Stimulation of multiple mitogen-activated protein kinase sub-families by oxidative stress and phosphorylation of the small heat shock protein, HSP25/27, in neonatal ventricular myocytes.

We investigated the activation of three subfamilies of mitogen-activated protein kinases (MAPKs), namely the stress-activated protein kinases/c-Jun N-terminal kinases (SAPKs/JNKs), the extracellularly responsive kinases (ERKs) and p38-MAPK, by oxidative stress as exemplified by H2O2 in primary cultures of neonatal rat ventricular myocytes. The 46 and 54 kDa species of SAPKs/JNKs were activated 5- and 10-fold, respectively, by 0.1 mM H2O2 (the maximally effective concentration). Maximal activation occurred at 15-30 min, but was still detectable after 2 h. Both ERK1 and ERK2 were activated 16-fold by 0.1 mM H2O2 with a similar time course to the SAPKs/JNKs, and this was comparable with their activation by 1 microM PMA, the most powerful activator of ERKs that we have so far identified in these cells. The activation of ERKs by H2O2 was inhibited by PD98059, which inhibits the activation of MAPK (or ERK) kinases, and by the protein kinase C (PKC) inhibitor, GF109203X. ERK activation was also inhibited by down-regulation of PMA-sensitive PKC isoforms. p38-MAPK was activated by 0.1 mM H2O2 as shown by an increase in its phosphorylation. However, maximal phosphorylation (activation) was more rapid (<5 min) than for the SAPKs/JNKs or the ERKs. We studied the downstream consequences of p38-MAPK activation by examining activation of MAPK-activated protein kinase 2 (MAPKAPK2) and phosphorylation of the MAPKAPK2 substrate, the small heat shock protein HSP25/27. As with p38-MAPK, MAPKAPK2 was rapidly activated (maximal within 5 min) by 0.1 mM H2O2. This activation was abolished by 10 microM SB203580, a selective inhibitor of certain p38-MAPK isoforms. The phosphorylation of HSP25/27 rapidly followed activation of MAPKAPK2 and was also inhibited by SB203580. Phosphorylation of HSP25/27 was associated with a decrease in its aggregation state. These data indicate that oxidative stress is a powerful activator of all three MAPK subfamilies in neonatal rat ventricular myocytes. Activation of all three MAPKs has been associated with the development of the hypertrophic phenotype. However, stimulation of p38-MAPK and the consequent phosphorylation of HSP25/27 may also be important in cardioprotection.

The neurotoxicity of 5-S-cysteinyldopamine is mediated by the early activation of ERK1/2 followed by the subsequent activation of ASK1/JNK1/2 pro-apoptotic signalling

Parkinson's disease is characterized by the progressive and selective loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. It has been postulated that endogenously formed CysDA (5-S-cysteinyldopamine) and its metabolites may be, in part, responsible for this selective neuronal loss, although the mechanisms by which they contribute to such neurotoxicity are not understood. Exposure of neurons in culture to CysDA caused cell injury, apparent 12-48 h post-exposure. A portion of the neuronal death induced by CysDA was preceded by a rapid uptake and intracellular oxidation of CysDA, leading to an acute and transient activation of ERK2 (extracellular-signal-regulated kinase 2) and caspase 8. The oxidation of CysDA also induced the activation of apoptosis signal-regulating kinase 1 via its de-phosphorylation at Ser967, the phosphorylation of JNK (c-Jun N-terminal kinase) and c-Jun (Ser73) as well as the activation of p38, caspase 3, caspase 8, caspase 7 and caspase 9. Concurrently, the inhibition of complex I by the dihydrobenzothiazine DHBT-1 [7-(2-aminoethyl)-3,4-dihydro-5-hydroxy-2H-1,4-benzothiazine-3-carboxylic acid], formed from the intracellular oxidation of CysDA, induces complex I inhibition and the subsequent release of cytochrome c which further potentiates pro-apoptotic mechanisms. Our data suggest a novel comprehensive mechanism for CysDA that may hold relevance for the selective neuronal loss observed in Parkinson's disease.

Structural basis for inhibition of cyclin-dependent kinase 9 by flavopiridol

Flavopiridol has been shown to potently inhibit CDK1 and 2 (cyclin-dependent kinases 1 and 2) and most recently it has been found that it also inhibits CDK9. The complex CDK9-cyclin T1 controls the elongation phase of transcription by RNA polymerase II. The present work describes a molecular model for the binary complex CDK9-flavopiridol. This structural model indicates that the inhibitor strongly binds to the ATP-binding pocket of CDK9 and the structural comparison of the complex CDK2-flavopiridol correlates the structural differences with differences in inhibition of these CDKs by flavopiridol. This structure opens the possibility of testing new inhibitor families, in addition to new substituents for the already known leading structures such as flavones and adenine derivatives. © 2002 Elsevier Science (USA). All rights reserved.

Regulation der Sphingosinkinase 1 und 2 und der neutralen Ceramidase in renalen Mesangiumzellen der Ratte

In den letzten Jahren gewann die Erforschung des Sphingolipidstoffwechsels in den verschiedensten Zellsystemen immer mehr an Bedeutung, da es sich zeigte, dass einige Sphingolipidspezies, vor allem Ceramid und Sphingosin-1-Phosphat, als wichtige intra- und extrazelluläre Botenstoffe wirken und bei einer Vielzahl unterschiedlicher zellulärer Antworten, wie Apoptose, Proliferation und Migration, eine wichtige Rolle spielen. Während Ceramid eher pro-apoptotisch und wachstumshemmend wirkt, begünstigt Sphingosin-1-Phosphat als „Gegenspieler“ eher die Proliferation und das Zellwachstum. Ceramid kann relativ schnell in Sphingosin-1-Phosphat umgewandelt werden durch die Wirkung zweier Enzymklassen, den Ceramidasen und den Sphingosinkinasen. Konsequenterweise ist die Regulation dieser Enzyme von entscheidender Bedeutung für das zelluläre Gleichgewicht zwischen Ceramid und Sphingosin-1-Phosphat. Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Wirkung von extrazellulären Nukleotiden, die ebenfalls als Regulatoren zahlreicher zellulärer Antworten, wie z.B. Proliferation und Migration, bekannt sind und über entsprechende Oberflächenrezeptoren, die Purinrezeptoren, wirken, auf die Aktivität besonders der Sphingosinkinasen 1 und 2 näher untersucht. Es sollte geklärt werden, ob die Sphingosinkinasen an einigen durch extrazelluläre Nukleotide induzierbaren zellulären Antworten, in diesem Falle der Migration und der Proliferation von Zellen, beteiligt sind. Als Zellsystem wurden Nierenmesangiumzellen verwendet, da diese Zellen bei verschiedenen entzündlichen Nierenerkrankungen (Glomerulonephritiden) eine wichtige Rolle spielen. Es konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass extrazelluläre Nukleotide die Aktivität der Sphingosinkinase 1 in den Mesangiumzellen stimulieren können. Zu beobachten ist dabei eine biphasische Aktivitätssteigerung der Sphingosinkinase 1. Die erste Aktivitätssteigerung nach einer Kurzzeitstimulation ist dabei auf eine Phosphorylierung des Enzyms zurückzuführen, während die zweite Aktivitätssteigerung mit einer Aktivierung des Sphingosinkinase 1-Promotors, einer verstärkten mRNA-Expression und einer de novo Proteinsynthese zu erklären ist. Diese Induktion kann durch die Verwendung von Hemmstoffen des PKC- und MAPK-Signalweges, sowie durch Verwendung eines Transkriptions- (Actinomycin D) oder eines Translationsinhibitors (Cycloheximid) blockiert werden. Die Halbwertszeit der mRNA der Sphingosinkinase 1 in den Mesangiumzellen konnte auf ca. 20 Minuten bestimmt werden. Im Gegensatz dazu ist die Sphingosinkinase 2 nicht durch ATP aktivierbar, wohl aber durch diverse Abbauprodukte von ATP, wie AMP und Adenosin, sowie durch UTP und seine Abbauprodukten UDP und UMP. Die neutrale Ceramidase kann nicht durch ATP und UTP aktiviert werden, wohl aber durch P2X7-Rezeptoragonisten (Bz-ATP, αβ-Me-ATP, γS-ATP) und TPA. In einem zweiten Schritt wurde die Rolle der Sphingosinkinasen und der neutralen Ceramidase bei der durch extrazelluläre Nukleotide induzierten Migration und Proliferation untersucht. Es zeigte sich mit Hilfe von genspezifischer siRNA zur Depletion der Sphingosinkinasen und der neutralen Ceramidase, sowie durch Verwendung von Kinase-Hemmstoffen und damit einhergehend der Inhibierung der Signalwege und mit Hilfe von verschiedenen Zelllinien isoliert aus Wildtyp-, SPHK 1-überexprimierenden und mSPHK1-defizienten Mäusen, dass die Aktivierung der Sphingosinkinase 1 durch extrazelluläre Nukleotide von entscheidender Bedeutung für die Migrationsfähigkeit der Zellen ist, jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Proliferationsrate der Mesangiumzellen hat. Auch die Aktivität der neutralen Ceramidase ist von entscheidender Bedeutung für die Migrationsfähigkeit der Zellen. Durch Depletion der neutralen Ceramidase scheint Ceramid in den Zellen zu akkumulieren, was die Proliferationsrate reduziert. Für die Proliferation der Mesangiumzellen könnte die Sphingosinkinase 2 als negativer Regulator fungieren, wie die Experimente mit der genspezifischen siRNA unter UTP-Stimulation gezeigt haben. Für die Migration der Mesangiumzellen gilt darüber hinaus, dass auch das Produkt der Sphingosinkinase 1, Sphingosin-1-Phosphat, in der Lage ist, die Migration zu stimulieren. Im Gegensatz dazu spielt Sphingosin-1-Phosphat für die Induktion der Proliferation der hier verwendeten Zellen keine wesentliche Rolle. Zusammenfassend zeigen die Daten, dass die Sphingosinkinase 1 und vorgeschaltet auch die neutrale Ceramidase bei der Migration von Mesangiumzellen eine zentrale Rolle spielen und damit als therapeutische Angriffspunkte bei der Behandlung von Krankheiten, die durch eine vermehrte Migration gekennzeichnet sind, in Frage kommen.

Untersuchungen zum Mechanismus der Zytotoxizität von alkylierenden Agenzien in malignen Melanomzellen

Maligne Melanome sind gegenüber Chemotherapeutika relativ resistent. Das methylierende Alkylanz Temozolomid sowie das chlorethylierende und DNA-Interstrand Crosslink (ICL) bildende Alkylanz Fotemustin kommen bei der Behandlung des malignen Melanoms als Mittel erster Wahl zum Einsatz. In der vorliegenden Arbeit konnte das erste Mal nachgewiesen werden, dass die zytotoxische Wirkung von Temozolomid und Fotemustin in Melanomzellen durch Apoptose vermittelt wird. Unter Verwendung klinisch relevanter Dosen der beiden Alkylantien konnte die Induktion von Apoptose durch vier unabhängige Methoden (Bestimmung der SubG1-Fraktion und der Apoptose- / Nekrose-Frequenz, Aktivierung der Effektorcaspasen-3 und -7 sowie Spaltung von PARP-1) nachgewiesen werden. Die Alkylierungen an der O6-Position des Guanins, welche durch beide Agenzien induziert werden, sind auch in Melanomzellen die wichtigsten Zytotoxizität-bewirkenden Läsionen in der DNA, und die O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) ist folglich ein herausragender Resistenzmarker. Eine der verwendeten Zelllinien (D05) exprimierte p53-Wildtypprotein. Diese Zelllinie war resistenter als alle anderen Zelllinien gegenüber Temozolomid und Fotemustin. Dies weist darauf hin, dass p53 nicht die Apoptoseinduktion in Melanomzellen verstärkt. Die Prozessierung des O6MeG erfolgt über die Mismatch-Reparatur (MMR) unter Generierung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Die Untersuchung der durch Temozolomid induzierten DSBs, nachgewiesen durch gammaH2AX-Induktion, korrelierte direkt mit der apoptotischen Antwort von Melanomzelllinien und DSBs können somit als eine entscheidende apoptoseauslösende Größe angesehen werden. Eine Resistenz gegenüber dem methylierenden Temozolomid in der Zelllinie MZ7 konnte auf einen Defekt in der MMR-Schadenserkennung auf der Ebene des MutSalpha-Komplexes zurückgeführt werden. Dieser Defekt hatte keinen Einfluss auf die Fotemustin-vermittelte Apoptoseinduktion. Neben MGMT konnte somit die MMR als Resistenzfaktor gegenüber methylierenden Agenzien in Melanomen identifiziert werden. Die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde in Melanomzelllinien im Detail untersucht. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Fotemustin-bedingte ICLs in Zellen einen G2/M-Arrest im Behandlungszyklus induzieren. Wie anhand G1-arretierter Zellen nachgewiesen werden konnte, war das Durchlaufen der DNA-Replikation vor Erreichen des Arrests für die Induktion der Apoptose notwendig. Die Prozessierung von ICLs ist im Vergleich zu Methylierungen der DNA deutlich komplexer. Dies könnte erklären, warum in Melanomzellen die durch gammaH2AX-Induktion repräsentierten DSBs nicht mit der Sensitivität der einzelnen Zelllinien korreliert. Die Untersuchung unterschiedlich sensitiver Zelllinien zeigte ein vergleichbares Schadensniveau an ICLs und eine ebenso vergleichbare initiale Prozessierung derselben unter Generierung von DSBs. Die Prozessierung dieser sekundären Läsionen, welche anhand der Abnahme von gammaH2AX-Foci untersucht wurde, war hingegen in der sensitiveren Melanomzelllinie deutlich weniger effektiv. Es konnte weiterhin nachgewiesen werden, dass eine uneffektive Prozessierung der sekundären Läsionen einhergeht mit einer verstärkten und länger anhaltenden Aktivierung der in der DSB-Detektion beteiligten Kinase ATM und der Checkpoint Kinase 1. Es wäre daher denkbar, dass eine verstärkte Aktivität dieser Kinasen proapoptotische Signale vermittelt. Unterschiede in der Prozessierung der sekundären Läsionen könnten somit ein wichtiger Marker der ICL-induzierten Apoptose darstellen. Des weitern konnte nachgewiesen werden, dass nach Fotemustingabe die mitochondrial-vermittelte Apoptose einen effektiven Exekutionsweg in Melanomen darstellt. Während Cytochrom C-Freigabe, Bcl-2-Abnahme an den Mitochondrien, Bax-Rekrutierung und Caspase-9 Aktivität nachgewiesen werden konnten, wurden keine Hinweise auf eine Fas-Rezeptor-vermittelte Apoptose gefunden. Die Unfähigkeit, Rezeptor-vermittelte Apoptose zu unterlaufen, könnte die Bedeutungslosigkeit des p53-Gens in Melanomen begründen, da gerade dieser Weg in der Alkylantien-induzierten Apoptose in anderen Zellsystemen eine große Relevanz besitzt. Bei der Suche nach einem alternativen proapoptotischen Signalweg konnten Hinweise für die Beteiligung des Rb/E2F-1-Wegs, welcher über p73 agiert, in einer p53-mutierten Melanomzelllinie gefunden werden. Einen Einfluss der Proteine Survivin und XIAP als Resistenzfaktoren auf die Fotemustin-induzierte Apoptose wurde hingegen nicht nachgewiesen.

Funktionelle Charakterisierung der Protein-Kinase CK2 in der Suppression Th2-vermittelter Immunantworten durch regulatorische T-Zellen

Regulatorische T-Zellen (Tregs) leisten durch ihre suppressiven Eigenschaften einen essenziellen Beitrag zur Aufrechterhaltung der immunologischen Toleranz. Sie verhindern schädliche Immunreaktionen gegen Autoantigene, kommensale Bakterien, sowie harmlose Nahrungsmittel-bestandteile. Gleichzeitig gewährleisten sie die Entwicklung effektiver Immunantworten gegen eindringende Pathogene, wie z.B. Parasiten, Bakterien und Viren. Damit haben Tregs direkten Einfluss auf das Gleichgewicht zwischen Immunität und Toleranz. Fehler in der suppressiven Funktionsweise von Tregs begünstigen daher auf der einen Seite die Entstehung zahlreicher autoimmuner Erkrankungen und Allergien. Auf der anderen Seite können Tregs Immunreaktionen bei chronischen Infektionen reduzieren, sowie die Entstehung effektiver Immunantworten gegen Tumore hemmen. Ihre Beteiligung an der Ätiologie all dieser Krankheiten macht Tregs zu einem bedeutenden potenziellen Zielobjekt, um diese Krankheiten effektiv zu therapieren. Die Erweiterung des Grundwissens um die molekularen Mechanismen der Treg-vermittelten Suppression ist daher ein notwendiger Schritt bei der Entwicklung Treg-basierter Theraphieansätze. 2003 konnte mit Foxp3 ein Transkriptionsfaktor identifiziert werden, der maßgeblich die suppressiven Funktionen von Tregs steuert. Um weiteren Einblick in die der Suppression zugrundeliegenden Signalwege zu erhalten, wurde im Institut für Immunologie ein komparativer Kinomarray durchgeführt, anhand dessen die Casein Kinase 2 (CK2) als eine der aktivsten Kinasen in Tregs identifiziert wurde (Daten freundlicherweise von Prof. Dr. Tobias Bopp bereitgestellt). rnBasierend auf den Ergebnissen des Kinomarrays wurde in dieser Arbeit die Funktion der CK2 in Tregs untersucht. Dabei konnte in in vitro Experimenten die Treg-vermittelte Suppression durch den pharmakologische CK2 Inhibitor DMAT aufgehoben werden. Weil derartige Inhibitoren jedoch nicht absolut spezifisch die Aktivität nur einer Kinase supprimieren, wurden außerdem Mäuse mit konditionalem „knockout“ der CK2β Untereinheit spezifisch in Tregs gekreuzt (CK2βTreg-/- Mäuse). Die Analyse dieser Tiere offenbarte eine essenzielle Beteiligung der CK2 an den suppressiven Funktionen von Tregs. So entwickeln CK2βTreg-/- Mäuse mit zunehmendem Alter Splenomegalien und Lymphadenopathien, von denen in besonderem Maße die Mukosa-assoziierten Lymphknoten betroffen sind. Eine Analyse des Aktivierungsstatus der T-Zellen in den Tieren konnte zudem einen erhöhten Anteil sogenannter Effektor-Gedächtnis T-Zellen aufdecken, die charakteristische Merkmale eines Th2 Phänotyps zeigten. Erhöhte Titer des Antikörperisotyps IgE in den Seren von CK2βTreg-/- Mäusen suggerieren zusätzlich eine fehlerhafte Suppression speziell Th2-vermittelter Immunantworten durch CK2β-defiziente Tregs. In Th2-vermittelten Asthma Experimenten in vivo konnte der Verdacht der fehlerhaften Kontrolle von Th2-Antwort bestätigt werden, wobei zusätzlich aufgedeckt wurde, dass bereits unbehandelte CK2βTreg-/- Mäuse Zeichen einer Entzündungsreaktion in der Lunge aufweisen. Bei der Suche nach den molekularen Ursachen der fehlerhaften Suppression Th2-vermittelter Immunantworten durch CK2β-defiziente Tregs konnten zwei mögliche Erklärungsansätze gefunden werden. Zum einen zeigen CK2β-defiziente Tregs eine verringerte Expression von Foxp3, was, in Analogie zu Ergebnissen der Gruppe von R. Flavell (Wang Y.Y. Nature. 445, 766-770 (2007)), zu einer Konversion von Tregs zu Th2 Zellen und damit zur Entstehung eines Th2-basierten, autoimmunen Phänotyps führt. Des Weiteren weisen CK2β-defiziente Tregs eine reduzierte Expression des Transkriptionsfaktors IRF4 auf, der in Tregs entscheidend für die Kontrolle Th2-basierter Immunreaktionen ist (Zheng Y. Nature. 19; 351-356 (2009)). Die dargelegten Ergebnisse identifizieren die CK2 damit als Kinase, die entscheidend an der Treg-vermittelten Suppression speziell Th2-basierter Immunantworten beteiligt ist. Demnach könnten pharmakologische CK2 Inhibitoren beispielsweise dazu eingesetzt werden, um die Treg-vermittelte Suppression im Rahmen chronischer Parasiten-Infektionen aufzuheben. Die in CK2βTreg-/- Mäusen beobachtete Prävalenz der Funktion der CK2 für Mukosa-assoziierte Organe stellt dabei einen zusätzlichen Vorteil dar, weil systemische Nebenwirkungen, die durch die Blockade der Treg-vermittelte Suppression entstehen, zumindest in nicht-Mukosa-assoziierten Geweben nicht zu erwarten sind.rn

Proviral integration site for Moloney murine leukemia virus 1, but not phosphatidylinositol-3 kinase, is essential in the antiapoptotic signaling cascade initiated by IL-5 in eosinophils

BACKGROUND: Eosinophil differentiation, activation, and survival are largely regulated by IL-5. IL-5-mediated transmembrane signal transduction involves both Lyn-mitogen-activated protein kinases and Janus kinase 2-signal transducer and activator of transcription pathways. OBJECTIVE: We sought to determine whether additional signaling molecules/pathways are critically involved in IL-5-mediated eosinophil survival. METHODS: Eosinophil survival and apoptosis were measured in the presence and absence of IL-5 and defined pharmacologic inhibitors in vitro. The specific role of the serine/threonine kinase proviral integration site for Moloney murine leukemia virus (Pim) 1 was tested by using HIV-transactivator of transcription fusion proteins containing wild-type Pim-1 or a dominant-negative form of Pim-1. The expression of Pim-1 in eosinophils was analyzed by means of immunoblotting and immunofluorescence. RESULTS: Although pharmacologic inhibition of phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) by LY294002, wortmannin, or the selective PI3K p110delta isoform inhibitor IC87114 was successful in each case, only LY294002 blocked increased IL-5-mediated eosinophil survival. This suggested that LY294002 inhibited another kinase that is critically involved in this process in addition to PI3K. Indeed, Pim-1 was rapidly and strongly expressed in eosinophils after IL-5 stimulation in vitro and readily detected in eosinophils under inflammatory conditions in vivo. Moreover, by using specific protein transfer, we identified Pim-1 as a critical element in IL-5-mediated antiapoptotic signaling in eosinophils. CONCLUSIONS: Pim-1, but not PI3K, plays a major role in IL-5-mediated antiapoptotic signaling in eosinophils.

Human deoxycytidine kinase is located in the cell nucleus

Human deoxyribonucleoside kinases are required for the pharmacological activity of several clinically important anticancer and antiviral nucleoside analogs. Human deoxycytidine kinase and thymidine kinase 1 are described as cytosolic enzymes in the literature, whereas human deoxyguanosine kinase and thymidine kinase 2 are believed to be located in the mitochondria. We expressed the four human deoxyribonucleoside kinases as fusion proteins with the green fluorescent protein to study their intracellular locations in vivo. Our data showed that the human deoxycytidine kinase is located in the cell nucleus and the human deoxyguanosine kinase is located in the mitochondria. The fusion proteins between green fluorescent protein and thymidine kinases 1 and 2 were both predominantly located in the cytosol. Site-directed mutagenesis of a putative nuclear targeting signal, identified in the primary structure of deoxycytidine kinase, completely abolished nuclear import of the protein. Reconstitution of a deoxycytidine kinase-deficient cell line with the wild-type nuclear or the mutant cytosolic enzymes both restored sensitivity toward anticancer nucleoside analogs. This paper reports that a deoxyribonucleoside kinase is located in the cell nucleus and we discuss the implications for deoxyribonucleotide synthesis and phosphorylation of nucleoside analogs.

Stress-induced phosphorylation of STAT1 at Ser727 requires p38 mitogen-activated protein kinase whereas IFN-γ uses a different signaling pathway

STAT1 is an essential transcription factor for macrophage activation by IFN-γ and requires phosphorylation of the C-terminal Ser727 for transcriptional activity. In macrophages, Ser727 phosphorylation in response to bacterial lipopolysaccharide (LPS), UV irradiation, or TNF-α occurred through a signaling path sensitive to the p38 mitogen-activated protein kinase (p38 MAPK) inhibitor SB203580 whereas IFN-γ-mediated Ser727 phosphorylation was not inhibited by the drug. Consistently, SB203580 did not affect IFN-γ-mediated, Stat1-dependent transcription but inhibited its enhancement by LPS. Furthermore, LPS, UV irradiation, and TNF-α caused activation of p38 MAPK whereas IFN-γ did not. An essential role for p38 MAPK activity in STAT1 Ser727 phosphorylation was confirmed by using cells expressing an SB203580-resistant p38 MAPK. In such cells, STAT1 Ser727 phosphorylation in response to UV irradiation was found to be SB203580 insensitive. Targeted disruption of the mapkap-k2 gene, encoding a kinase downstream of p38 MAPK with a key role in LPS-stimulated TNF-α production and stress-induced heat shock protein 25 phosphorylation, was without a significant effect on UV-mediated Ser727 phosphorylation. The recombinant Stat1 C terminus was phosphorylated in vitro by p38MAPKα and β but not by MAPK-activated protein kinase 2. Janus kinase 2 activity, previously reported to be required for IFN-γ-mediated Ser727 phosphorylation, was not needed for LPS-mediated Ser727 phosphorylation, and activation of Janus kinase 2 did not cause the appearance of STAT1 Ser727 kinase activity. Our data suggest that STAT1 is phosphorylated at Ser727 by a stress-activated signaling pathway either through p38 MAPK directly or through an unidentified kinase downstream of p38MAPK.

Jun NH2-terminal kinase is constitutively activated in T cells transformed by the intracellular parasite Theileria parva

When T cells become infected by the parasite Theileria parva, they acquire a transformed phenotype and no longer require antigen-specific stimulation or exogenous growth factors. This is accompanied by constitutive interleukin 2 (IL-2) and IL-2 receptor expression. Transformation can be reversed entirely by elimination of the parasites using the specific drug BW720c. Extracellular signal-regulated kinase and jun NH2-terminal kinase (JNK) are members of the mitogen-activated protein kinase family, which play a central role in the regulation of cellular differentiation and proliferation and also participate in the regulation of IL-2 and IL-2 receptor gene expression. T. parva was found to induce an unorthodox pattern of mitogen-activated protein kinase expression in infected T cells. JNK-1 and JNK-2 are constitutively active in a parasite-dependent manner, but have altered properties. In contrast, extracellular signal-regulated kinase-2 is not activated even though its activation pathway is functionally intact. Different components of the T cell receptor (TCR)-dependent signal transduction pathways also were examined. The TCRζ or CD3ɛ chains were found not to be phosphorylated and T. parva-transformed T cells were resistant to inhibitors that block the early steps of T cell activation. Compounds that inhibit the progression of T cells to proliferation, however, were inhibitory. Our data provide the first example, to our knowledge, for parasite-mediated JNK activation, and our findings strongly suggest that T. parva not only lifts the requirement for antigenic stimulation but also entirely bypasses early TCR-dependent signal transduction pathways to induce continuous proliferation.

5-Lipoxygenase is phosphorylated by p38 kinase-dependent MAPKAP kinases

5-lipoxygenase (5-LO) catalyzes the initial steps in the formation of leukotrienes, a group of inflammatory mediators derived from arachidonic acid (AA). Here we describe that activation of p38 mitogen-activated protein kinase in human polymorphonuclear leukocytes and in Mono Mac 6 cells leads to activation of downstream kinases, which can subsequently phosphorylate 5-LO in vitro. Different agents activated the 5-LO kinase activities, including stimuli for cellular leukotriene biosynthesis (A23187, thapsigargin, N-formyl-leucyl-phenylalanine), compounds that up-regulate the capacity for leukotriene biosynthesis (phorbol 12-myristate 13-acetate, tumor necrosis factor α, granulocyte/macrophage colony-stimulating factor), and well known p38 stimuli as sodium arsenite and sorbitol. For all stimuli, 5-LO kinase activation was counteracted by SB203580 (3 μM or less), an inhibitor of p38 kinase. At least two p38-dependent 5-LO kinase activities were found. Based on migration properties in in-gel kinase assays and immunoreactivity, one of these was identified as mitogen-activated protein kinase-activated protein kinase 2 (MAPKAP kinase 2). The other appeared to be MAPKAP kinase 3; however, it could not be excluded that also other p38-dependent kinases contributed. When polymorphonuclear leukocytes were incubated with sodium arsenite (strong activator of 5-LO kinases), platelet-activating factor and exogenous AA, there was a 4-fold increase in 5-LO activity as compared with incubations with only platelet-activating factor and AA. This indicates that 5-LO phosphorylation can be one factor determining cellular 5-LO activity.

A premature-termination mutation in the Mus musculus cyclin-dependent kinase 3 gene

Our understanding of the mammalian cell cycle is due in large part to the analysis of cyclin-dependent kinase (CDK) 2 and CDK4/6. These kinases are regulated by E and D type cyclins, respectively, and coordinate the G1/S-phase transition. In contrast, little is known about CDK3, a homolog of CDK2 and cell division cycle kinase 2 (CDC2). Previous studies using ectopic expression of human CDK3 suggest a role for this kinase in the G1/S-phase transition, but analysis of the endogenous kinase has been stymied by the low levels of protein present in cells and by the absence of an identifiable cyclin partner. Herein we report the presence of a single point mutation in the CDK3 gene from several Mus musculus strains commonly used in the laboratory. This mutation results in the replacement of a conserved tryptophan (Trp-187) within kinase consensus domain IX with a stop codon. The protein predicted to be encoded by this allele is truncated near the T loop, which is involved in activation by CDK-activating kinase. This mutation also deletes motif XI known to be required for kinase function and is, therefore, expected to generate a null allele. In stark contrast, CDK3 from two wild-mice species (Mus spretus and Mus mus castaneus) lack this mutation. These data indicate that CDK3 is not required for M. musculus development and suggest that any functional role played by CDK3 in the G1/S-phase transition is likely to be redundant with another CDK.

Role of MEKK2-MEK5 in the regulation of TNF-α gene expression and MEKK2-MKK7 in the activation of c-Jun N-terminal kinase in mast cells

Cross-linking of the high-affinity IgE receptor (FcɛRI) on mast cells with IgE and multivalent antigen triggers mitogen-activated protein (MAP) kinase activation and cytokine gene expression. We report here that MAP kinase kinase 4 (MKK4) gene disruption does not affect either MAP kinase activation or cytokine gene expression in response to cross-linking of FcɛRI in embryonic stem cell-derived mast cells. MKK7 is activated in response to cross-linking of FcɛRI, and this activation is inhibited by MAP/ERK kinase (MEK) kinase 2 (MEKK2) gene disruption. In addition, expression of kinase-inactive MKK7 in the murine mast cell line MC/9 inhibits c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) activation in response to cross-linking of FcɛRI, whereas expression of kinase-inactive MKK4 does not affect JNK activation by this stimulus. However, FcɛRI-induced activation of the tumor necrosis factor-α (TNF-α) gene promoter is not affected by expression of kinase-inactive MKK7. We describe an alternative pathway by which MEKK2 activates MEK5 and big MAP kinase1/extracellular signal-regulated kinase 5 in addition to MKK7 and JNK, and interruption of this pathway inhibits TNF-α promoter activation. These findings suggest that JNK activation by antigen cross-linking is dependent on the MEKK2-MKK7 pathway, and cytokine production in mast cells is regulated in part by the signaling complex MEKK2-MEK5-ERK5.

Cloning of rat MEK kinase 1 cDNA reveals an endogenous membrane-associated 195-kDa protein with a large regulatory domain.

The coding sequence of rat MEK kinase 1 (MEKK1) has been determined from multiple, independent cDNA clones. The cDNA is full-length based on the presence of stop codons in all three reading frames of the 5' untranslated region. Probes from the 5' and the 3' coding sequences both hybridize to a 7-kb mRNA. The open reading frame is 4.5 kb and predicts a protein with molecular mass of 161,225 Da, which is twice the size of the previously published MEKK1 sequence and reveals 801 amino acids of novel coding sequence. The novel sequence contains two putative pH domains, two proline-rich regions, and a cysteine-rich region. Antisera to peptides derived from this new sequence recognize an endogenous protein in human and rodent cells of 195 kDa, consistent with the size of the expressed rat MEKK1 clone. Endogenous and recombinant rat MEKK1 are enriched in membranes; little of either is found in soluble fractions. Expression of recombinant rat MEKK1 leads to activation of three mitogen-activated protein kinase modules in the order c-Jun N-terminal kinase/stress-activated protein kinase > p38 mitogen-activated protein kinase = extracellular signal-regulated kinase 2.

Phosphorylation of the human leukemia inhibitory factor (LIF) receptor by mitogen-activated protein kinase and the regulation of LIF receptor function by heterologous receptor activation.

We used a bacterially expressed fusion protein containing the entire cytoplasmic domain of the human leukemia inhibitory factor (LIF) receptor to study its phosphorylation in response to LIF stimulation. The dose- and time-dependent relationships for phosphorylation of this construct in extracts of LIF-stimulated 3T3-L1 cells were superimposable with those for the stimulation of mitogen-activated protein kinase (MAPK). Indeed, phosphorylation of the cytoplasmic domain of the low-affinity LIF receptor alpha-subunit (LIFR) in Mono Q-fractionated, LIF-stimulated 3T3-L1 extracts occurred only in those fractions containing activated MAPK; Ser-1044 served as the major phosphorylation site in the human LIFR for MAPK both in agonist-stimulated 3T3-L1 lysates and by recombinant extracellular signal-regulated kinase 2 in vitro. Expression in rat H-35 hepatoma cells of LIFR or chimeric granulocyte-colony-stimulating factor receptor (G-CSFR)-LIFR mutants lacking Ser-1044 failed to affect cytokine-stimulated expression of a reporter gene under the control of the beta-fibrinogen gene promoter but eliminated the insulin-induced attenuation of cytokine-stimulated gene expression. Thus, our results identify the human LIFR as a substrate for MAPK and suggest a mechanism of heterologous receptor regulation of LIFR signaling occurring at Ser-1044.