Dissociation from BiP and Retrotranslocation of Unassembled Immunoglobulin Light Chains Are Tightly Coupled to Proteasome Activity

Unassembled immunoglobulin light chains expressed by the mouse plasmacytoma cell line NS1 (KNS1) are degraded in vivo with a half-life of 50-60 min in a way that closely resembles endoplasmic reticulum (ER)-associated degradation (Knittler et al., 1995). Here we show that the peptide aldehydes MG132 and PS1 and the specific proteasome inhibitor lactacystin effectively increased the half-life of KNS1, arguing for a proteasome-mediated degradation pathway. Subcellular fractionation and protease protection assays have indicated an ER localization of KNS1 upon proteasome inhibition. This was independently confirmed by the analysis of the folding state of KNS1and size fractionation experiments showing that the immunoglobulin light chain remained bound to the ER chaperone BiP when the activity of the proteasome was blocked. Moreover, kinetic studies performed in lactacystin-treated cells revealed a time-dependent increase in the physical stability of the BiP-KNS1complex, suggesting that additional proteins are present in the older complex. Together, our data support a model for ER-associated degradation in which both the release of a soluble nonglycosylated protein from BiP and its retrotranslocation out of the ER are tightly coupled with proteasome activity.

Mécanismes moléculaires de l'homodimérisation de la protéine Scaffold IB1 et son implication dans la sécrétion d'insuline

RÉSUMÉ Les kinases activées par des mitogènes (MAPKs) constituent une importante famille d'enzymes conservée dans l'évolution. Elles forment un réseau de signalisation qui permet à la cellule de réguler spécifiquement divers processus impliqués dans la différenciation, la survie ou l'apoptose. Les kinases formant le module MAPK sont typiquement disposées en cascades de trois partenaires qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. Le module minimum est constitué d'une MAPK kinase kinase (MAPKKK), d'une MAPK kinase (MAPKK) et d'une MAPK. Une fois activée, la MAPK phosphoryle différents substrats tels que des facteurs de transcription ou d'autres protéines. Chez les mammifères, trois groupes principaux de MAPKs ont été identifiés. Il s'agit du groupe des kinases régulées par des signaux extracellulaires du type «mitogènes » (ERK), ainsi que des groupes p38 et cJun NH2-terminal kinase (JNK), ou SAPK pour stress activated protein kinase, plutôt activées par des stimuli de type «stress ». De nombreuses études ont impliqué JNK dans la régulation de différents processus physiologiques et pathologiques, comme le diabète, les arthrites rhumatoïdes, l'athérosclérose, l'attaque cérébrale, les maladies de Parkinson et d'Alzheimer. JNK, en particulier joue un rôle dans la mort des cellules sécrétrices d'insuline induite par l'interleukine (IL)-1 β, lors du développement du diabète de type 1. IB1 est une protéine scaffold (échafaud) qui participe à l'organisation du module de JNK. IB1 est fortement exprimée dans les neurones et les cellules β du pancréas. Elle a été impliquée dans la survie des cellules, la régulation de l'expression du transporteur du glucose de type 2 (Glut-2) et dans le processus de sécrétion d'insuline glucose-dépendante. IBl est caractérisée par plusieurs domaines d'interaction protéine-protéine : un domaine de liaison à JNK (JBD), un domaine homologue au domaine 3 de Src (SH3) et un domaine d'interaction avec des tyrosines phosphorylées (PID). Des partenaires d'IB1, incluant les membres de la familles des kinases de lignée mélangée (MLKs), la MAPKK MKK7, la phosphatase 7 des MAPKs (MKP-7) ainsi que la chaîne légère de la kinésine, ont été isolés. Tous ces facteurs, sauf les MLKs et MKK7 interagissent avec le domaine PID ou l'extrême partie C-terminale d'IBl (la chaîne légère de la kinésine). Comme d'autres protéines scaffolds déjà décrites, IBl et un autre membre de la famille, IB2, sont capables d'homo- et d'hétérodimériser. L'interaction a lieu par l'intermédiaire de leur région C-terminale, contenant les domaines SH3 et PID. Mais ni le mécanisme moléculaire, ni la fonction de la dimérisation n'ont été caractérisés. Le domaine SH3 joue un rôle central lors de l'assemblage de complexes de macromolécules impliquées dans la signalisation intracellulaire. Il reconnaît de préférence des ligands contenant un motif riche en proline de type PxxP et s'y lie. Jusqu'à maintenant, tous les ligands isolés se liant à un domaine SH3 sont linéaires. Bien que le domaine SH3 soit un domaine important de la transmission des signaux, aucun partenaire interagissant spécifiquement avec le domaine SH3 d'IB1 n'a été identifié. Nous avons démontré qu'IBl homodimérisait par un nouveau set unique d'interaction domaine SH3 - domaine SH3. Les études de cristallisation ont démontré que l'interface recouvrait une région généralement impliquée dans la reconnaissance classique d'un motif riche en proline de type PxxP, bien que le domaine SH3 d'IB1 ne contienne aucun motif PxxP. L'homodimère d'IB1 semble extrêmement stable. Il peut cependant être déstabilisé par trois mutations ponctuelles dirigées contre des résidus clés impliqués dans la dimérisation. Chaque mutation réduit l'activation basale de JNK dépendante d'IB 1 dans des cellules 293T. La déstabilisation de la dimérisation induite par la sur-expression du domaine SH3, provoque une diminution de la sécrétion d'insuline glucose dépendant. SUMMARY Mitogen activated kinases (MAPK) are an important and conserved enzyme family. They form a signaling network required to specifically regulate process involved in cell differentiation, proliferation or death. A MAPK module is typically organized in a threekinase cascade which are activated by sequential phosphorylation. The MAPK kinase kinase (MAPKKK), the MAPK kinase (MAPKK) and the MAPK constitute the minimal module. Once activated, the MAPK phosphorylates its targets like transcription factors or other proteins. In mammals, three major groups of MAPKs have been identified : the group of extra-cellular regulated kinase (ERK) which is activated by mitogens and the group of p38 and cJun NH2-terminal kinase (JNK) or SAPK for stress activated protein kinase, which are activated by stresses. Many studies implicated JNK in many physiological or pathological process regulations, like diabetes, rheumatoid arthritis, arteriosclerosis, strokes or Parkinson and Alzheimer disease. In particular, JNK plays a crucial role in pancreatic β cell death induced by Interleukin (IL)-1 β in type 1 diabetes. Islet-brain 1 (IB 1) is a scaffold protein that interacts with components of the JNK signal-transduction pathway. IB 1 is expressed at high levels in neurons and in pancreatic β-cells, where it has been implicated in cell survival, in regulating expression of the glucose transporter type 2 (Glut-2) and in glucose-induced insulin secretion. It contains several protein-protein interaction domains, including a JNK-binding domain (JBD), a Src homology 3 domain (SH3) and a phosphotyrosine interaction domain (PID). Proteins that have been shown to associate with IB 1 include members of the Mixed lineage kinase family (MLKs), the MAPKK MKK7, the MAPK phosphatase-7 MKP7, as well as several other ligands including kinesin light chain, LDL receptor related family members and the amyloid precursor protein APP. All these factors, except MLK3 and MKK7 have been shown to interact with the PID domain or the extreme C-terminal part (Kinesin light chain) of IB 1. As some scaffold already described, IB 1 and another member of the family, IB2, have previously been shown to engage in oligomerization through their respective C-terminal regions that include the SH3 and PID domains. But neither the molecular mechanisms nor the function of dimerization have yet been characterized. SH3 domains are central in the assembly of macromolecular complexes involved in many intracellular signaling pathways. SH3 domains are usually characterized by their preferred recognition of and association with canonical PxxP motif. In all these cases, a single linear sequence is sufficient for binding to the SH3 domain. However, although SH3 domains are important elements of signal transduction, no protein that interacts specifically with the SH3 domain of IB 1 has been identified so far. Here, we show that IB 1 homodimerizes through a navel and unique set of SH3-SH3 interactions. X-ray crystallography studies indicate that the dieter interface covers a region usually engaged in PxxP-mediated ligand recognition, even though the IB 1 SH3 domain lacks this motif. The highly stable IB 1 homodimer can be significantly destabilized in vitro by individual point-mutations directed against key residues involved in dimerization. Each mutation reduces IB 1-dependent basal JNK activity in 293T cells. Impaired dimerization induced by over-expression of the SH3 domain also results in a significant reduction in glucose-dependent insulin secretion in pancreatic β-cells.

Stress-related hormone norepinephrine induces interleukin-6 expression in GES-1 cells

In the current literature, there is evidence that psychological factors can affect the incidence and progression of some cancers. Interleukin 6 (IL-6) is known to be elevated in individuals experiencing chronic stress and is also involved in oncogenesis and cancer progression. However, the precise mechanism of IL-6 induction by the stress-related hormone norepinephrine (NE) is not clear, and, furthermore, there are no reports about the effect of NE on IL-6 expression in gastric epithelial cells. In this study, we examined the effect of NE on IL-6 expression in immortalized human gastric epithelial cells (GES-1 cells). Using real-time PCR and enzyme-linked immunoassay, we demonstrated that NE can induce IL-6 mRNA and protein expression in GES-1 cells. The induction is through the β-adrenergic receptor-cAMP-protein kinase A pathway and mainly at the transcriptional level. Progressive 5′-deletions and site-directed mutagenesis of the parental construct show that, although activating-protein-1 (AP-1), cAMP-responsive element binding protein (CREB), CCAAT-enhancer binding protein-β (C/EBP-β), and nuclear factor κ-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) binding sites are all required in the basal transcription of IL-6, only AP-1 and CREB binding sites in the IL-6 promoter are required in NE-induced IL-6 expression. The results suggest that chronic stress may increase IL-6 secretion of human gastric epithelial cells, at least in part, by the stress-associated hormone norepinephrine, and provides basic data on stress and gastric cancer progression.

Les rôles distincts des isoformes de myosine II non-musculaire dans des processus cellulaires impliquant le cytosquelette d'actine.

Le complexe actomyosine, formé de l’association de la myosine II avec les filaments d’actine, stabilise le cytosquelette d’actine et génère la contraction cellulaire nécessaire à plusieurs processus comme la motilité et l’apoptose dans les cellules non-musculaires. La myosine II est un hexamère formé d’une paire de chaînes lourdes (MHCs) et de deux paires de chaînes légères MLC20 et MLC17. La régulation de l’activité de la myosine II, c'est-à-dire son interaction avec les filaments d’actine, est directement liée à l’état de phosphorylation des MLC20, mais il reste beaucoup à découvrir sur l’implication des MHCs. Il existe trois isoformes de MHCs de myosine II, MHCIIA, MHCIIB et MHCIIC qui possèdent des fonctions à la fois communes et distinctes. Notre but est de mettre en évidence les différences de fonction entre les isoformes de myosine II, au niveau structurale, dans la stabilisation du cytosquelette d’actine, et au niveau de leur activité contractile, dans la génération des forces de tension. Nous nous sommes intéressés au rôle des isoformes des MHCs dans l’activité du complexe actomyosine qui est sollicité durant le processus de contraction cellulaire de l’apoptose. Dans quatre lignées cellulaires différentes, le traitement conjoint au TNFα et à la cycloheximide causait la contraction et le rétrécissement des cellules suivi de leur détachement du support de culture. Par Western blot, nous avons confirmé que la phosphorylation des MLC20 est augmentée suite au clivage de ROCK1 par la caspase-3, permettant ainsi l’interaction entre la myosine II et les filaments d’actine et par conséquent, la contraction des cellules apoptotiques. Cette contraction est bloquée par l’inhibition des caspases et de ROCK1. MHCIIA est dégradée suite à l’activation de la caspase-3 alors que MHCIIB n’est pas affectée. En utilisant une lignée cellulaire déficiente en MHCIIB, ou MHCIIB (-/-), nous avons observé que la contraction et le détachement cellulaires durant l’induction de l’apoptose se produisaient moins rapidement que dans la lignée de type sauvage (Wt) ce qui suggère que l’isoforme B est impliquée dans la contraction des cellules apoptotiques. Parallèlement, la kinase atypique PKCζ, qui phosphoryle MHCIIB et non MHCIIA, est activée durant l’apoptose. PKCζ joue un rôle important puisque son inhibition bloque la contraction des cellules apoptotiques. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la modulation de la morphologie cellulaire par la myosine II. Les fibroblastes MHCIIB (-/-), présentent un large lamellipode dont la formation semble dû uniquement à l’absence de l’isoforme MHCIIB, alors que les fibroblastes Wt ont une morphologie cellulaire étoilée. La formation du lamellipode dans les fibroblastes MHCIIB (-/-) est caractérisée par l’association de la cortactine avec la membrane plasmique. L’observation en microscopie confocale nous indique que MHCIIA interagit avec la cortactine dans les fibroblastes Wt mais très peu dans les fibroblastes MHCIIB (-/-). Le bFGF active la voie des MAP kinases dans les fibroblastes Wt et MHCIIB (-/-) et induit des extensions cellulaires aberrantes dans les fibroblastes MHCIIB (-/-). Nos résultats montrent que l’implication de l’isoforme B de la myosine II dans la modulation de la morphologie cellulaire. L’ensemble de nos résultats participe à distinguer la fonction structurale et contractile de chacune des isoformes de myosine II dans la physiologie cellulaire.

The role of EphB6 and ephrinbs in blood pressure regulation

L’hypertension artérielle est le facteur de risque le plus important dans les maladies cardiovasculaires (MCV) et les accidents vasculaires cérébraux (AVC). L’hypertension artérielle essentielle est une maladie complexe, multifactorielle et polygénique. Même si on a identifié de nombreux facteurs de risque de l’hypertension artérielle, on ne comprend pas encore clairement les mécanismes qui la régissent. Les kinases hépatocytes produisant l’érythropoïétine (Eph) constituent la plus grande famille des récepteurs tyrosine kinase qui se lient à des ligands de surface cellulaire appelés éphrines sur les cellules avoisinantes. On sait que les interactions de Eph et des éphrines sont essentielles aussi bien dans les processus de développement que dans le fonctionnement des organes et des tissus adultes. Cependant on n’a pas encore étudié la relation entre Eph/éphrines et l’hypertension artérielle. Nous avons créé des modèles de souris knockout (K.O.) Ephb6-/-, Efnb1-/- et Efnb3-/- pour cette étude. Dans le modèle EphB6-/-, nous avons observé que les souris K.O. Ephb6 castrées, mais pas les femelles, ainsi que les souris mâles non castrées présentaient une tension artérielle élevée (TA) par rapport à leurs homologues de type sauvage (TS). Ceci suggère que Ephb6 doit agir de concert avec l’hormone sexuelle mâle pour réguler la TA. Les petites artères des mâles castrés Ephb6-/- présentaient une augmentation de la contractilité, une activation de RhoA et une phosphorylation constitutive de la chaîne légère de la myosine (CLM) lorsque comparées à celles de leurs homologues TS. Ces deux derniers résultats indiquent que la phosphorylation de CLM et de RhoA passe par la voie de signalisation de Ephb6 dans les cellules du muscle lisse de la paroi vasculaire (CMLV). Nous avons démontré que la réticulation de Efnbs mais non celle de Ephb6 aboutit à une réduction de la contractilité des CMLV. Ceci montre que l’effet de Ephb6 passe par la signalisation inversée à travers Efnb. Dans le modèle Efnb1-/- conditionnel spécifique au muscle lisse, nous n’avons observé aucune différence entre Efnb1-/- et les souris de TS concernant la mesure de la TA dans des conditions normales. Cependant, la TA des souris K.O. Efnb1 lors d’un stress d’immobilisation est supérieure à celle des souris de TS. Dans les petites artères des souris K.O. Efnb1, le rétrécissement et la phosphorylation de CLM étaient élevés. In vitro, la contractilité et l’activation RhoA de la CMLV des souris TS étaient augmentées quand leur Efnb1 était réticulé. Ces résultats corroborent ceux des souris KO Ephb6 et prouvent que l’effet de Ephb6 dans le contrôle de la TA se produit au moins par l’intermédiaire d’un de ses ligands Efnb1 dans les CMLV. Dans le modèle Efnb3-/-, on a observé une augmentation de la TA et du rétrécissement des vaisseaux chez les femelles Efnb3-/-, mais non chez les mâles; l’échographie a aussi révélé une résistance accrue au débit sanguin des souris K.O. femelles. Cependant la mutation de Efnb3 ne modifie pas la phosphorylation de la CLM ou l’activation de RhoA in vivo. Dans l’expérience in vitro, les CMLV des souris femelles Efnb3-/- ont présenté une augmentation de la contractilité mais pas celle des souris mâles Efnb3-/-. La réticulation des CMLV chez les mâles ou les femelles de TS avec solide anti-Efnb3 Ab peut réduire leur contractilité. Notre étude est la première à évaluer le rôle de Eph/éphrines dans la régulation de la TA. Elle montre que les signalisations Eph/éphrines sont impliquées dans le contrôle de la TA. La signalisation inverse est principalement responsable du phénotype élevé de la TA. Bien que les Efnb1, Efnb3 appartiennent à la même famille, leur fonction et leur efficacité dans la régulation de la TA pourraient être différentes. La découverte de Eph/Efnb nous permet d’explorer plus avant les mécanismes qui gouvernent la TA.

Mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le développement des synapses GABAergiques périsomatiques et dans la plasticité corticale : rôle de l’activité neuronale et de proBDNF/p75NTR

Dans le cortex visuel des mammifères, une cellule à panier (BC) qui représente un sous-type majoritaire d’interneurones GABAergiques, innerve une centaine de neurones par une multitude de synapses localisées sur le soma et sur les dendrites proximales de chacune de ses cibles. De plus, ces cellules sont importantes pour la génération des rythmes gammas, qui régulent de nombreuses fonctions cognitives, et pour la régulation de la plasticité corticale. Bien que la fonction des BC au sein des réseaux corticaux est à l'étude, les mécanismes qui contrôlent le développement de leur arborisation complexe ainsi que de leurs nombreux contacts synaptiques n’ont pas été entièrement déterminés. En utilisant les récepteurs allatostatines couplés aux protéines G de la drosophile (AlstR), nous démontrons in vitro que la réduction de l'excitation ainsi que la réduction de la libération des neurotransmetteurs par les BCs corticales individuelles des souris, diminuent le nombre de cellules innervées sans modifier le patron d'innervation périsomatique, durant et après la phase de prolifération des synapses périsomatiques. Inversement, lors de la suppression complète de la libération des neurotransmetteurs par les BCs individuelles avec l’utilisation de la chaîne légère de la toxine tétanus, nous observons des effets contraires selon le stade de développement. Les BCs exprimant TeNT-Lc pendant la phase de prolifération sont caractérisées par des arborisations axonales plus denses et un nombre accru de petits boutons homogènes autour des somas innervés. Toutefois, les cellules transfectées avec TeNT-Lc après la phase de la prolifération forment une innervation périsomatique avec moins de branchements terminaux d’axones et un nombre réduit de boutons avec une taille irrégulière autour des somas innervés. Nos résultats révèlent le rôle spécifique des niveaux de l’activité neuronale et de la neurotransmission dans l'établissement du territoire synaptique des cellules GABAergiques corticaux. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est un modulateur puissant de la maturation activité-dépendante des synapses GABAergiques. Grâce à l'activation et à la signalisation de son récepteur tyrosine kinase B (TrkB), la liaison de mBDNF module fortement la prolifération des synapses périsomatiques GABAergiques formés par les BCs. Par contre, le rôle du récepteur neurotrophique de faible affinité, p75NTR, dans le développement du territoire synaptique des cellules reste encore inconnu. Dans ce projet, nous démontrons que la suppression de p75NTR au niveau des BCs individuelles in vitro provenant de souris p75NTRlox induit la formation d'une innervation périsomatique exubérante. BDNF est synthétisé sous une forme précurseur, proBDNF, qui est par la suite clivée par des enzymes, y compris la plasmine activée par tPA, pour produire une forme mature de BDNF (m)BDNF. mBDNF et proBDNF se lient avec une forte affinité à TrkB et p75NTR, respectivement. Nos résultats démontrent qu’un traitement des cultures organotypiques avec la forme résistante au clivage de proBDNF (mut-proBDNF) réduit fortement le territoire synaptique des BCs. Les cultures traitées avec le peptide PPACK, qui inactive tPA, ou avec tPA altèrent et favorisent respectivement la maturation de l’innervation synaptique des BCs. Nous démontrons aussi que l’innervation exubérante formée par les BCs p75NTR-/- n’est pas affectée par un traitement avec mut-proBDNF. L’ensemble de ces résultats suggère que l'activation de p75NTR via proBDNF régule négativement le territoire synaptique des BCs corticaux. Nous avons ensuite examiné si mut-proBDNF affecte l’innervation périsomatique formée par les BCs in vivo, chez la souris adulte. Nous avons constaté que les boutons GABAergiques périsomatiques sont significativement diminués dans le cortex infusé avec mut-proBDNF par rapport à l’hémisphère non-infusé ou traité avec de la saline. En outre, la plasticité de la dominance oculaire (OD) est rétablie par ce traitement chez la souris adulte. Enfin, en utilisant des souris qui ne possèdent pas le récepteur p75NTR dans leurs BCs spécifiquement, nous avons démontré que l'activation de p75NTR via proBDNF est nécessaire pour induire la plasticité de la OD chez les souris adultes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle critique de l'activation de p75NTR dans la régulation et le maintien de la connectivité des circuits GABAergiques, qui commencent lors du développement postnatal précoce jusqu’à l'âge adulte. De plus, nous suggérons que l'activation contrôlée de p75NTR pourrait être un outil utile pour restaurer la plasticité dans le cortex adulte.

PDGF regulates the actin cytoskeleton through hnRNP-K-mediated activation of the ubiquitin E-3-ligase MIR

PDGF is a potent chemotactic mitogen and a strong inductor of fibroblast motility. In Swiss 3T3 fibroblasts, exposure to PDGF but not EGF or IGF-1 causes a rapid loss of actin stress fibers (SFs) and focal adhesions (FAs), which is followed by the development of retractile dendritic protrusions and induction of motility. The PDGF-specific actin reorganization was blocked by inhibition of Src-kinase and the 26S proteasome. PDGF induced Src-dependent association between the multifunctional transcription/translation regulator hnRNP-K and the mRNA-encoding myosin regulatory light-chain (MRLC)-interacting protein (MIR), a E3-ubiquitin ligase that is MRLC specific. This in turn rapidly increased MIR expression, and led to ubiquitination and proteasome-mediated degradation of MRLC. Downregulation of MIR by RNA muting prevented the reorganization of actin structures and severely reduced the migratory and wound-healing potential of PDGF-treated cells. The results show that activation of MIR and the resulting removal of diphosphorylated MRLC are essential for PDGF to instigate and maintain control over the actin-myosin-based contractile system in Swiss 3T3 fibroblasts. The PDGF induced protein destabilization through the regulation of hnRNP-K controlled ubiquitin-ligase translation identifies a novel pathway by which external stimuli can regulate phenotypic development through rapid, organelle-specific changes in the activity and stability of cytoskeletal regulators.

Phenotypic modulation of cultured vascular smooth muscle cells: a functional analysis focusing on MLC and ERK1/2 phosphorylation

Primary cultures of vascular smooth muscle cells (VSMCs) from rats offer a good model system to examine the molecular basis of mechanism of vascular contraction-relaxation. However, during pathological conditions such as atherosclerosis and hypertension, VSMCs characteristically exhibit phenotypic modulation, change from a quiescent contractile to a proliferative synthetic phenotype, which impairs this mechanism of vascular contraction-relaxation. Taking in account that Myosin light chain (MLC) and ERK1/2 directly participate in the process of vascular contraction, the aim of the current study was to analyze the involvement of MLC and ERK1/2 signaling during the process of VSMCs phenotypic modulation. Primary cultures of VSMCs from rat thoracic aortas were isolated and submitted to different number of passages or to freezing condition. Semi-quantitative RT-PCR was used to evaluate the mRNA levels of VSMCs differentiation markers, and western blot assays were used to determine the MLC and ERK1/2 phosphorylation levels during VSMCs phenotypic modulation. Also, immunocytochemical experiments were performed to evaluate morphological alterations occurred during the phenotypic modulation. Elevated number of passages (up to 4) as well as the freezing/thawing process induced a significant phenotypic modulation in VSMCs, which was accompanied by diminished MLC and ERK1/2 phosphorylation levels. Phosphorylation of MLC was suppressed completely by the treatment with a synthetic inhibitor of MEK-1, a direct upstream of ERK1/2, PD98059. These findings provide that ERK1/2-promoted MLC phosphorylation is impaired during VSMCs phenotypic modulation, suggesting that ERK1/2 signaling pathway may represent a potential target for understanding the pathogenesis of several vascular disease processes frequently associated to this condition.

Thyroid hormone stimulates NO production via activation of the PI3K/Akt pathway in vascular myocytes

Aims Thyroid hormone (TH) rapidly relaxes vascular smooth muscle cells (VSMCs). However, the mechanisms involved in this effect remain unclear. We hypothesize that TH-induced rapid vascular relaxation is mediated by VSMC-derived nitric oxide (NO) production and is associated with the phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B (PI3K/Akt) signalling pathway. Methods and results NO levels were determined using a NO-specific fluorescent dye (DAF-2) and nitrite (NO(2)) levels. Expression of NO synthase (NOS) isoforms and proteins of the PI3K/Akt pathway was determined by both western blotting and immunocytochemistry. Myosin light chain (MLC) phosphorylation levels were also investigated by western blotting. Exposure of cultured VSMCs from rat thoracic aortas to triiodothyronine (T3) resulted in a significant decrease of MLC phosphorylation levels. T3 also induced a rapid increase in Akt phosphorylation and increased NO production in a dose-dependent manner (0.001-1 mu M). VSMCs stimulated with T3 for 30 min showed an increase in the expression of all three NOS isoforms and augmented NO production, effects that were prevented by inhibitors of PI3K. Vascular reactivity studies showed that vessels treated with T3 displayed a decreased response to phenylephrine, which was reversed by NOS inhibition. These data suggest that T3 treatment induces greater generation of NO both in aorta and VSMCs and that this phenomenon is endothelium independent. In addition, these findings show for the first time that the PI3K/Akt signalling pathway is involved in T3-induced NO production by VSMCs, which occurs with expressive participation of inducible and neuronal NOS. Conclusion Our data strongly indicate that T3 causes NO-dependent rapid relaxation of VSMC and that this effect is mediated by the PI3K/Akt signalling pathway.

Relevance of the Myeloid Differentiation Factor 88 (MyD88) on RANKL, OPG, and Nod Expressions Induced by TLR and IL-1R Signaling in Bone Marrow Stromal Cells

The myeloid differentiation factor 88 (MyD88) plays a pivotal role in Toll-like receptor (TLR)- and interleukin-1 receptor (IL-1R)-induced osteoclastogenesis. We examined the role of MyD88 on p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cell (NF-κB) activation and nucleotide-binding oligomerization domain (Nod) induction by lipopolysaccharide (LPS) and IL-1 beta, and their effect on receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) and osteoprotegerin (OPG) production in bone marrow stromal cell (BMSC). RANKL, Nod1, Nod2, NF-κB, and p38 protein levels were determined by Western blot. Nod2 was stimulated with muramyl dipeptide (MDP) prior to TLR4 stimulation with LPS. MyD88 deficiency markedly inhibited RANKL expression after LPS stimulation and increased OPG messenger RNA (mRNA) production. Also, MyD88 was necessary for NF-κB and p38 MAPK activation. MDP alone did not induce RANKL and OPG expressions; however, when combined with LPS, their expressions were significantly increased (p < 0.05). Our results support that MyD88 signaling has a pivotal role in osteoclastogenesis thought NF-κB and p38 activation. Nod2 and especially Nod1 levels were influenced by MyD88.

Relevance of the Myeloid Differentiation Factor 88 (MyD88) on RANKL, OPG, and Nod Expressions Induced by TLR and IL-1R Signaling in Bone Marrow Stromal Cells

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Der Wirkungsmechanismus von Neurosteroiden auf das Cytoskelett neuronaler Zellen

Neurosteroide können langsame genomische und schnelle nicht-genomische Effekte zeigen. Die Synthese und der Metabolismus von Neurosteroiden werden entwicklungsbedingt reguliert. In den letzten Jahren sind immer mehr schnelle Steroideffekte bekannt geworden, die sowohl über klassische als auch über nicht-klassische Rezeptoren laufen. Zum heutigen Stand der Forschung sind die morphologischen Effekte von Neurosteroiden auf das neuronale Cytoskelett und die involvierten Signalkaskaden noch weitgehend unerforscht. In diesem Zusammenhang stellen sich auch die Fragen nach den verantwortlichen Rezeptoren und dem Transportmechanismus sowie der subzellulären Lokalisation der Steroide. Die im Rahmen meiner Promotion erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Steroide DHEA und Testosteron eine Reorganisation des Aktincytoskeletts in neuronalen Zellen induzieren und dass diese Effekte diesen Steroiden und nicht ihren Folgemetaboliten zuzuordnen sind. DHEA bewirkt die Kontraktion der Zellen, eine erhöhte Ausbildung von Stressfasern und fokalen Adhäsionskomplexen sowie die Bildung von Filopodien. Der diesen Effekten zu Grunde liegende Signalweg konnte eindeutig identifiziert werden. DHEA induziert in neuronalen Zellen die Aktivierung des Rho-Signalwegs. Diese Aktivierung führt zu einem erhöhten Phosphorylierungsstatus der regulatorischen leichten Kette von Myosin II (MRLC) an Serin 19 und der damit verbundenen erhöhten Myosin-Aktin-Interaktion. Die Ausbildung von Filopodien wird vermutlich über eine Aktivierung der GTPase Cdc42 vermittelt. Testosteron induziert das Auswachsen langer Neuriten sowie eine Verminderung von Stressfasern in neuronalen Zellen. Diese Effekte sind abhängig von der Aktivität der PI3-Kinase. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Testosteron über die PI3-Kinase und FAK den Rac-Signalweg induziert, da es zu einer Inhibierung des Rho-Signalwegs kommt. Zahlreiche Erkenntnisse weisen darauf hin, dass DHEA und Testosteron die Aktivierung der beteiligten Signalwege über einen G-Protein gekoppelten Rezeptor induzieren. DHEA und Testosteron beeinflussen auch die Expression und die Lokalisation der regulatorischen leichten Ketten von Myosin II. Im Gegensatz zu DHEA (Lokalisation der MRLC in der kortikalen Region der Zelle), induziert Testosteron eine Umlokalisation der MRLC in den Zellkern. Daher ist es denkbar, dass die MRLCs, wie auch Aktin, als Transkriptionsfaktoren wirken können. Die Synthese eines funktionalen, fluoreszierenden DHEA-Derivats (DHEA-Bodipy) ermöglichte erstmals, den Transport und die subzelluläre Lokalisation von DHEA in neuronalen Zellen zu beobachten. DHEA-Bodipy wird in neuronalen Zellen in den Mitochondrien lokalisiert. Diese Lokalisation ergibt völlig neue Ansätze im Verständnis zellulärer Wirkungsorte von Steroiden und beteiligter Rezeptoren. Das in meiner Arbeit vorgestellte Verfahren zur Fluoreszenzmarkierung von Steroiden bietet vielfältige Möglichkeiten im Einsatz zellbiologischer Methoden. Nach diesem Verfahren hergestellte, fluoreszierende Steroide eignen sich aufgrund ihrer Stabilität sehr gut für die Untersuchung des Transports und der subzellulären Lokalisation von Steroiden an fixierten und lebenden Zellen sowie für Colokalisationsexperimente. Diese Methode grenzt somit auch die Anzahl möglicher molekularer Interaktionspartner ein. Für Testosteron konnte ebenfalls ein fluoreszierendes Testosteron-Derivat (Testosteron-Bodipy) synthetisiert werden. Die Aufklärung der Effekte von Steroiden auf das neuronale Cytoskelett und der beteiligten Signalkaskaden sowie die Identifizierung der zellulären Wirkungsorte ermöglichen therapeutische Ansätze zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen, deren Ursachen in Abnormitäten des Cytoskeletts oder fehlregulierter Neurosteroidogenese zu begründen sind.

Ezrin/moesin in motile Walker 256 carcinosarcoma cells: signal-dependent relocalization and role in migration

Rat Walker 256 carcinosarcoma cells spontaneously develop front-tail polarity and migrate in the absence of added stimuli. Constitutive activation of phosphatidylinositol-3 kinase (PI 3-kinase), Rac, Rho and Rho kinase are essential for these processes. Ezrin and moesin are putative targets of these signaling pathways leading to spontaneous migration. To test this hypothesis, we used specific siRNA probes that resulted in a downregulation of ezrin and moesin by about 70% and in a similar reduction in the fraction of migrating cells. Spontaneous polarization however was not affected, indicating a more subtle role of ezrin and moesin in migration. We provide furthermore evidence that endogenous ezrin and moesin colocalize with F-actin at the contracted tail of polarized cells, similar to ectopically expressed green fluorescent protein-tagged ezrin. Our results suggest that myosin light chain and ezrin are markers of front and tail, respectively, even in the absence of morphological polarization. We further show that endogenous ezrin and moesin are phosphorylated and that activities of PI-3 kinase, Rho and Rac, but not of Rho-kinase, are required for this C-terminal phosphorylation. Activation of protein kinase C in contrast suppressed phosphorylation of ezrin and moesin. Inhibition of ezrin phosphorylation prevented its membrane association.

Organization of the equine immunoglobulin heavy chain constant region genes; III. Alignment of c mu, c gamma, c epsilon and c alpha genes.

Previous restriction analysis of cloned equine DNA and genomic DNA of equine peripheral blood mononuclear cells had indicated the existence of one c epsilon, one c alpha and up to six c gamma genes in the haploid equine genome. The c epsilon and c alpha genes have been aligned on a 30 kb DNA fragment in the order 5' c epsilon-c alpha 3'. Here we describe the alignment of the equine c mu and c gamma genes by deletion analysis of one IgM, four IgG and two equine light chain expressing heterohybridomas. This analysis establishes the existence of six c gamma genes per haploid genome. The genomic alignment of the cH-genes is 5' c mu/(/) c gamma 1/(/) c gamma 2/(/) c gamma 3/(/) c gamma 4/(/) c gamma 5/(/) c gamma 6/(/) c epsilon-c alpha 3', naming the c gamma genes according to their position relative to c mu. For three of the c gamma genes the corresponding IgG isotypes could be identified as IgGa for c gamma 1, IgG(T) for c gamma 3 and IgGb for c gamma 4.

Ligand-stimulated internalization of a Dictyostelium discoideum G protein-coupled cAMP receptor

The social amoeba, Dictyostelium discoideum, undergoes a remarkable starvation-induced program of development that transforms a population of unicellular amoebae into a fruiting body composed of resistant spores suspended on a stalk. During this development, secreted cAMP drives chemotaxis of the amoebae, leading to their aggregation, and subsequent differentiation and morphogenesis. Four sequentially expressed G protein-coupled receptors (GPCRs) for cAMP play critical roles in this process. The first of these, cAR1, is essential for aggregation as it mediates chemotaxis as well as the propagation of secreted cAMP waves throughout aggregating populations. Ligand-induced internalization has been shown to regulate a variety of GPCRs. However, little was known at the outset of this study about the role of internalization in the regulation of cAR1 function or, for that matter, in developmental systems in general. For this study, cAMP-induced cAR1 internalization was assessed by measuring (1) the reduction of cell surface binding sites for [ 3H]cAMP and (2) the redistribution of YFP-tagged receptors to the cell's interior, cAMP was found to induce little or no loss of ligand binding (LLB) in vegetative cells. However, the ability to induce LLB increased progressively over the initial 6 hrs of development, reaching ∼70% in cells undergoing aggregation. Despite these reductions in surface binding, detectable cAR1-YFP redistribution could be induced by cAMP only after the cells reached the mound stage (10 hrs) and was found to occur naturally by the ensuing slug stage (18 hrs). Site-directed substitution of a cluster of 5 serines in the receptor's cytoplasmic tail that was previously shown to be the principal site of cAMP-induced cAR1 phosphorylation impaired both LLB and receptor redistribution and furthermore resulted in mound-stage developmental arrest, suggesting that phosphorylation of cAR1 is a prerequisite for its internalization and that cAR1 internalization is required for post-aggregative development. To assess the involvement of clathrin mediated endocytosis, Dictyostelium cells lacking the clathrin light chain gene (clc-) or either of two dynamin genes were examined and found to be defective in LLB and, in the case of clc- cells, also cAR1 redistribution and turnover. Furthermore, cAR1 overexpression in clc- cells (like the serine mutant in wild-type cells) promoted developmental arrest in mounds. The mound-arrest phenotype was also recapitulated in a wild-type background by the specific expression of cAR1 in prestalk cells (but not prespore cells), suggesting that development depends critically on internalization and clearance of cAR1 from these cells. Persistent cAR1 expression following aggregation was found to be associated with aberrant expression of prestalk and prespore genes, which may adversely affect development in the prestalk cell lineage. The PI3 kinase-TORC2 signal transduction pathway, known to be important for Dictyostelium chemotaxis and internalization of yeast pheromone receptors, was examined using chemical inhibitors and null cells and found to be necessary for cAR1 internalization. In conclusion, cAR1 was shown to be similar to other GPCRs in that its internalization depends on phosphorylation of cytoplasmic domain serines, utilizes clathrin and dynamin, and involves the TORC2 complex. In addition, the findings presented here that cAR1 internalization is both developmentally regulated and required for normal development represent a novel regulatory paradigm that might pertain to other GPCRs known to play important roles in the development of humans and other metazoans. ^