The beta 2-Adrenoceptor Agonist Formoterol Improves Structural and Functional Regenerative Capacity of Skeletal Muscles From Aged Rat at the Early Stages of Postinjury

Skeletal muscles from old rats fail to completely regenerate following injury. This study investigated whether pharmacological stimulation of beta 2-adrenoceptors in aged muscles following injury could improve their regenerative capacity, focusing on myofiber size recovery. Young and aged rats were treated with a subcutaneous injection of beta 2-adrenergic agonist formoterol (2 mu g/kg/d) up to 10 and 21 days after soleus muscle injury. Formoterol-treated muscles from old rats evaluated at 10 and 21 days postinjury showed reduced inflammation and connective tissue but a similar number of regenerating myofibers of greater caliber when compared with their injured controls. Formoterol minimized the decrease in tetanic force and increased protein synthesis and mammalian target of rapamycin phosphorylation in old muscles at 10 days postinjury. Our results suggest that formoterol improves structural and functional regenerative capacity of regenerating skeletal muscles from aged rats by increasing protein synthesis via mammalian target of rapamycin activation. Furthermore, formoterol may have therapeutic benefits in recovery following muscle damage in senescent individuals.

Regulation of SRC-3 localization and dynamics by phosphorylation during ERα-dependent transcriptional activation

Transcription is controlled by promoter-selective transcriptional factors (TFs), which bind to cis-regulatory enhancers elements, termed hormone response elements (HREs), in a specific subset of genes. Regulation by these factors involves either the recruitment of coactivators or corepressors and direct interaction with the basal transcriptional machinery (1). Hormone-activated nuclear receptors (NRs) are well characterized transcriptional factors (2) that bind to the promoters of their target genes and recruit primary and secondary coactivator proteins which possess many enzymatic activities required for gene expression (1,3,4). In the present study, using single-cell high-resolution fluorescent microscopy and high throughput microscopy (HTM) coupled to computational imaging analysis, we investigated transcriptional regulation controlled by the estrogen receptor alpha (ERalpha), in terms of large scale chromatin remodeling and interaction with the associated coactivator SRC-3 (Steroid Receptor Coactivator-3), a member of p160 family (28) primary coactivators. ERalpha is a steroid-dependent transcriptional factor (16) that belongs to the NRs superfamily (2,3) and, in response to the hormone 17-ß estradiol (E2), regulates transcription of distinct target genes involved in development, puberty, and homeostasis (8,16). ERalpha spends most of its lifetime in the nucleus and undergoes a rapid (within minutes) intranuclear redistribution following the addition of either agonist or antagonist (17,18,19). We designed a HeLa cell line (PRL-HeLa), engineered with a chromosomeintegrated reporter gene array (PRL-array) containing multicopy hormone response-binding elements for ERalpha that are derived from the physiological enhancer/promoter region of the prolactin gene. Following GFP-ER transfection of PRL-HeLa cells, we were able to observe in situ ligand dependent (i) recruitment to the array of the receptor and associated coregulators, (ii) chromatin remodeling, and (iii) direct transcriptional readout of the reporter gene. Addition of E2 causes a visible opening (decondensation) of the PRL-array, colocalization of RNA Polymerase II, and transcriptional readout of the reporter gene, detected by mRNA FISH. On the contrary, when cells were treated with an ERalpha antagonist (Tamoxifen or ICI), a dramatic condensation of the PRL-array was observed, displacement of RNA Polymerase II, and complete decreasing in the transcriptional FISH signal. All p160 family coactivators (28) colocalize with ERalpha at the PRL-array. Steroid Receptor Coactivator-3 (SRC-3/AIB1/ACTR/pCIP/RAC3/TRAM1) is a p160 family member and a known oncogenic protein (4,34). SRC-3 is regulated by a variety of posttranslational modifications, including methylation, phosphorylation, acetylation, ubiquitination and sumoylation (4,35). These events have been shown to be important for its interaction with other coactivator proteins and NRs and for its oncogenic potential (37,39). A number of extracellular signaling molecules, like steroid hormones, growth factors and cytokines, induce SRC-3 phosphorylation (40). These actions are mediated by a wide range of kinases, including extracellular-regulated kinase 1 and 2 (ERK1-2), c-Jun N-terminal kinase, p38 MAPK, and IkB kinases (IKKs) (41,42,43). Here, we report SRC-3 to be a nucleocytoplasmic shuttling protein, whose cellular localization is regulated by phosphorylation and interaction with ERalpha. Using a combination of high throughput and fluorescence microscopy, we show that both chemical inhibition (with U0126) and siRNA downregulation of the MAP/ERK1/2 kinase (MEK1/2) pathway induce a cytoplasmic shift in SRC-3 localization, whereas stimulation by EGF signaling enhances its nuclear localization by inducing phosphorylation at T24, S857, and S860, known partecipants in the regulation of SRC-3 activity (39). Accordingly, the cytoplasmic localization of a non-phosphorylatable SRC-3 mutant further supports these results. In the presence of ERalpha, U0126 also dramatically reduces: hormone-dependent colocalization of ERalpha and SRC-3 in the nucleus; formation of ER-SRC-3 coimmunoprecipitation complex in cell lysates; localization of SRC-3 at the ER-targeted prolactin promoter array (PRL-array) and transcriptional activity. Finally, we show that SRC-3 can also function as a cotransporter, facilitating the nuclear-cytoplasmic shuttling of estrogen receptor. While a wealth of studies have revealed the molecular functions of NRs and coregulators, there is a paucity of data on how these functions are spatiotemporally organized in the cellular context. Technically and conceptually, our findings have a new impact upon evaluating gene transcriptional control and mechanisms of action of gene regulators.

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.

The characterization of the Atxn2-CAG42-knock-in mouse as a model for Spinocerebellar Ataxia Type 2

Die Ursache der neurodegenerativen Erkrankung Spinozerebelläre Ataxie Typ 2 (SCA2) ist eine expandierte Polyglutamin-Domäne im humanen ATXN2-Gen von normalerweise 22 auf über 31 CAGs. Von der Degeneration sind vorwiegend die zerebellären Purkinje Neuronen betroffen, in denen zunehmend zytoplasmatische Aggregate sichtbar werden. Auch wenn die genaue Funktion von ATXN2 und die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen noch immer ungeklärt sind, werden ein toxischer Funktionsgewinn sowie der Verlust der normalen Proteinfunktion als mögliche Ursachen diskutiert.rnUm ein wirklichkeitsgetreues Tiermodell für die SCA2 zu haben, wurde eine knock-in Maus generiert, deren einzelnes CAG im Atxn2-Gen durch 42 CAGs ersetzt wurde. Dieses Mausmodell ist durch eine stabile Vererbung der Expansion charakterisiert. Weiterhin zeigt sie ein verringertes Körpergewicht sowie eine spät beginnende motorische Inkoordination, was dem Krankheitsbild von SCA2 entspricht. rnIm Weiteren konnte gezeigt werden, dass, obwohl die Atxn2 mRNA-Spiegel in Großhirn und Kleinhirn erhöht waren, die Menge an löslichem ATXN2 im Laufe der Zeit abnahm und dies mit einem Auftreten an unlöslichem ATXN2 korrelierte. Dieser im Kleinhirn progressive Prozess resultierte schließlich in zytoplasmatischen Aggregaten innerhalb der Purkinje Neuronen alter Mäuse. Der Verlust an löslichem ATXN2 könnte Effekte erklären, die auf einen partiellen Funktionsverlust von ATXN2 zurückzuführen sind, wobei die Aggregatbildung einen toxischen Funktionsgewinn wiederspiegeln könnte. Neben ATXN2 wurde auch sein Interaktor PABPC1 zunehmend unlöslich. Während dies im Großhirn eine Erhöhung der PABPC1 mRNA- und löslichen Proteinspiegel zur Folge hatte, konnte keine kompensatorische Veränderung seiner mRNA und zudem eine Verminderung an löslichem PABPC1 im Kleinhirn beobachtet werden. Auch PABPC1 wurde in Aggregate sequestriert. Diese Unterschiede zwischen Großhirn und Kleinhirn könnten zu der spezifischen Vulnerabilität des Kleinhirns beitragen.rnUm die Folgen auf mRNA-Prozessierung zu untersuchen, wurde ein Transkriptomprofil im mittleren sowie fortgeschrittenen Alter der Mäuse erstellt. Hierbei war eine erhöhte Expression von Fbxw8 im Kleinhirn alter Mäuse auffällig. Als Komponente eines Ubiquitin-E3-Ligase-Komplexes, hilft FBXW8 in der Degradierung von Zielproteinen und könnte somit die Toxizität des expandieren ATXN2 verringern. rnZur näheren Beschreibung der physiologischen Funktion von ATXN2, konnte in ATXN2-knock-out Mäusen gezeigt werden, dass das Fehlen von ATXN2 zu einer reduzierten globalen Proteinsyntheserate führte und somit eine Rolle als Translationsaktivator möglich erscheint. Kompensatorisch wurde eine erhöhte S6-Phosphorylierung gemessen.

Funktionelle Analyse der Plasmamembran-Ca 2+-ATPase 2 -PMCA2- in Modellen der Neurodegeneration

Calcium (Ca2+) ist ein ubiquitär vorkommendes Signalmolekül, das an der Regulation zahlreicher zellulärer Prozesse, von der Proliferation bis zum programmierten Zelltod, beteiligt ist. Daher müssen die intrazellulären Ca2+-Spiegel streng kontrolliert werden. Veränderungen der Ca2+-Homöostase während der altersassoziierten Neurodegeneration können dazu beitragen, dass Neuronen vulnerabler sind. So wurden erhöhte Ca2+-Konzentrationen in gealterten Neuronen, begleitet von einer erhöhten Vulnerabilität, beobachtet (Hajieva et al., 2009a). Weiterhin wird angenommen, dass der selektive Untergang von dopaminergen Neuronen bei der Parkinson Erkrankung auf eine erhöhte Ca2+-Last zurückzuführen sein könnte, da diese Neuronen einem ständigen Ca2+-Influx,rnaufgrund einer besonderen Isoform (CaV 1.3) spannungsgesteuerter Ca2+-Kanäle des L-Typs, ausgesetzt sind (Chan et al., 2007). Bislang wurden die molekularen Mechanismen, die einem Ca2+-Anstieg zu Grunde liegen und dessen Auswirkung jedoch nicht vollständig aufgeklärt und daher in der vorliegenden Arbeit untersucht. Um Veränderungen der Ca2+-Homöostase während der altersassoziiertenrnNeurodegeneration zu analysieren wurden primäre Mittelhirnzellen aus Rattenembryonen und SH-SY5Y-Neuroblastomazellen mit dem Neurotoxin 1-Methyl-4-Phenyl-Pyridin (MPP+), das bei der Etablierung von Modellen der Parkinson-Erkrankung breite Anwendung findet, behandelt. Veränderungen der intrazellulären Ca2+-Konzentration wurden mit einem auf dem grün fluoreszierenden Protein (GFP)-basierten Ca2+-Indikator,rn„Cameleon cpYC 3.6“ (Nagai et al., 2004), ermittelt. Dabei wurde in dieser Arbeit gezeigt, dass MPP+ die Abregulation der neuronenspezifischen ATP-abhängigen Ca2+-Pumpe der Plasmamembran (PMCA2) induziert, die mit der Ca2+-ATPase des endoplasmatischen Retikulums (SERCA) und dem Na+/Ca2+-Austauscher (NCX) das zelluläre Ca2+-Effluxsystem bildet, was zu einer erhöhten zytosolischen Ca2+-Konzentration führt. Die PMCA2-Abnahme wurde sowohl auf Transkriptionsebene als auch auf Proteinebene demonstriert, während keine signifikanten Veränderungen der SERCA- und NCX-Proteinmengen festgestellt wurden. Als Ursache der Reduktion der PMCA2-Expression wurde eine Abnahme des Transkriptionsfaktors Phospho-CREB ermittelt, dessen Phosphorylierungsstatus abhängig von der Proteinkinase A (PKA) war. Dieser Mechanismus wurde einerseits unter MPP+-Einfluss und andererseits vermittelt durch endogene molekulare Modulatoren gezeigt. Interessanterweise konnten die durch MPP+ induzierte PMCA2-Abregulation und der zytosolische Ca2+-Anstieg durch die Aktivierung der PKA verhindert werden. Parallel dazu wurde eine MPP+-abhängige verringerte mitochondriale Ca2+-Konzentration nachgewiesen, welche mit einer Abnahme des mitochondrialen Membranpotentials korrelierte. Darüber hinaus kam es als Folge der PMCA2-Abnahme zu einem verminderten neuronalen Überleben.rnVeränderungen der Ca2+-Homöostase wurden auch während der normalen Alterung inrnprimären Fibroblasten und bei Mäusen nachgewiesen. Dabei wurden verringerte PMCA und SERCA-Proteinmengen in gealterten Fibroblasten, einhergehend mit einem Anstieg der zytosolischen Ca2+-Konzentration demonstriert. Weiterhin wurden verringerte PMCA2-Proteinmengen im Mittelhirn von gealterten Mäusen (C57B/6) detektiert.rnDer zelluläre Ca2+-Efflux ist somit sowohl im Zuge der physiologischen Alterung als auch in einem altersbezogenen Krankheitsmodell beeinträchtigt, was das neuronale Überleben beeinflussen kann. In zukünftige Studien soll aufgeklärt werden, welche Auswirkungen einer PMCA2-Reduktion genau zu dem Verlust von Neuronen führen bzw. ob durch eine PMCA2-Überexpression neurodegenerative Prozesse verhindert werden können.

Regulation von "Silent mating type information regulation 2 homolog Type" 1 (SIRT1) durch die nach DNA-Schaden induzierte Kinase "Homeodomain-interaction kinase" (HIPK2)

"Silent mating type information regulation 2 Type" 1 (SIRT1), das humane Homolog der NAD+-abhängigen Histondeacetylase Sir2 aus Hefe, besitzt Schlüsselfunktionen in der Regulation des Metabolismus, der Zellalterung und Apoptose. Letztere wird vor allem durch die Deacetylierung von p53 an Lys382 und der dadurch verringerten Transkription proapoptotischer Zielgene vermittelt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die SIRT1 Regulation im Zusammenhang mit der DNA-Schadensantwort untersucht.rnIn der Apoptoseregulation übernimmt die Serin/Threonin-Kinase "Homeodomain interacting protein kinase" 2 (HIPK2) eine zentrale Rolle und daher wurde die SIRT1 Modifikation und Regulation durch HIPK2 betrachtet. Durch Phosphorylierung des Tumorsuppressorproteins p53 an Ser46 aktiviert HIPK2 das Zielprotein und induziert die Transkription proapoptotischer Zielgene von p53. Es wurde beschrieben, dass HIPK2 nach DNA-Schädigung über einen bisher unbekannten Mechnismus die Acetylierung von p53 potenzieren kann.rnIn der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass SIRT1 von HIPK2 in vitro und in Zellen an Serin 27 und 682 phosphoryliert wird. Weiterhin ist die Interaktion von SIRT1 mit HIPK2 sowie die SIRT1 Phosphorylierung an Serin 682 durch DNA-schädigende Adriamycinbehandlung erhöht. Es gibt Hinweise, dass HIPK2 die Expression von SIRT1 reguliert, da HIPK2 RNA-Interferenz zur Erniedrigung der SIRT1 Protein- und mRNA-Mengen führt.rnEin weiterer interessanter Aspekt liegt in der Beobachtung, dass Ko-Expression von PML-IV, welches SIRT1 sowie HIPK2 in PML-Kernkörper rekrutiert, die SIRT1 Phosphorylierung an Serin 682 verstärkt. Phosphorylierung von SIRT1 an Serin 682 interferiert wiederum mit der SUMO-1 Modifikation, welche für die Lokalisation in PML-Kernkörpen wichtig ist.rnBemerkenswerterweise reduziert die DNA-schadendsinduzierte SIRT1 Phosphorylierung die Bindung des SIRT1 Ko-Aktivators AROS, beeinflusst aber nicht diejenige des Inhibitors DBC1. Dies führt zur Reduktion der enzymatischen Aktivität von SIRT1 und der darausfolgenden weniger effizienten Deacetylierung des Zielproteins p53.rnDurch die von mir in der vorliegenden Promotionsarbeit erzielten Ergebnisse konnte ein neuer molekularer Mechanismus entschlüsselt werden, welcher die durch HIPK2 modulierte Acetylierung von p53 und die daran anschließende Induktion der Apoptose beschreibt.rnHIPK2-vermittelte SIRT1 Phosphorylierung resultiert in einer verminderten Deacetylasefunktion von SIRT1 und führt so zu einer verstärkten acetylierungsinduzierten Expression proapoptotischer p53 Zielgene.

Activation of sphingosine kinase 2 is an endogenous protective mechanism in cerebral ischemia

The two ubiquitously expressed sphingosine kinases (SphK) 1 and 2 are key regulators of the sphingolipid signaling pathway. Despite the formation of an identical messenger, i.e. sphingosine 1-phosphate (S1P), they exert strikingly different functions. Particularly, SphK2 is necessary for the phosphorylation of the sphingosine analog fingolimod (FTY720), which is protective in rodent stroke models. Using gene deficient mice lacking either SphK1 or SphK2, we investigated the role of the two lipid kinases in experimental stroke. We performed 2h transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO) and analyzed lesion size and neurological function after 24h. Treatment groups received 1mg/kg FTY720. Neutrophil infiltration, microglia activation, mRNA and protein expression of SphK1, SphK2 and the S1P(1) receptor after tMCAO were studied. Genetic deletion of SphK2 but not SphK1 increased ischemic lesion size and worsened neurological function after tMCAO. The protective effect of FTY720 was conserved in SphK1(-/-) mice but not in SphK2(-/-) mice. This suggests that SphK2 activity is an important endogenous protective mechanism in cerebral ischemia and corroborates that the protective effect of FTY720 is mediated via phospho-FTY720.

Phosphorylation of sst2 receptors in neuroendocrine tumors after octreotide treatment of patients

Somatostatin analogues, which are used to treat neuroendocrine tumors, target the high levels of somatostatin receptor subtype 2 (SSTR1; alias sst2) expressed in these cancers. However, some tumors are resistant to somatostatin analogues, and it is unknown whether the defect lies in sst2 activation or downstream signaling events. Because sst2 phosphorylation occurs rapidly after receptor activation, we examined whether sst2 is phosphorylated in neuroendocrine tumors. The sst2 receptor phosphorylation was evaluated by IHC and Western blot analysis with the new Ra-1124 antibody specific for the sst2 receptor phosphorylated at Ser341/343 in receptor-positive neuroendocrine tumors obtained from 10 octreotide-treated and 7 octreotide-naïve patients. The specificity, time course, and subcellular localization of sst2 receptor phosphorylation were examined in human embryo kinase-sst2 cell cultures by immunofluorescence and confocal microscopy. All seven octreotide-naïve tumors displayed exclusively nonphosphorylated cell surface sst2 expression. In contrast, 9 of the 10 octreotide-treated tumors contained phosphorylated sst2 that was predominantly internalized. Western blot analysis confirmed the IHC data. Octreotide treatment of human embryo kinase-sst2 cells in culture demonstrated that phosphorylated sst2 was localized at the plasma membrane after 10 seconds of stimulation and was subsequently internalized into endocytic vesicles. These data show, for the first time to our knowledge, that phosphorylated sst2 is present in most gastrointestinal neuroendocrine tumors from patients treated with octreotide but that a striking variability exists in the subcellular distribution of phosphorylated receptors among such tumors.

Inhibition of indoleamine 2,3-dioxygenase in mixed lymphocyte reaction affects glucose influx and enzymes involved in aerobic glycolysis and glutaminolysis in alloreactive T-cells

Indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO) suppresses adaptive immunity. T-cell proliferation and differentiation to effector cells require increased glucose consumption, aerobic glycolysis and glutaminolysis. The effect of IDO on the above metabolic pathways was evaluated in alloreactive T-cells. Mixed lymphocyte reaction (MLR) in the presence or not of the IDO inhibitor, 1-DL-methyl-tryptophane (1-MT), was used. In MLRs, 1-MT decreased tryptophan consumption, increased cell proliferation, glucose influx and lactate production, whereas it decreased tricarboxylic acid cycle activity. In T-cells, from the two pathways that could sense tryptophan depletion, i.e. general control nonrepressed 2 (GCN2) kinase and mammalian target of rapamycin complex 1, 1-MT reduced only the activity of the GCN2 kinase. Additionally 1-MT treatment of MLRs altered the expression and/or the phosphorylation state of glucose transporter-1 and of key enzymes involved in glucose metabolism and glutaminolysis in alloreactive T-cells in a way that favors glucose influx, aerobic glycolysis and glutaminolysis. Thus in alloreactive T-cells, IDO through activation of the GCN2 kinase, decreases glucose influx and alters key enzymes involved in metabolism, decreasing aerobic glycolysis and glutaminolysis. Acting in such a way, IDO could be considered as a constraining factor for alloreactive T-cell proliferation and differentiation to effector T-cell subtypes.

Aggretin, a heterodimeric C-type lectin from Calloselasma rhodostoma (malayan pit viper), stimulates platelets by binding to alpha 2beta 1 integrin and glycoprotein Ib, activating Syk and phospholipase Cgamma 2, but does not involve the glycoprotein VI/Fc receptor gamma chain collagen receptor

Aggretin, a potent platelet activator, was isolated from Calloselasma rhodostoma venom, and 30-amino acid N-terminal sequences of both subunits were determined. Aggretin belongs to the heterodimeric snake C-type lectin family and is thought to activate platelets by binding to platelet glycoprotein alpha(2)beta(1). We now show that binding to glycoprotein (GP) Ib is also required. Aggretin-induced platelet activation was inhibited by a monoclonal antibody to GPIb as well as by antibodies to alpha(2)beta(1). Binding of both of these platelet receptors to aggretin was confirmed by affinity chromatography. No binding of other major platelet membrane glycoproteins, in particular GPVI, to aggretin was detected. Aggretin also activates platelets from Fc receptor gamma chain (Fcgamma)-deficient mice to a greater extent than those from normal control mice, showing that it does not use the GPVI/Fcgamma pathway. Platelets from Fcgamma-deficient mice expressed fibrinogen receptors normally in response to collagen, although they did not aggregate, indicating that these platelets may partly compensate via other receptors including alpha(2)beta(1) or GPIb for the lack of the Fcgamma pathway. Signaling by aggretin involves a dose-dependent lag phase followed by rapid tyrosine phosphorylation of a number of proteins. Among these are p72(SYK), p125(FAK), and PLCgamma2, whereas, in comparison with collagen and convulxin, the Fcgamma subunit neither is phosphorylated nor coprecipitates with p72(SYK). This supports an independent, GPIb- and integrin-based pathway for activation of p72(SYK) not involving the Fcgamma receptor.

Angiopoietin-1 and angiopoietin-2 share the same binding domains in the Tie-2 receptor involving the first Ig-like loop and the epidermal growth factor-like repeats

Angiopoietin-1 (Ang-1) and angiopoietin-2 (Ang-2) have been identified as ligands with different effector functions of the vascular assembly and maturation-mediating receptor tyrosine kinase Tie-2. To understand the molecular interactions of the angiopoietins with their receptor, we have studied the binding of Ang-1 and Ang-2 to the Tie-2 receptor. Enzyme-linked immunosorbent assay-based competition assays and co-immunoprecipitation experiments analyzing the binding of Ang-1 and Ang-2 to truncation mutants of the extracellular domain of Tie-2 showed that the first Ig-like loop of Tie-2 in combination with the epidermal growth factor (EGF)-like repeats (amino acids 1-360) is required for angiopoietin binding. The first Ig-like domain or the EGF-like repeats alone are not capable of binding Ang-1 and Ang-2. Concomitantly, we made the surprising finding that Tie-2 exon-2 knockout mice do express a mutated Tie-2 protein that lacks 104 amino acids of the first Ig-like domain. This mutant Tie-2 receptor is functionally inactive as shown by the lack of ligand binding and receptor phosphorylation. Collectively, the data show that the first 104 amino acids of the Tie-2 receptor are essential but not sufficient for angiopoietin binding. Conversely, the first 360 amino acids (Ig-like domain plus EGF-like repeats) of the Tie-2 receptor are necessary and sufficient to bind both Ang-1 and Ang-2, which suggests that differential receptor binding is not likely to be responsible for the different functions of Ang-1 and Ang-2.

VE-PTP and VE-cadherin ectodomains interact to facilitate regulation of phosphorylation and cell contacts

VE-cadherin is the essential adhesion molecule in endothelial adherens junctions, and the regulation of protein tyrosine phosphorylation is thought to be important for the control of adherens junction integrity. We show here that VE-PTP (vascular endothelial protein tyrosine phosphatase), an endothelial receptor-type phosphatase, co-precipitates with VE-cadherin, but not with beta-catenin, from cell lysates of transfected COS-7 cells and of endothelial cells. Co-precipitation of VE-cadherin and VE-PTP required the most membrane-proximal extracellular domains of each protein. Expression of VE-PTP in triple-transfected COS-7 cells and in CHO cells reversed the tyrosine phosphorylation of VE-cadherin elicited by vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR-2). Expression of VE-PTP under an inducible promotor in CHO cells transfected with VE-cadherin and VEGFR-2 increased the VE-cadherin-mediated barrier integrity of a cellular monolayer. Surprisingly, a catalytically inactive mutant form of VE-PTP had the same effect on VE-cadherin phosphorylation and cell layer permeability. Thus, VE-PTP is a transmembrane binding partner of VE-cadherin that associates through an extracellular domain and reduces the tyrosine phosphorylation of VE-cadherin and cell layer permeability independently of its enzymatic activity.

Functional interaction of vascular endothelial-protein-tyrosine phosphatase with the angiopoietin receptor Tie-2

During development of the vertebrate vascular system essential signals are transduced via protein-tyrosine phosphorylation. Null-mutations of receptor-tyrosine kinase (RTK) genes expressed in endothelial cells (ECs) display early lethal vascular phenotypes. We aimed to identify endothelial protein-tyrosine phosphatases (PTPs), which should have similar importance in EC-biology. A murine receptor-type PTP was identified by a degenerated PCR cloning approach from endothelial cells (VE-PTP). By in situ hybridization this phosphatase was found to be specifically expressed in vascular ECs throughout mouse development. In experiments using GST-fusion proteins, as well as in transient transfections, trapping mutants of VE-PTP co-precipitated with the Angiopoietin receptor Tie-2, but not with the Vascular Endothelial Growth Factor receptor 2 (VEGFR-2/Flk-1). In addition, VE-PTP dephosphorylates Tie-2 but not VEGFR-2. We conclude that VE-PTP is a Tie-2 specific phosphatase expressed in ECs, and VE-PTP phosphatase activity serves to specifically modulate Angiopoietin/Tie-2 function. Based on its potential role as a regulator of blood vessel morphogenesis and maintainance, VE-PTP is a candidate gene for inherited vascular malformations similar to the Tie-2 gene.

Tie2 receptor expression and phosphorylation in cultured cells and mouse tissues

Accumulating experimental evidence indicates that endothelial cell growth and blood vessel morphogenesis are processes that are governed by the activity of specifically expressed receptor tyrosine kinases (RTKs). We have used two new rat monoclonal antibodies (mAbs) to study the expression and phosphorylation of one such receptor, mouse Tie2 (tyrosine kinase that contains immunoglobulin-like loops and epidermal-growth-factor-similar domains 2]), in transfected cells, endothelioma cell lines and mouse tissues. The Tie2 receptor was found to be constitutively autophosphorylated when over-expressed in COS7 cells. In contrast, the endogenous Tie2 protein was not phosphorylated in endothelioma cell lines. However, in these cell lines, Tie2 could be induced to become tyrosine phosphorylated, and this activation was found to be independent of Tie1. Studying Tie2 receptor activity during angiogenesis in mouse development, the receptor was only weakly phosphorylated in the early postnatal mouse brain whereas a stronger activation could be detected in mouse embryos at day 10.5 post coitum.

Regulation of Foxo-1 and the angiopoietin-2/Tie2 system by shear stress

Transcription factor Foxo-1 can be inactivated via Akt-mediated phosphorylation. Since shear stress activates Akt, we determined whether Foxo-1 and the Foxo-1-dependent, angiogenesis-related Ang-2/Tie2-system are influenced by shear stress in endothelial cells. Expression of Foxo-1 and its target genes p27Kip1 and Ang-2 was decreased under shear stress (6dyn/cm(2), 24h), nuclear exclusion of Foxo-1 by phosphorylation increased. eNOS and Tie2 were upregulated. No effects on Ang-1 expression were detected. In conclusion, Foxo-1 and Ang-2/Tie2 are part of the molecular response to shear stress, which may regulate angiogenesis.