982 resultados para Cyclin-dependent Kinases
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TGF-ß1 regulates both cellular growth and phenotypic plasticity important for maintaining a growth advantage and increased invasiveness in progressively malignant cells. Recent studies indicate that TGF-ß-1 stimulates the conversion of epitheliod to fibroblastoid phenotype which presumably leads to the inactivation of growth-inhibitory effects by TGF-ß1 (Portella et al. (1998) Cell Growth and Differentiation, 9: 393-404). Therefore, the investigation of TGF-ß1 signaling that leads to altered growth and migration may provide novel targets for the prevention of increased cell growth and invasion. Although much attention has been paid to TGF-ß1 responses in epithelial cells, the above studies suggest that examination of signal transduction pathways in fibroblasts are important as well. Data from our laboratory are consistent with the concept that TGF-ß1 can act as a regulatory switch in density-dependent C3H 10T1/2 fibroblasts capable of either promoting or delaying G1 traverse. The regulation of this switch is proposed to occur prior to pRb phosphorylation, namely prior to activation of cyclin-dependent kinases. The current study is concerned with the evaluation of a key cyclin (cyclin D1) which activates cdk4 and p27KIP1 which in turn inhibit cdk2 in the proliferative responses of epidermal growth factor (EGF) and platelet-derived growth factor (PDGF) and their modulation by TGF-ß1. Although the molecular events that lead to elevation of cyclin D1 are not completely understood, it appears likely that activation of p42/p44MAPK kinases is involved in its transcriptional regulation. TGF-ß1 delayed EGF- or PDGF-induced cyclin D1 expression and blocked the induction of active p42/p44MAPK. The mechanism by which TGF-ß1 induces a block in p42/p44MAPK activation is being examined and the possibility that TGF-ß1 regulates phosphatase activity is being tested.
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L'assemblage des nucléosomes est étroitement couplée à la synthèse des histones ainsi qu’à la réplication et la réparation de l’ADN durant la phase S. Ce processus implique un mécanisme de contrôle qui contribue soigneusement et de manière régulée à l’assemblage de l’ADN en chromatine. L'assemblage des nucléosomes durant la synthèse de l’ADN est crucial et contribue ainsi au maintien de la stabilité génomique. Cette thèse décrit la caractérisation par spectrométrie de masse(SM) des protéines jouant un rôle critique dans l’assemblage et le maintien de la structure chromatinienne. Plus précisément, la phosphorylation de deux facteurs d’assemblage des nucléosome, le facteur CAF-1, une chaperone d’histone qui participe à l'assemblage de la chromatine spécifiquement couplée à la réplication de l'ADN, ainsi que le complexe protéique Hir, jouant de plus un rôle important dans la régulation transcriptionelle des gènes d’histones lors de la progression normale du cycle cellulaire et en réponse aux dommages de l'ADN, a été examiné. La caractérisation des sites de phosphorylation par SM nécéssite la séparation des protéines par éléctrophorèse suivi d’une coloration a l’argent. Dans le chapitre 2, nous demontrons que la coloration à l’argent induit un artéfact de sulfatation. Plus précisément, cet artéfact est causé par un réactif spécifiquement utilisé lors de la coloration. La sulfatation présente de fortes similitudes avec la phosphorylation. Ainsi, l’incrément de masse observé sur les peptides sulfatés et phosphorylés (+80 Da) nécéssite des instruments offrant une haute résolution et haute précision de masse pour différencier ces deux modifications. Dans les chapitres 3 et 4, nous avons d’abord démontré par SM que Cac1, la plus grande sous-unité du facteur CAF-1, est cible de plusieurs sites de phosphorylation. Fait intéréssant, certains de ces sites contiennent des séquences consensus pour les kinases Cdc7-Dbf4 et CDKs. Ainsi, ces résultats fournissent les premières évidences que CAF-1 est potentiellement régulé par ces deux kinases in vivo. La fonction de tous les sites de phosphorylation identifiés a ensuite été évaluée. Nous avons démontré que la phosphorylation de la Ser-503, un site consensus de la DDK, est essentielle à la répréssion transcriptionelle des gènes au niveau des télomères. Cependant, cette phosphorylation ne semble pas être nécéssaire pour d’autres fonctions connues de CAF-1, indiquant que le blocage de la phsophorylation de Cac1 Ser-503 affecte spécifiquement la fonction de CAF-1 aux structures hétérochromatiques des télomères. Ensuite, nous avons identifiés une intéraction physique entre CAF-1 et Cdc7-Dbf4. Des études in vitro ont également demontré que cette kinase phosphoryle spécifiquement Cac1 Ser-503, suggérant un rôle potential pour la kinase Cdc7-Dbf4 dans l’assemblage et la stabilité de la structure hétérochromatique aux télomères. Finalement, les analyses par SM nous ont également permi de montrer que la sous-unité Hpc2 du complexe Hir est phosphorylée sur plusieurs sites consensus des CDKs et de Cdc7-Dbf4. De plus, la quantification par SM d’un site spécifique de phosphorylation de Hpc2, la Ser-330, s’est révélée être fortement induite suite à l’activation du point de contrôle de réplication (le “checkpoint”) suite au dommage a l’ADN. Nous montrons que la Ser-330 de Hpc2 est phopshorylée par les kinases de point de contrôle de manière Mec1/Tel1- et Rad53-dépendante. Nos données préliminaires suggèrent ainsi que la capacité du complex Hir de réguler la répréssion transcriptionelle des gènes d'histones lors de la progression du cycle cellulaire normal et en réponse au dommage de l'ADN est médiée par la phosphorylation de Hpc2 par ces deux kinases. Enfin, ces deux études mettent en évidence l'importance de la spectrométrie de masse dans la caractérisation des sites de phosphorylation des protéines, nous permettant ainsi de comprendre plus précisement les mécanismes de régulation de l'assemblage de la chromatine et de la synthèse des histones.
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La progression dans le cycle cellulaire est contrôlée par de vagues oscillantes de cyclines et des kinases cycline-dépendantes (Cdk). Ces kinases sont régulées positivement par l’association des sous-unités cyclines régulatrices et négativement en se liant aux inhibiteurs de Cdk. Parmi ces derniers, p27 inhibe tous les complexes cycline-Cdk quelle que soit la phase cellulaire et agit en tant que régulateur négatif principal de la prolifération cellulaire dans une variété de cellules et de tissus. Intrinsèquement, p27 phosphorylé est ubiquitiné et dégradé par le complexe SCFSkp2-Cks1. Des études génétiques de la souris, ainsi que des examens cliniques chez l’homme, ont montré que p27 est un important suppresseur de tumeur. Le gène est rarement muté. Cependant, p27 est fréquemment réprimé dans les cancers humains en raison d’une augmentation de l’expression de Skp2 et de Cks1 dans le noyau, ce qui est généralement associée à un mauvais pronostic. La localisation subcellulaire de Cks1 est donc d'une importance primordiale dans le contrôle de la prolifération cellulaire. Les résultats récents de notre laboratoire ont montré une interaction entre Cks1 et les protéines de transport nucléaire importine α1 et β3. Aussi, l’analyse de la séquence primaire de Cks1 a également révélé un signal de localisation nucléaire classique (NLS) à son extrémité C-terminale. Des mutations ont été effectuées sur le NLS suspect pour déterminer si oui ou non l'import nucléaire de Cks1 était contrôlé par cette séquence. Un inhibiteur synthétique de l’importine β a également été utilisé pour étudier l’import de Cks1 dans le noyau. Les résultats indiquent que l’extrémité C-terminale de Cks1 est en effet un NLS puisque les mutations de Cks1 et l'inhibition de l’importine β conduisent, tous deux, à l'accumulation de Cks1 dans le cytoplasme. Ces résultats ont été utiles pour mieux comprendre le mécanisme régulant la localisation de Cks1. Toutefois, des travaux futurs sont nécessaires pour mieux comprendre l'impact de la séquestration cytoplasmique de Cks1 sur le cancer et ainsi espérer aboutir à l'identification de nouvelles cibles pharmacologiques impliqués dans la prolifération cellulaire.
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The precise role of cell cycle-dependent molecules in controlling the switch from cardiac myocyte hyperplasia to hypertrophy remains to be determined. We report that loss of p27(KIP1) in the mouse results in a significant increase in heart size and in the total number of cardiac myocytes. In comparison to p27(KIP1)+/+ myocytes, the percentage of neonatal p27(KIP1)-/- myocytes in S phase was increased significantly, concomitant with a significant decrease in the percentage of G(0)/G(1) cells. The expressions of proliferating cell nuclear antigen, G(1)/S and G(2)/M phase-acting cyclins, and cyclin-dependent kinases (CDKs) were upregulated significantly in ventricular tissue obtained from early neonatal p27(KIP1)-/- mice, concomitant with a substantial decrease in the expressions of G(1) phase-acting cyclins and CDKs. Furthermore, mRNA expressions of the embryonic genes atrial natriuretic factor and alpha-skeletal actin were detectable at significant levels in neonatal and adult p27(KIP1)-/- mouse hearts but were undetectable in p27(KIP1)+/+ hearts. In addition, loss of p27(KIP1) was not compensated for by the upregulation of other CDK inhibitors. Thus, the loss of p27(KIP1) results in prolonged proliferation of the mouse cardiac myocyte and perturbation of myocyte hypertrophy.
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The role of cell cycle dependent molecules in controlling the switch from cardiac myocyte hyperplasia to hypertrophy remains unclear, although in the rat this process occurs between day 3 and 4 after birth. In this study we have determined (1) cell cycle profiles by fluorescence activated cell sorting (FACS); and (2) expressions, co-expressions and activities of a number of cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs) and CDK inhibitors by reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), immunoblotting andin vitrokinase assays in freshly isolated rat cardiac myocytes obtained from 2, 3, 4 and 5-day-old animals. The percentage of myocytes found in the S phase of the cell cycle decreased significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy (5.5, 3.5, 2.3 and 1.9% of cells in 2-, 3-, 4- and 5-day-old myocytes, respectively,P<0.05), concomitant with a significant increase in the percentage of G0/G1phase cells. At the molecular level, the expressions and activities of G1/S and G2/M phase acting cyclins and CDKs were downregulated significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy, whereas the expressions and activities of G1phase acting cyclins and CDKs were upregulated significantly during this transition. In addition, p21CIP1- and p27KIP1- associated CDK kinase activities remained relatively constant when histone H1 was used as a substrate, whereas phosphorylation of the retinoblastoma protein was upregulated significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy. Thus, there is a progressive and significant G0/G1phase blockade during the transition from myocyte hyperplasia to hypertrophy. Whilst CDK2 and cdc2 may be pivotal in the withdrawal of cardiac myocytes from the cell cycle, CDK4 and CDK6 may be critical for maintaining hypertrophic growth of the myocyte during development.
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The family of Cyclin-Dependent Kinases (CDKs) can be subdivided into two major functional groups based on their roles in cell cycle and/or transcriptional control. CDK9 is the catalytic subunit of positive transcription elongation factor b (P-TEFb). CDK9 is the kinase of the TAK complex (Tat-associated kinase complex), and binds to Tat protein of HIV, suggesting a possible role for CDK9 in AIDS progression. CDK9 complexed with its regulatory partner cyclin T1, serves as a cellular mediator of the transactivation function of the HIV Tat protein. P-TEFb is responsible for the phosphorylation of the carboxyl-terminal domain of RNA Pol II, resulting in stimulation of transcription. Furthermore, the complexes containing CDK9 induce the differentiation in distinct tissue. The CDK9/cyclin T1 complex is expressed at higher level in more differentiated primary neuroectodermal and neuroblastoma tumors, showing a correlation between the kinase expression and tumor differentiation grade. This may have clinical and therapeutical implications for these tumor types. Among the CDK inhibitors two have shown to be effective against CDK9: Roscovitine and Flavopiridol. These two inhibitors prevented the replication of human immunodeficiency virus (HIV) type 1 by blocking Tat transactivation of the HIV type 1 promoter. These compounds inhibit CDKs by binding to the catalytic domain in place of ATP, preventing transfer of a phosphate group to the substrate. More sensitive therapeutic agents of CDK9 can be designed, and structural studies can add information in the understanding of this kinase. The major features related to CDK9 inhibition will be reviewed in this article.
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Cyclin-dependent kinases (CDKs) have been identified as potential targets for development of drugs, mainly against cancer. These studies generated a vast library of chemical inhibitors of CDKs, and some of these molecules can also inhibit kinases identified in the Plasmodium falciparum genome. Here we describe structural models for Protein Kinase 6 from P. falciparum (PfPK6) complexed with Roscovitine and Olomoucine. These models show clear structural evidence for differences observed in the inhibition, and may help designing inhibitors for PfPK6 generating new potential drugs against malaria.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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Parasiten der Apicomplexa umfassen sowohl humanpathogene, als auch tierpathogene Protozoen. Beispiele für wichtige Vertreter human- und tierpathogener Parasiten sind Plasmodium falciparum und Eimeria tenella. E. tenella verursacht die Kokzidiose des Hühnchens, eine Darmerkrankung die weltweit für Verluste in einer geschätzten Höhe von bis zu 3 Milliarden US$ verantwortlich zeichnet. Eine prophylaktische Vakzinierung gegen diese Krankheit ist ökonomisch meist ineffizient, und eine Behandlung mit Kokzidiostatika wird durch häufige Resistenzbildung gegen bekannte Wirkstoffe erschwert. Diese Situation erfordert die Entwicklung neuer kostengünstiger Alternativen. Geeignete Zielproteine für die Entwicklung neuartiger Arzneistoffe zur Behandlung der Kokzidiose sind die Zyklin-abhängigen Kinasen (CDKs), zu denen auch die CDK-related Kinase 2 (EtCRK2) aus E. tenella gehört. Diese Proteine sind maßgeblich an der Regulation des Zellzyklus beteiligt. Durch chemische Validierung mit dem CDK Inhibitor Flavopiridol konnte nachgewiesen werden, dass ein Funktionsverlust von CDKs in E. tenella die Vermehrung des Parasiten in Zellkultur inhibiert. E. tenella CDKs sind daher als Zielproteine für die Entwicklung einer Chemotherapie der Kokzidiose geeignet. Mittels bioinformatischer Tiefenanalysen sollten CDK Proteine im Parasiten E. tenella identifiziert werden. Das Genom von E. tenella liegt in Rohfassung vor [ftp://ftp.sanger.ac.uk]. Jedoch waren zum Zeitpunkt dieser Arbeiten viele Sequenzen des Genoms noch nicht annotiert. Homologe CDK Proteine von E. tenella konnten durch den Vergleich von Sequenzinformationen mit anderen Organismen der Apicomplexa identifiziert und analysiert werden. Durch diese Analysen konnten neben der bereits bekannten EtCRK2, drei weitere, bislang nicht annotierte CDKs in E. tenella identifiziert werden (EtCRK1, EtCRK3 sowie EtMRK). Darüber hinaus wurde eine Analyse der entsprechenden Zykline – der Aktivatoren der CDKs – bezüglich Funktion und Struktur, sowie eine Datenbanksuche nach bisher nicht beschriebenen Zyklinen in E. tenella durchgeführt. Diese Suchen ergaben vier neue potentielle Zykline für E. tenella, wovon EtCYC3a als Aktivator der EtCRK2 von María L. Suárez Fernández (Intervet Innovation GmbH, Schwabenheim) bestätigt werden konnte. Sequenzvergleiche lassen vermuten, dass auch EtCYC1 und EtCYC3b in der Lage sind, EtCRK2 zu aktivieren. Außerdem ist anzunehmen, dass EtCYC4 als Aktivator der EtCRK1 fungiert. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit war die Suche und Optimierung nach neuen Inhibitoren von CDKs aus E. tenella. In vorangegangenen Arbeiten konnten bereits Inhibitoren der EtCRK2 gefunden werden [BEYER, 2007]. Mittels Substruktur- und Ähnlichkeitssuchen konnten im Rahmen dieser Arbeit weitere Inhibitoren der EtCRK2 identifiziert werden. Vier dieser Strukturklassen erfüllen die Kriterien einer Leitstruktur. Eine dieser Leitstrukturen gehört zur Strukturklasse der Benzimidazol-Carbonitrile und ist bislang nicht als Inhibitor anderer Kinasen beschrieben. Diese neu identifizierte Leitstruktur konnte in silico weiter optimiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Bindungsenergien von Vertretern dieser Strukturklasse berechnet, um einen wahrscheinlichen Bindemodus vorherzusagen. Für die weiterführende in silico Optimierung wurde eine virtuelle kombinatorische Substanzbibliothek dieser Klasse erstellt. Die Auswahl geeigneter Verbindungen für eine chemische Synthese erfolgte durch molekulares Docking unter Nutzung von Homologiemodellen der EtCRK2. Darüber hinaus wurde ein in silico Screening nach potentiellen Inhibitoren der PfMRK und EtMRK durchgeführt. Dabei konnten weitere interessante virtuelle Hit-Strukturen aus einer Substanzdatenbank kommerziell erhältlicher Verbindungen gefunden werden. Durch dieses virtuelle Screening konnten jeweils sieben Verbindungen als virtuelle Hits der PfMRK sowie der EtMRK identifiziert werden. Die Häufung von Strukturklassen mit bekannter CDK Aktivität deutet darauf hin, dass während des virtuellen Screenings eine Anreicherung von CDK Inhibitoren stattgefunden hat. Diese Ergebnisse lassen auf eine Weiterentwicklung neuer Wirkstoffe gegen Kokzidiose und Malaria hoffen.
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Abstract Mutations in the human gene coding for XPD lead to segmental progeria - the premature appearance of some of the phenotypes normally associated with aging - which may or may not be accompanied by increased cancer incidence. XPD is required for at least three different critical cellular functions: in addition to participating in the process of nucleotide excision repair (NER), which removes bulky DNA lesions, XPD also regulates transcription as part of the general transcription factor IIH (TFIIH) and controls cell cycle progression through its interaction with CAK, a pivotal activator of cyclin dependent kinases (CDKs). The study of inherited XPD disorders offers the opportunity to gain insights into the coordination of important cellular events and may shed light on the mechanisms that regulate the delicate equilibrium between cell proliferation and functional senescence, which is notably altered during physiological aging and in cancer. The phenotypic manifestations in the different XPD disorders are the sum of disturbances in the vital processes carried out by TFIIH and CAK. In addition, further TFIIH- and CAK-independent cellular activities of XPD may also play a role. This, added to the complex feedback networks that are in place to guarantee the coordination between cell cycle, DNA repair and transcription, complicates the interpretation of clinical observations. While results obtained from patient cell isolates as well as from murine models have been elementary in revealing such complexity, the Drosophila embryo has proven useful to analyze the role of XPD as a cell cycle regulator independently from its other cellular functions. Together with data from the biochemical and structural analysis of XPD and of the TFIIH complex these results combine into a new picture of the XPD activities that provides ground for a better understanding of the patophysiology of XPD diseases and for future development of diagnostic and therapeutic tools.
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Chemotherapy is a common and effective method to treat many forms of cancer. However, treatment of cancer with chemotherapy has severe side effects which often limit the doses of therapy administered. Because some cancer chemotherapeutics target proliferating cells and tissues, all dividing cells, whether normal or tumor, are affected. Cell culture studies have demonstrated that UCN-01 is able to reversibly and selectively arrest normal dividing cells; tumor cells lines do not undergo this temporary arrest. Following UCN-01 treatment, normal cells displayed a 50-fold increase in IC50 for camptothecin; tumor cells showed no such increased tolerance. We have examined the response of the proliferating tissues of the mouse to UCN- 01 treatment, using the small bowel epithelium as a model system. Our results indicate that UCN-01 treatment can cause a cell cycle arrest in the gut epithelium, beginning 24 hours following UCN-01 administration, with cell proliferation remaining suppressed for one week. Two weeks post-UCN-01 treatment the rate of proliferation returns to normal levels. 5-FU administered during this period demonstrates that UCN-01 is able to provide protection to normal cells of the mouse within a narrow window of efficacy, from three to five days post-UCN-01. UCN-01 pretreated mice displayed improved survival, weight status and blood markers following 5-FU compared to control mice, indicating that UCN-01 can protect normal dividing tissues. The mechanism by which UCN-01 arrests normal cells in vivo was also examined. We have demonstrated that UCN-01 treatment in mice causes an increase in the G1 phase cell cycle proteins cdk4 and cyclin D, as well as the inhibitor p27. Phosphorylated Rb was also elevated in the arrested cells. These results are a departure from cell culture studies, in which inhibition of G1 phase cyclin dependent kinases led to hyposphosphorylation of Rb. Future investigation will be required to understand the mechanism of UCN-01 action. This is important information, especially for identification of alternate compounds which could provide the protection afforded by UCN-01.
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Ataxia telangiectasia (AT) is an autosomal recessive disorder characterized by growth retardation, cerebellar ataxia, oculocutaneous telangiectasias, and a high incidence of lymphomas and leukemias. In addition, AT patients are sensitive to ionizing radiation. Atm-deficient mice recapitulate most of the AT phenotype. p21cip1/waf1 (p21 hereafter), an inhibitor of cyclin-dependent kinases, has been implicated in cellular senescence and response to γ-radiation-induced DNA damage. To study the role of p21 in ATM-mediated signal transduction pathways, we examined the combined effect of the genetic loss of atm and p21 on growth control, radiation sensitivity, and tumorigenesis. As might have been expected, our data provide evidence that p21 modifies the in vitro senescent response seen in AT fibroblasts. Further, it is a downstream effector of ATM-mediated growth control. In addition, however, we find that loss of p21 in the context of an atm-deficient mouse leads to a delay in thymic lymphomagenesis and an increase in acute radiation sensitivity in vivo (the latter principally because of effects on the gut epithelium). Modification of these two crucial aspects of the ATM phenotype can be related to an apparent increase in spontaneous apoptosis seen in tumor cells and in the irradiated intestinal epithelium of mice doubly null for atm and p21. Thus, loss of p21 seems to contribute to tumor suppression by a mechanism that operates via a sensitized apoptotic response. These results have implications for cancer therapy in general and AT patients in particular.