentée décrit la régulation de ERK3 au cours du cycle cellulaire. Nous avons observé que ERK3 est hyperphosphorylée et s’accumule spécifiquement au cours de la mitose. Des analyses de spectrométrie de masse ont mené à l’identification de quatre sites de phosphorylation situés à l’extrémité du domaine C-terminal. Nous avons pu démontrer que la kinase mitotique CDK1/cycline B phosphoryle ces sites et que les phosphatases CDC14A et CDC14B les déphosphorylent. Finalement, nous démontrons que la phosphorylation mitotique de ERK3 a pour effet de la stabiliser. Au début de mes études doctorales, la kinase MK5 fut identifiée comme premier partenaire et substrat de ERK3. MK5 a très peu de fonctions connues. Des données dans la littérature suggèrent qu’elle peut moduler le cycle cellulaire dans certaines conditions. Par exemple, MK5 a récemment été identifié comme inducteur de la sénescence induite par l’oncogène Ras. Dans la deuxième étude, nous décrivons une nouvelle fonction de MK5 dans le contrôle du cycle cellulaire. Nous démontrons par des expériences de gain et perte de fonction que MK5 ralentit l’entrée en mitose suite à un arrêt de la réplication. Cette fonction est dépendante de l’activité enzymatique de MK5 qui régule indirectement l’activité de CDK1/cycline B. Finalement, nous avons identifié Cdc25A comme un nouveau substrat in vitro de MK5 dont la surexpression supprime l’effet de MK5 sur l’entrée en mitose. En conclusion, nos résultats décrivent un nouveau mécanisme de régulation de ERK3 au cours de la mitose, ainsi qu’une nouvelle fonction pour MK5 dans le contrôle de l’entrée en mitose en réponse à des stress de la réplication. Ces résultats démontrent pour la première fois l’implication de ces protéines au cours de la transition G2/M. Nos travaux établissent de nouvelles pistes d’études pour mieux comprendre les rôles encore peu définis des kinases ERK3/4-MK5.

L’immunoprotéasome : producteur de peptides-CMH I et régulateur de l’expression génique

Le système ubiquitine-protéasome est le principal mécanisme par lequel les protéines intracellulaires sont dégradées. Le protéasome dit constitutif (PC) est donc essentiel à l’homéostasie mais aussi à la régulation de la majorité des processus cellulaires importants. La découverte d’un deuxième type de protéasome, appelé immunoprotéasome (IP), soulève toutefois de nouvelles questions. Pourquoi existe-t-il plus d’un type de protéasome ? L’IP a-t-il des rôles redondants ou complémentaires avec le PC ? L’IP étant présent principalement dans les cellules immunitaires ou stimulées par des cytokines, plusieurs groupes ont tenté de définir son rôle dans la réponse immunitaire. Or, l’implication de son homologue constitutif dans un éventail de processus non spécifiquement immunitaires nous laisse croire que l’IP pourrait lui aussi avoir un impact beaucoup plus large. L’objectif de cette thèse était donc de caractériser certains rôles cellulaires de l’IP dans les cellules dendritiques. Nous avons d’abord étudié l’impact global de l’IP sur la présentation antigénique de classe I. Ce faisant, nous avons pu déterminer ses deux contributions principales, soit l’augmentation drastique du nombre et de la diversité des peptides présentés sur les complexes majeurs d’histocompatibilité de classe I. Les différences de clivage entre le PC et l’IP pourraient expliquer en partie cette diversité du répertoire peptidique, notamment par l’affinité apparente de l’IP pour les régions protéiques non structurées. Dans un deuxième temps, nous avons dévoilé un nouveau rôle de l’IP sur un processus dépassant le cadre immunitaire : la transcription. Nous avons découvert que l’IP modifie l’abondance des ARNm en agissant principalement au niveau de leur synthèse. L’impact de l’IP sur le transcriptome est majeur et serait dû en partie à une dégradation différente de facteurs de transcription des familles IRF, STAT et NF-kB. Les cellules dendritiques IP-déficientes activent moins efficacement les lymphocytes T CD8+ et nous croyons que cette défaillance est causée (du moins en partie) par la perturbation transcriptomique provoquée par l’absence d’IP. Il importe donc de comprendre les différents rôles moléculaires de l’IP afin de mieux définir sa contribution globale au fonctionnement de la cellule et comprendre l’avantage évolutif, au niveau de l’organisme, procuré par une telle plasticité du système ubiquitine-protéasome.

Identification et étude de mécanismes régulant l’expression de MAPK

Les fichiers accompagnant le document sont en format Microsoft Excel 2010.

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.

Intracellular peptides as natural regulators of cell signaling

Protein degradation by the ubiquitin proteasome system releases large amounts of oligopeptides within cells. To investigate possible functions for these intracellularly generated oligopeptides, we fused them to a cationic transactivator peptide sequence using reversible disulfide bonds, introduced them into cells, and analyzed their effect on G protein-coupled receptor (GPCR) signal transduction. A mixture containing four of these peptides (20-80 mu M) significantly inhibited the increase in the extracellular acidification response triggered by angiotensin II (ang II) in CHO-S cells transfected with the ang II type 1 receptor (AT1R-CHO-S). Subsequently, either alone or in a mixture, these peptides increased luciferase gene transcription in AT1R-CHO-S cells stimulated with ang II and in HEK293 cells treated with isoproterenol. These peptides without transactivator failed to affect GPCR cellular responses. All four functional peptides were shown in vitro to competitively inhibit the degradation of a synthetic substrate by thimet oligopeptidase. Overexpression of thimet oligopeptidase in both CHO-S and HEK293 cells was sufficient to reduce luciferase activation triggered by a specific GPCR agonist. Moreover, using individual peptides as baits in affinity columns, several proteins involved in GPCR signaling were identified, including alpha-adaptin A and dynamin 1. These results suggest that before their complete degradation, intracellular peptides similar to those generated by proteasomes can actively affect cell signaling, probably representing additional bioactive molecules within cells.

Exercise Training Reduces Insulin Resistance and Upregulates the mTOR/p70S6k Pathway in Cardiac Muscle of Diet-Induced Obesity Rats

Obesity and insulin resistance are rapidly expanding public health problems. These disturbances are related to many diseases, including heart pathology. Acting through the Akt/mTOR pathway, insulin has numerous and important physiological functions, such as the induction of growth and survival of many cell types and cardiac hypertrophy. However, obesity and insulin resistance can alter mTOR/p70S6k. Exercise training is known to induce this pathway, but never in the heart of diet-induced obesity subjects. To evaluate the effect of exercise training on mTOR/p70S6k in the heart of obese Wistar rats, we analyzed the effects of 12 weeks of swimming on obese rats, induced by a high-fat diet. Exercise training reduced epididymal fat, fasting serum insulin and plasma glucose disappearance. Western blot analyses showed that exercise training increased the ability of insulin to phosphorylate intracellular molecules such as Akt (2.3-fold) and Foxo1 (1.7-fold). Moreover, reduced activities and expressions of proteins, induced by the high-fat diet in rats, such as phospho-JNK (1.9-fold), NF-kB (1.6-fold) and PTP-1B (1.5-fold), were observed. Finally, exercise training increased the activities of the transduction pathways of insulin-dependent protein synthesis, as shown by increases in Raptor phosphorylation (1.7-fold), p70S6k phosphorylation (1.9-fold), and 4E-BP1 phosphorylation (1.4-fold) and a reduction in atrogin-1 expression (2.1-fold). Results demonstrate a pivotal regulatory role of exercise training on the Akt/ mTOR pathway, in turn, promoting protein synthesis and antagonizing protein degradation. J. Cell. Physiol. 226: 666-674, 2011. (C) 2010 Wiley-Liss, Inc.

Insulin Suppresses Atrophy- and Autophagy-related Genes in Heart Tissue and Cardiomyocytes Through AKT/FOXO Signaling

Insulin is an important regulator of the ubiquitin-proteasome system (UPS) and of lysosomal proteolysis in cardiac muscle. However, the role of insulin in the regulation of the muscle atrophy-related Ub-ligases atrogin-1 and MuRF1 as well as in autophagy, a major adaptive response to nutritional stress, in the heart has not been characterized. We report here that acute insulin deficiency in the cardiac muscle of rats induced by streptozotocin increased the expression of atrogin-1 and MuRF1 as well as LC3 and Gabarapl1, 2 autophagy-related genes. These effects were associated with decreased phosphorylation levels of Akt and its downstream target Foxo3a; this phenomenon is a well-known effect that permits the maintenance of Foxo in the nucleus to activate protein degradation by proteasomal and autophagic processes. The administration of insulin increased Akt and Foxo3a phosphorylation and suppressed the diabetes-induced expression of Ub-ligases and autophagy-related genes. In cultured neonatal rat cardiomyocytes, nutritional stress induced by serum/glucose deprivation strongly increased the expression of Ub-ligases and autophagy-related genes; this effect was inhibited by insulin. Furthermore, the addition of insulin in vitro prevented the decrease in Akt/Foxo signaling induced by nutritional stress. These findings demonstrate that insulin suppresses atrophy- and autophagy-related genes in heart tissue and cardiomyocytes, most likely through the phosphorylation of Akt and the inactivation of Foxo3a. © Georg Thieme Verlag KG.

Protein quality control disruption by PKC beta II in heart failure: rescue by the selective PKC beta II inhibitor, beta IIV5-3

Myocardial remodeling and heart failure (HF) are common sequelae of many forms of cardiovascular disease and a leading cause of mortality worldwide. Accumulation of damaged cardiac proteins in heart failure has been described. However, how protein quality control (PQC) is regulated and its contribution to HF development are not known. Here, we describe a novel role for activated protein kinase C isoform beta II (PKC beta II) in disrupting PQC. We show that active PKC beta II directly phosphorylated the proteasome and inhibited proteasomal activity in vitro and in cultured neonatal cardiomyocytes. Importantly, inhibition of PKC beta II, using a selective PKC beta II peptide inhibitor (beta IIV5-3), improved proteasomal activity and conferred protection in cultured neonatal cardiomyocytes. We also show that sustained inhibition of PKC beta II increased proteasomal activity, decreased accumulation of damaged and misfolded proteins and increased animal survival in two rat models of HF. Interestingly, beta IIV5-3-mediated protection was blunted by sustained proteasomal inhibition in HF. Finally, increased cardiac PKC beta II activity and accumulation of misfolded proteins associated with decreased proteasomal function were found also in remodeled and failing human hearts, indicating a potential clinical relevance of our findings. Together, our data highlights PKC beta II as a novel inhibitor of proteasomal function. PQC disruption by increased PKC beta II activity in vivo appears to contribute to the pathophysiology of heart failure, suggesting that PKC beta II inhibition may benefit patients with heart failure. (218 words)

New insight into the mechanisms associated with the rapid effect of T-3 on AT1R expression

The angiotensin II type 1 receptor (AT1R) is involved in the development of cardiac hypertrophy promoted by thyroid hormone. Recently, we demonstrated that triiodothyronine (T-3) rapidly increases AT1R mRNA and protein levels in cardiomyocyte cultures. However, the molecular mechanisms responsible for these rapid events are not yet known. In this study, we investigated the T-3 effect on AT1R mRNA polyadenylation in cultured cardiomyocytes as well as on the expression of microRNA-350 (miR-350), which targets AT1R mRNA. The transcriptional and translational actions mediated by T-3 on AT1R levels were also assessed. The total content of ubiquitinated proteins in cardiomyocytes treated with T-3 was investigated. Our data confirmed that T-3 rapidly raised AT1R mRNA and protein levels, as assessed by real-time PCR and western blotting respectively. The use of inhibitors of mRNA and protein synthesis prevented the rapid increase in AT1R protein levels mediated by T-3. In addition, T-3 rapidly increased the poly-A tail length of the AT1R mRNA, as determined by rapid amplification of cDNA ends poly-A test, and decreased the content of ubiquitinated proteins in cardiomyocytes. On the other hand, T-3 treatment increased miR-350 expression. In parallel with its transcriptional and translational effects on the AT1R, T-3 exerted a rapid posttranscriptional action on AT1R mRNA polyadenylation, which might be contributing to increase transcript stability, as well as on translational efficiency, resulting to the rapid increase in AT1R mRNA expression and protein levels. Finally, these results show, for the first time, that T-3 rapidly triggers distinct mechanisms, which might contribute to the regulation of AT1R levels in cardiomyocytes. Journal of Molecular Endocrinology (2012) 49, 11-20