Peroxisome proliferator activated receptor BETA/DELTA as a central player in the skin response to ultra-violets radiation

Previous studies in the lab of Dr. Liliane Michalik, have shown thai the nuclear hormone receptor Peroxisome Proliferator Activated Receptor beta/delta (PPARß/ö) is an important regulator of skin homeostasis, being involved in the regulation of keratinocyte differentiation, inflammation, apoptosis, arid mouse skin wound healing. Studies of PPARß/ö knock out mice have suggested a possible role for this receptor in cancer. However, contradictory observations of the role for PPARß/ö on tumor growth have been published, depending on cellular contexts and biological models. Given the controversial role of PPARß/ö in skin carcinoma development, the main aim of this PhD work has been to further explore the implication of PPARß/ö in skin response to UV and skin tumor growth. This PhD dissertation is divided in four chapters. The first chapter describes the core part of the project, where I explored the changes in miRNA expression in the skin upon chronic UV irradiation of PPARß/ö wild type and knock-out mice. This analysis shed light on a miRNA- PPARß/ö signature and also predicted thai miR-21-3p (previously named miR-21*) is a key regulator of the PPARß/ö-dependent UV response in the pre-lesiona! skin. Using mice acutely UV-irradiated, ! further demonstrated that miR-21-3p is indirectly regulated by PPARß/ö through activation of Transforming Growth Factor (TGFß)-1 under UV exposure. I also show that miR-21-3p is deregulated in human cutaneous squamous celi carcinoma. In cultured keratinocytes, application of a miR-21 -3p mimic oligonucleotide sequence leads to the regulation of lipid metabolism-related pathway. In the second chapter, I demonstrate that the usage of an mRNA/miRNA combined bioinformatics analysis leads to the discovery of important pathways involved in the PPARß/ö-miRNA response of the skin to chronic UV irradiation, indeed, I validated angiogenesis and lipid metabolism as important functions regulated by PPARß/ö in this context. In the third chapter, we demonstrate that PPARß/5 knockout mice have decreased cutaneous squamous cell carcinomas incidence compared to wild type mice and that PPARß/5 directly activates the cSrc kinase gene. In the last chapter, we review novel insights into PPAR functions in keratinocytes and liver, with emphasis on PPARß/ö but also on PPARa. In summary, this PhD study shows that i) PPARß/5 is able to regulate biological function through regulation of miRNAs, and specifically through miR-21-3p, the passenger miRNA of the oncomiR miR-21, and that ii) the PPARß/5-dependent skin response to UV involves the regulation of angiogenesis and lipid metabolism. Furthermore, the bioinformatics study highlights the relevance of performing integrated mRNA and miRNA genome-wide studies in order to better screen mRNAs and/or miRNAs of interest in the biological context of diseases. - Des études préalables dans le laboratoire du Dr. Liliane Michalik ont démontré que le récepteur nucléaire PPARß/5 est un régulateur important de l'homéostasie de la peau, étant impliqué dans la régulation de la différenciation des keratinocytes, dans l'inflammation, dans l'apoptose et dans la cicatrisation de la peau chez !a souris. L'étude de souris knock-out pour le gène PPARß/5, ont suggérées un rôle possible de ce récepteur dans le cancer. Cependant, des observations opposées ont été publiées suggérant un rôle pro- ou anti- cancer selon le tissue impliqué et le type- cellulaire. En considérant cette controverse autour du rôle de PPARß/5 dans le développement des cancers de la peau, le but principal de mon projet de recherche aura été d'approfondir l'exploration du rôle de PPARß/5 dans la réponse de la peau aux UVs et dans le développement du cancer. Cette dissertation de thèse est divisée en quatre parties. Une première partie, représentant le coeur de mon travail de recherche, décrit la découverte de l'implication des microRNAs (rniRNAs) dans la réponse aux UVs de PPARß/ö et plus spécifiquement l'implication du miRNA miR- 21 -3p (précédemment nommé miR-21*). En étudiant un modèle de souris irradiées de manière aigüe aux UVs, nous montrons que ia régulation de miR-21-3p est PPARß/ö-däpenaante et que cette régulation à lieu par l'intermédiaire du facteur de transcription TGFß-1. Dans des cultures de keratinocytes Humains, la transfecticn d'une séquence oligonucléotidique similaire à celle de miR-21-3p (mimic), montre l'implication de rniR-21-3p dans des fonctions importantes pour le développement des cancers telles que le métabolisme des lipides. Dans un second chapitre, nous montrons que l'usage d'une méthode bioinformatique combinant l'expression des ARN messagers et des miRNAs permet de mettre en évidence des fonctions biologiques importantes lors de ia réponse de PPARß/ö à l'irradiation chronique. L'angiogenèse, le stress oxydatif et le métabolisme des lipides font partie de ces fonctions régulées par PPARß/5 dans la peau irradiée aux UVs. Nous mettons également en évidence la régulation du gène LpcatS par PPARß/5 dans la peau irradiée aux UV ainsi que dans des keratinocytes humains suggérant un rôle pour PPARß/5 dans le remodelage des lipides membranaires. Dans une troisième partie, nous établissons un lien entre la régulation de l'oncogène Src et l'activation de PPARß/5 dans les carcinomes spinocellulaires de la peau. Finalement dans un quatrième chapitre, nous faisons une revue des dernières recherches portées sur le rôle de PPARß/5 et de PPARa dans le foie et ia peau. En résumé ce projet de thèse représente un avancement pour la recherche sur rimplication de PPARß/5 dans la réponse aux UVs de la peau. Pour la première fois, un lien est établi entre ce facteur de transcription et la régulation de microRNAs dans le cadre du carcinome spinocellulare. Jusqu'alors resté dans l'ombre de rniR-21-5p, miR-21-3p est en fait fortement augmenté à la fois dans un modèle de souris d'irradiation aux UVs ainsi que dans ie carcinome spinocellulare chez i'humain. De nouvelles fonctions biologiques pour PPARß/5 ont été également mises en évidence dans ce travail, comme la régulation de l'angiogenèse ou du métabolisme des lipides dans Sa peau. De plus cette dissertation valorise l'intérêt d'une association entre le travail de laboratoire et celui de la bioinformatique.

Protection from lethal Gram-negative bacterial sepsis by targeting Toll-like receptor 4

Rapport de synthèse : L'immunité innée regroupe les mécanismes moléculaires et cellulaires formant la première ligne de défense contre les infections microbiennes. La détection des micro-organismes pathogènes est assurée par des cellules sentinelles (cellules dendritiques et macrophages) qui jouent un rôle fondamental dans l'initiation des mécanismes de défense de l'hôte. Au contact de produits microbiens, ces cellules produisent un large échantillonnage de molécules, dont des cytokines, impliquées dans le développement de la réponse inflammatoire. La régulation de cette réponse relève d'un équilibre délicat, son insuffisance tant que son excès pouvant compromettre le devenir des patients infectés. La sepsis sévère et le choc septique représentent les formes les plus sévères d'infection, et leur mortalité demeure élevée (25 à 30% pour la sepsis sévère et 50 à 60% pour le choc septique). De plus, l'incidence de la sepsis tend à augmenter, atteignant en 2000 plus de 240 cas pour 100'000 personnes en Grande-Bretagne. La sepsis est caractérisée dans sa phase aiguë par une réponse inflammatoire exubérante. La plupart des thérapies visant à la bloquer ont toutefois montré des bénéfices incertains lors de leur application clinique. Il est donc impératif d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Les "Toll-like receptors" (TLRs) sont une famille de récepteurs qui jouent un rôle fondamental dans la détection des micro-organismes par les cellules du système immunitaire inné. Parmi eux, TLR4 est indispensable à la reconnaissance du lipopolysaccharide (LPS) des bactéries Gram-négatives. L'interaction entre TLR4 et le LPS représentant un élément précoce de la réponse de l'hôte à l'infection, nous avons émit l'hypothèse que TLR4 pourrait représenter une cible de choix en vue du développement de nouvelles thérapies contre la sepsis. Dans l'objectif de valider ce concept, nous avons, dans un premier temps, démontré que des souris génétiquement déficientes en TLR4 étaient totalement résistantes au choc septique induit par Escherichia coli (E. coli), une bactérie Gram-négative fréquemment responsable de sepsis. Forts de cette observation, nous avons développé une molécule recombinante composée du domaine extracellulaire de TLR4 fusionné à la partie IgGi-Fc. Cette molécule soluble, qui inhibait la réponse des macrophages au LPS in vitro, a été utilisée pour générer des anticorps anti-TLR4 chez le lapin. La spécificité et l'efficacité de ces anticorps ont été prouvées en démontrant que les anti-TLR4 bloquaient les signaux d'activation intracellulaire et la production de TNF et d'IL-6 en réponse au LPS et aux bactéries Gram-négatives in vitro et in vivo. Enfin, l'efficacité des ces anticorps a été testée dans des modèles de sepsis chez la souris. Ainsi, l'injection prophylactique (-lh) ou thérapeutique (+3h) d'anticorps anti-TLR4 réduisait la production de TNF et protégeait les animaux de la mort. De manière spectaculaire, ces anticorps réduisaient également la production de TNF et protégeaient de la sepsis à E. coli lorsqu'ils étaient administrés de manière prophylactique (-4h) et thérapeutique, jusqu'à 13 heures après l'initiation de l'infection. Ces résultats indiquent donc qu'il est possible de bloquer le développement de la réponse inflammatoire et de protéger du choc septique à bactéries Gram-négatives en utilisant des thérapies ciblant TLR4. Par ailleurs, ils suggèrent qu'une fenêtre d'opportunité de plusieurs heures pourrait être mise à profit pour initier un traitement chez les patients septiques. Ces résultats devraient encourager la poursuite des essais cliniques en cours qui visent à tester l'efficacité de thérapies dirigées contre TLR4 comme traitement complémentaire de la sepsis.

Novel action of a wake-promoting neuropeptide in hippocampus : inhibition of nmda receptor function at excitatory synapses through orexin-a

One of the most intriguing functions of the brain is the ability to learn and memorize. The mechanism through which memory and learning are expressed requires the activation of NMDA receptors (NMDARs). These molecular entities are placed at the postsynaptic density of excitatory synapses and their function is tightly controlled by the actions of several modulators at the extracellular, intracellular and pore sites. A large part of the intracellular modulation comes from the action of G-protein coupled receptors (GPCRs). Through intracellular cascades typically involving kinases and phosphatases, GPCRs potentiate or inhibit NMDARs, controlling the conductive state but also the trafficking within the synapse. The GPCRs are involved in the modulation of a variety of brain functions. Many of them control cognition, memory and learning performance, therefore, their effects on NMDARs are extensively studied. The orexinergic system signals through GPCRs and it is well known for the regulation of waking, feeding, reward and autonomic functions. Moreover, it is involved in potentiating hippocampus-related cognitive tasks. Orexin receptors and fibers are present within the hippocampus, but whether these directly modulate hippocampal cells and synapses has not yet been determined. During my thesis, I studied orexinergic actions on excitatory synaptic transmission via whole-cell patch-clamp recordings in rat acute hippocampal slices. I observed that exogenously applied orexin-A (ox-A) exerted a strong inhibitory action on NMDAR-mediated synaptic potentials at mossy fiber (MF)-CA3 synapses, by postsynaptically activating orexin-2 receptors, a minor inhibition at Schaffer collateral-CAl synapses and did not affect other synapses with the CA3 area. Moreover, I demonstrated that the susceptibility of NMDARs to ox- A depends on the tone of endogenous orexin known to fluctuate during the day-night cycle. In fact, in slices prepared during the active period of the rats, when endogenous orexin levels are high, NMDAR-currents were not affected by exogenously applied ox-A. The inhibitory effect of ox-A was, however, reverted when interfering with the orexinergic system through intraperitoneal injections of almorexant, a dual orexin receptor antagonist, during the active phase prior to slice preparation. This thesis work suggests that the orexinergic system regulates NMDAR-dependent information flow through select hippocampal pathways depending on the time-of-day. The specific orexinergic modulation of NMDARs at MFs dampens the excitability of the hippocampal circuit and could impede the mechanisms related to memory formation, possibly also following extended periods of waking. -- La capacité d'apprentissage et de mémorisation est une des fonctions les plus intrigantes de notre cerveau. Il a été montré qu'elles requièrent l'activation des récepteurs NMDA (NMDARs). Ces entités moléculaires sont présentes au niveau de la densité post-synaptique des synapses excitatrices et leur fonction est étroitement contrôlée par l'action de nombreux modulateurs au niveau extracellulaire, intracellulaire et membranaire de ces récepteurs. Une grande partie de la modulation intracellulaire s'effectue via l'action de récepteurs couplés aux protéines G (GPCRs). Grace à leurs cascades intracellulaires typiquement impliquant des kinases et des phosphatases, les GPCRs favorisent l'activation ou l'inhibition des NMDARs, contrôlant ainsi leur perméabilité mais aussi leur mouvement à la synapse. Les GPCRs sont impliquées dans de nombreuses fonctions cérébrales telles que la cognition, la mémoire ainsi que la capacité d'apprentissage c'est pour cela que leurs effets sur les NMDARs sont très étudiés. Le système orexinergique fait intervenir ces GPCRs et est connu par son rôle dans la régulation de fonctions physiologiques telles que l'éveil, la prise alimentaire, la récompense ainsi que d'autres fonctions du système nerveux autonome. De plus, ce système est impliqué dans la régulation de tâches cognitives liées à l'hippocampe. Bien que les fibres et les récepteurs à l'orexine soient présents dans l'hippocampe, leur mécanisme d'action sur les cellules et les synapses de l'hippocampe n'a pas encore été élucidé. Durant ma thèse, je me suis intéressée aux effets de l'orexine sur la transmission synaptique excitatrice en utilisant la méthode d'enregistrement en patch-clamp en configuration cellule entière sur des tranches aiguës d'hippocampes de rats. J'ai observé que l'application exogène d'orexine A d'une part inhibe fortement les courants synaptiques dépendants de l'activation des NMDARs au niveau de la synapse entre les fibres moussues et CA3 via l'activation post-synaptique des orexine récepteurs 2 mais d'autre part n'inhibe que de façon mineure la synapse entre les collatérales de Schaffer et CAI et n'affecte pas les autres synapses impliquant CA3. J'ai également démontré que la sensibilité des NMDARs à l'orexine A dépend de sa concentration endogène qui fluctue durant le cycle éveil-sommeil. En effet, lorsque les coupes d'hippocampes sont préparées durant la période active de l'animal correspondant à un niveau endogène d'orexine élevé, l'application exogène d'orexine A n'a aucun effet sur les courants dépendants de l'activation des NMDARs. Cependant, l'injection dans le péritoine, durant la phase active de l'animal, d'un antagoniste des orexine récepteurs, l'almorexant, va supprimer l'effet inhibiteur de l'orexine A. Les résultats de ma thèse suggèrent donc que le système orexinergique module les informations véhiculées par les NMDARs via des voies de signalisation sélectives de l'hippocampe en fonction du moment de la journée. La modulation orexinergique des NMDARs au niveau des fibres moussues diminue ainsi l'excitabilité du circuit hippocampal et pourrait entraver les mécanismes liés à la formation de la mémoire, potentiellement après de longues périodes d'éveil.

Low adiponectin is associated with increased ambulatory pulse pressure and activation of the renin-angiotensin system in subjects of African descent

Purpose: Adiponectin, arterial stiffness, as well components of the renin-angiotensin system are associated with cardiovascular risk. This study was aimed to investigate whether plasma adiponectin was directly linked with pulse pressure (PP), as a marker for arterial stiffness, and the renin-angiotensin system (RAS). Methods and materials: A family-based study in subjects of African descent enriched with hypertensive patients was carried out in the Seychelles. Fasting plasma adiponectin was determined by ELISA, plasma renin activity according to the antibody-trapping principle and plasma aldosterone by radioimmunoassay. Daytime ambulatory blood pressure (BP) was measured using Diasys Integra devices. PP was calculated as the difference between systolic and diastolic BP. The association of adiponectin with PP, plasma renin activity and plasma aldosterone were analyzed using generalized estimating equations with a gaussian family link and an exchangeable correlation structure to account for familial aggregation. Results: Data from 335 subjects from 73 families (152 men, 183 women) were available. Men and women had mean (SD) age of 45.4 ± 11.1 and 47.3 ± 12.4 years, BMI of 26.3 ± 4.4 and 27.8 ± 5.1 kg/m2, daytime systolic/diastolic BP of 132.6 ± 15.4 / 86.1 ± 10.9 and 130 ± 17.6 / 83.4 ± 11.1 mmHg, and daytime PP of 46.5 ± 9.9 and 46.7 ± 10.7 mmHg, respectively. Plasma adiponectin was 4.4± 3.04 ng/ml in men and 7.39 ± 5.44 ng/ml in women (P <0.001). After adjustment for age, sex and BMI, log-transformed adiponectin was negatively associated with daytime PP (-0.009 ± 0.003, P = 0.004), plasma renin activity (-0.248 ± 0.080, P = 0.002) and plasma aldosterone (-0.004 ± 0.002, P = 0.014). Conclusion: Low adiponectin is associated with increased ambulatory PP and RAS activation in subjects of African descent. Our data are consistent with the observation that angiotensin II receptor blockers increase adiponectin in humans.

Adapter and enzymatic functions of proteases in T-cell activation.

Proteases control many vital aspects of humoral and cellular immune responses, including the maturation of cytokines and the killing of target cells. Recently, it has become evident that triggering of the T-cell receptor controls T-cell proliferation through proteases such as mucosa-associated lymphoid tissue 1 (MALT1) and Caspase-8 that act both as adapters and enzymes. Here, we discuss the role of these and other proteases that are relevant to the control of the T-cell response and represent interesting targets of therapeutic immunomodulation.

Multifunctional roles for MALT1 in T-cell activation

The activation of T cells is vital to the successful elimination of pathogens, but can also have a deleterious role in autoimmunity and transplant rejection. Various signalling pathways are triggered by the T-cell receptor; these have key roles in the control of the T-cell response and represent interesting targets for therapeutic immunomodulation. Recent findings define MALT1 (mucosa-associated-lymphoid-tissue lymphoma-translocation gene 1) as a protein with proteolytic activity that controls T-cell activation by regulating key molecules in T-cell-receptor-induced signalling pathways

The human cytomegalovirus-encoded chemokine receptor US28 induces caspase-dependent apoptosis.

Viral subversion of apoptosis regulation plays an important role in the outcome of host/virus interactions. Although human cytomegalovirus (HCMV) encodes several immediate early (IE) antiapoptotic proteins (IE1, IE2, vMIA and vICA), no proapoptotic HCMV protein has yet been identified. Here we show that US28, a functional IE HCMV-encoded chemokine receptor, which may be involved in both viral dissemination and immune evasion, constitutively induces apoptosis in several cell types. In contrast, none of nine human cellular chemokine receptors, belonging to three different subfamilies, induced any significant level of apoptosis. US28-induced cell death involves caspase 10 and caspase 8 activation, but does not depend on the engagement of cell-surface death receptors of the tumour necrosis factor receptor/CD95 family. US28 cell-death induction is prevented by coexpression of C-FLIP, a protein that inhibits Fas-associated death domain protein (FADD)-mediated activation of caspase 10 and caspase 8, and by coexpression of the HCMV antiapoptotic protein IE1. The use of US28 mutants indicated that the DRY sequence of its third transmenbrane domain, required for constitutive G-protein signalling, and the US28 intracellular terminal domain required for constitutive US28 endocytosis, are each partially required for cell-death induction. Thus, in HCMV-infected cells, US28 may function either as a chemokine receptor, a phospholipase C activator, or a proapoptotic factor, depending on expression levels of HCMV and/or cellular antiapoptotic proteins.

Relationship between estrogen receptor alpha location and gene induction reveals the importance of downstream sites and cofactors.

BACKGROUND: To understand cancer-related modifications to transcriptional programs requires detailed knowledge about the activation of signal-transduction pathways and gene expression programs. To investigate the mechanisms of target gene regulation by human estrogen receptor alpha (hERalpha), we combine extensive location and expression datasets with genomic sequence analysis. In particular, we study the influence of patterns of DNA occupancy by hERalpha on expression phenotypes. RESULTS: We find that strong ChIP-chip sites co-localize with strong hERalpha consensus sites and detect nucleotide bias near hERalpha sites. The localization of ChIP-chip sites relative to annotated genes shows that weak sites are enriched near transcription start sites, while stronger sites show no positional bias. Assessing the relationship between binding configurations and expression phenotypes, we find binding sites downstream of the transcription start site (TSS) to be equally good or better predictors of hERalpha-mediated expression as upstream sites. The study of FOX and SP1 cofactor sites near hERalpha ChIP sites shows that induced genes frequently have FOX or SP1 sites. Finally we integrate these multiple datasets to define a high confidence set of primary hERalpha target genes. CONCLUSION: Our results support the model of long-range interactions of hERalpha with the promoter-bound cofactor SP1 residing at the promoter of hERalpha target genes. FOX motifs co-occur with hERalpha motifs along responsive genes. Importantly we show that the spatial arrangement of sites near the start sites and within the full transcript is important in determining response to estrogen signaling.

The role of the δ-opioid receptor in skin homeostasis and wound healing

Au regard des agressions environnementales constantes que la peau doit endurer, l'équilibre fragile entre l'expression et la répression des gènes épidermiques, nécessaire à la différentiation et la prolifération des kératinocytes, pourrait facilement être perturbé en l'absence des mécanismes de stabilisation robustes. La présence d'un système neuroendocrinien local est donc importante afin de coordonner une réponse aux éventuelles irritations. En effet, l'expression de plusieurs neurohormones, des neurotransmetteurs et des neuropeptides, y compris des dérivés pro-opiomélanocortine comme la ß-endorphine et [Met5]-enképhaline, ainsi que l'expression du récepteur 8-opioïde (DOR) a été démontré dans la peau. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels ils modulent la fonction des kératinocytes sont mal connus. Le présent travail démontre que la voie de signalisation DOR active spécifiquement la voie ERK 1/2 MAPK dans les lignées cellulaires de kératinocytes humains, inhibant la prolifération des cellules et entraîne une diminution de l'épaisseur épidermique dans un modèle organotypique de peau. De plus, l'expression de DOR retarde nettement l'induction de la kératine 10 (KRT 10) et la kératine 1 (KRT 1) dans une modèle 2D de différentiation in vitro, et supprime l'induction de KRT 10 dans un modèle organotypique de peau. Ceci est accompagné de la dérégulation de l'involucrine (IVL), la loricrine (LOR) et la fïlaggrin (FLG), résultant en une induction nettement réduite de leur expression lors de l'initiation de la différentiation in vitro. De plus, POU2F3 a été identifié comme un facteur de transcription régulant les gènes de différentiation des kératinocytes modulés par DOR. Il a été démontré que la régulation négative de POU2F3 via la voie DOR-ERK affecte les principaux aspects de la fonction des kératinocytes. Toutefois, il est évident que des facteurs supplémentaires influencent la fonctionnalité de la voie DOR elle-même. Le calcium et le contact cellule-cellule augmentent la quantité des récepteurs à la surface cellulaire des kératinocytes. Les kératinocytes dont les récepteurs sont internalisés ne répondent pas de la même manière que ceux possédant des récepteurs fonctionnels localisée à la membrane. Ce travail suggère que lors de signaux intrinsèques ou extrinsèques spécifiques, les kératinocytes sont capable de répondre via le système opioïdergique neuro-epidermique. Cette réponse doit être spatialement et temporairement contrôlée afin d'éviter un déséquilibre de l'homéostasie épidermique et un retard de cicatrisation. La compréhension de ce processus très complexe pourrait permettre à terme le développement de meilleurs traitements des affections cutanées pathologiques. En complément des études précédentes sur des souris DOR-défïcientes, ces données suggèrent que l'activation de DOR dans les kératinocytes humains influence la morphogenèse et l'homéostasie de l'épiderme, et pourrait jouer un rôle lors du processus de cicatrisation. - In view of the constant environmental assaults that the skin must endure, the delicate balance of an eloquent sequence of epidermal gene expression and repression, that is required for appropriate differentiation and proliferation of keratinocytes, might easily become derailed in the absence of robust stabilizing mechanisms. The presence of a local neuroendocrine system is thereby important to coordinate a response towards irritations. In fact, the expression of several neurohormones, neurotransmitters, and neuropeptides, including proopiomelanocortin derivatives, such as ß- endorphin and [Met5]-enkephalin has been shown in skin, as well as expression of the 6-opioid receptor (DOR). However, there is currently a lack of understanding of the molecular mechanisms by which their signalling modulates keratinocyte function. The present work demonstrates that DOR signalling specifically activates the ERK 1/2 MAPK pathway in human keratinocyte cell lines. This activation inhibits cell proliferation, resulting in decreased epidermal thickness in an organotypic skin model. Furthermore, DOR expression markedly delays induction of keratin intermediate filament Keratin 10 (KRT 10) and KRT 1 during in vitro differentiation, and abolishes the induction of KRT 10 in the organotypic skin model. This is accompanied by deregulation of involucrin (IVL), loricrin (LOR), and filaggrin (FLG), illustrated by a markedly reduced induction of their expression upon initiation of differentiation in vitro. Additionally, POU2F3 was identified as a transcription factor mediating the DOR induced regulation of keratinocyte differentiation related genes. It was revealed that DOR-mediated ERK-dependent downregulation of this factor affects key aspects of keratinocyte function. However, it is evident that additional triggers influence the functionality of the DOR itself. Calcium at concentrations above 0.1 mM and cell-cell contact both enhance the presence of receptor molecules on the keratinocytes cell surface. Keratinocytes with internalized receptor do not respond to DOR ligands in the same way as keratinocytes with a functional membrane localized receptor.

Peroxisome proliferator activated receptor-γ and the ubiquitin-proteasome system in colorectal cancer.

Peroxisome proliferator activated receptor-γ (PPARγ), a transcription factor of the nuclear receptor superfamily plays a significant role in colorectal cancer pathogenesis. In most experimental systems PPARγ activation has tumor suppressing effects in the colon. PPARγ is regulated at multiple levels by the ubiquitin-proteasome system (UPS). At a first level, UPS regulates PPARγ transcription. This regulation involves both PPARγ transcription specific factors and the general transcription machinery. At a second level UPS regulates PPARγ and its co-factors themselves, as PPARγ and many co-factors are proteasome substrates. At a third level of regulation, transduction pathways working in parallel but also having interrelations with PPARγ are regulated by the UPS, creating a network of regulation in the colorectal carcinogenesis-related pathways that are under UPS control. Activation of PPARγ transcription by direct pharmacologic activators and by stabilization of its molecule by proteasome inhibitors could be strategies to be exploited in colorectal cancer treatment.

Functional interaction between peroxisome proliferator-activated receptors-alpha and Mef-2C on human carnitine palmitoyltransferase 1beta (CPT1beta) gene activation

Muscle-type carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT1β) is considered to be the gene that controls fatty acid mitochondrial β-oxidation. A functional peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) responsive element (PPRE) and a myocite-specific (MEF2) site that binds MEF2A and MEF2C in the promoter of this gene had been previously identified. We investigated the roles of the PPRE and the MEF2 binding sites and the potential interaction between PPARα and MEF2C regulating the CPT1β gene promoter. Mutation analysis indicated that the MEF2 site contributed to the activation of the CPT1β promoter by PPAR in C2C12 cells. The reporter construct containing the PPRE and the MEF2C site was synergistically activated by co-expression of PPAR, retinoid X receptor (RXR) and MEF2C in non-muscle cells. Moreover, protein-binding assays demonstrated that MEF2C and PPAR specifically bound to one another in vitro. Also for the synergistic activation of the CPT1β gene promoter by MEF2C and PPARα-RXRα, a precise arrangement of its binding sites was essential.

Dlgh1 and Carma1 MAGUK proteins contribute to signal specificity downstream of TCR activation.

Mitogen-activated protein kinases (MAPKs), including p38 and c-Jun N-terminal kinase (JNK), have a key role in T cell receptor (TCR)-induced gene transcription but their precise mechanism of activation is not well understood. The findings of two recent papers provide new insight into the activation of p38 and JNK by the membrane-associated guanylate kinase (MAGUK) family members Dlgh1 and Carma1, respectively, and show how distinct MAGUK proteins control specific aspects of TCR-mediated MAPK activation.

The effect of mutations in the DRY motif on the constitutive activity and structural instability of the histamine H(2) receptor.

In previous studies we showed that the wild-type histamine H(2) receptor stably expressed in Chinese hamster ovary cells is constitutively active. Because constitutive activity of the H(2) receptor is already found at low expression levels (300 fmol/mg protein) this receptor is a relatively unique member of the G-protein-coupled receptor (GPCR) family and a useful tool for studying GPCR activation. In this study the role of the highly conserved DRY motif in activation of the H(2) receptor was investigated. Mutation of the aspartate 115 residue in this motif resulted in H(2) receptors with high constitutive activity, increased agonist affinity, and increased signaling properties. In addition, the mutant receptors were shown to be highly structurally instable. Mutation of the arginine 116 residue in the DRY motif resulted also in a highly structurally instable receptor; expression of the receptor could only be detected after stabilization with either an agonist or inverse agonist. Moreover, the agonist affinity at the Arg-116 mutant receptors was increased, whereas the signal transduction properties of these receptors were decreased. We conclude that the Arg-116 mutant receptors can adopt an active conformation but have a decreased ability to couple to or activate the G(s)-protein. This study examines the pivotal role of the aspartate and arginine residues of the DRY motif in GPCR function. Disruption of receptor stabilizing constraints by mutation in the DRY motif leads to the formation of active GPCR conformations, but concomitantly to GPCR instability.

Chemical probes that differentially modulate peroxisome proliferator-activated receptor alpha and BLTR, nuclear and cell surface receptors for leukotriene B(4).

Peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha)is a nuclear receptor for various fatty acids, eicosanoids, and hypolipidemic drugs. In the presence of ligand, this transcription factor increases expression of target genes that are primarily associated with lipid homeostasis. We have previously reported PPARalpha as a nuclear receptor of the inflammatory mediator leukotriene B(4) (LTB(4)) and demonstrated an anti-inflammatory function for PPARalpha in vivo (Devchand, P. R., Keller, H., Peters, J. M., Vazquez, M., Gonzalez, F. J., and Wahli, W. (1996) Nature 384, 39-43). LTB(4) also has a cell surface receptor (BLTR) that mediates proinflammatory events, such as chemotaxis and chemokinesis (Yokomizo, T., Izumi, T., Chang, K., Takuwa, Y., and Shimizu, T. (1997) Nature 387, 620-624). In this study, we report on chemical probes that differentially modulate activity of these two LTB(4) receptors. The compounds selected were originally characterized as synthetic BLTR effectors, both agonists and antagonists. Here, we evaluate the compounds as effectors of the three PPAR isotypes (alpha, beta, and gamma) by transient transfection assays and also determine whether the compounds are ligands for these nuclear receptors by coactivator-dependent receptor ligand interaction assay, a semifunctional in vitro assay. Because the compounds are PPARalpha selective, we further analyze their potency in a biological assay for the PPARalpha-mediated activity of lipid accumulation. These chemical probes will prove invaluable in dissecting processes that involve nuclear and cell surface LTB(4) receptors and also aid in drug discovery programs.

Activation of the NLRP3 inflammasome in dendritic cells induces IL-1beta-dependent adaptive immunity against tumors.

The therapeutic efficacy of anticancer chemotherapies may depend on dendritic cells (DCs), which present antigens from dying cancer cells to prime tumor-specific interferon-gamma (IFN-gamma)-producing T lymphocytes. Here we show that dying tumor cells release ATP, which then acts on P2X(7) purinergic receptors from DCs and triggers the NOD-like receptor family, pyrin domain containing-3 protein (NLRP3)-dependent caspase-1 activation complex ('inflammasome'), allowing for the secretion of interleukin-1beta (IL-1beta). The priming of IFN-gamma-producing CD8+ T cells by dying tumor cells fails in the absence of a functional IL-1 receptor 1 and in Nlpr3-deficient (Nlrp3(-/-)) or caspase-1-deficient (Casp-1(-/-)) mice unless exogenous IL-1beta is provided. Accordingly, anticancer chemotherapy turned out to be inefficient against tumors established in purinergic receptor P2rx7(-/-) or Nlrp3(-/-) or Casp1(-/-) hosts. Anthracycline-treated individuals with breast cancer carrying a loss-of-function allele of P2RX7 developed metastatic disease more rapidly than individuals bearing the normal allele. These results indicate that the NLRP3 inflammasome links the innate and adaptive immune responses against dying tumor cells.