Drugs down-regulating E2F-1 expression hinders cell proliferation through a p53-indipendent mechanism

E2F-1 is a transcription factor that plays a key role in cell-cycle control at G1/S check-point level by regulating the timely expression of many target genes whose products are required for S phase entry and progression. In mammalian cells, E2F-1 is negatively regulated by hypo-phosphorylated Retinoblastoma protein (pRb) whereas it is protected against degradation by its binding to Mouse Double Minute 2 protein (MDM2). In this study we experimented a drug combination in order to obtain a strong down-regulation of E2F-1 by acting on two different mechanisms of E2F-1 regulation mentioned above. This was achieved by combining drugs inhibiting the phosphorylation of pRb with drugs inactivating the MDM2 binding capability. The mechanism of action of these drugs in down-regulating E2F-1 level and activity is p53 independent. As expected, when combined, these drugs strongly inhibits E2F-1 and hinder cell proliferation in p53-/- and p53-mutated cells by blocking them in G1 phase of cell cycle, suggesting that E2F-1 down-regulation may represent a valid chemotherapeutic approach to inhibit proliferation in tumors independently of p53 status.

DNA-Reparatur-assoziierte genetische und epigenetische Faktoren für die Zweittumorentstehung nach Tumoren im Kindes- und Jugendalter

Die Ursachen der Zweittumorentwicklung bei Personen, die eine Krebserkrankung in der Kindheit überlebten, sind weitgehend unklar. Strahlenexposition oder Chemotherapie führen in normalen somatischen Zellen zu DNA-Schäden, welche bei fehlerhafter Reparatur eine Karzinogenese auslösen können. Es ist denkbar, dass genetische Unterschiede z. B. in den Signalwegen der Zellzykluskontrolle und der DNA-Reparatur nach therapieinduzierten DNA-Schäden eine entscheidende Rolle bei der Zweittumorentwicklung spielen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden 20 Personen, die eine Krebserkrankung in der Kindheit überlebten und einen unabhängigen Zweittumor entwickelten, mit 20 gematchten Kontrollpersonen ohne Zweittumorentwicklung verglichen. Die primären Fibroblasten der Patienten wurden auf somatische, genetische und/oder epigenetische Unterschiede in DNA-Reparaturnetzwerken untersucht. Die biologisch relevantesten Ergebnisse lieferten Proteinuntersuchungen mittels Antikörper-Microarrays. Hierbei wurde eine konstitutiv erniedrigte Menge an RAD9A und einigen anderen DNA-Reparatur-Proteinen (BRCA1, DDIT3, MSH6, p53, RAD51) in den Zweittumorpatienten im Vergleich zu den Eintumorpatienten festgestellt. Nach einer DNA-Schädigung durch 1 Gray Bestrahlung erhöhte sich die RAD9A-Proteinmenge, wobei die Zweittumorpatienten eine geringere Induktion als die Eintumorpatienten zeigten. Bei der Quantifizierung der mRNA-Expression mittels RTq-PCR wurde ein niedrigerer RAD9A-mRNA-Level sowohl in den unbehandelten und als auch in den 1 Gray bestrahlten Zellen der Zweittumorpatienten festgestellt. SNP-Array und Methylierungsanalysen konnten keine Auffälligkeiten im RAD9A-Lokus nachweisen. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass Modulationen von RAD9A und anderen Zellzyklusarrest- und DNA-Reparaturproteinen zum Risiko einer Zweittumorentwicklung in Kinderkrebspatienten beitragen. Bei einem diskordanten monozygoten Zwillingspaar wurde in ca. 20% der Zellen des Zweittumorzwillings eine Hypermethylierung des Tumorsuppressorgens BRCA1 festgestellt, die mit einer konstitutiv erniedrigten BRCA1-Proteinexpression einhergeht und einen möglichen Krebsrisikofaktor darstellt. Die partielle Deletion des Gens RSPO3, die wahrscheinlich als somatisches Zellmosaik beim Zweittumorzwilling vorliegt, korreliert mit einer niedrigeren RSPO3-mRNA-Expression und ist vermutlich auch mit einer erhöhten Krebsprädisposition assoziiert.

Untersuchungen zum Einfluss des HMG-CoA-Reduktase-Inhibitors Lovastatin auf die Toxizität ionisierender Strahlung sowie des Anthrazyklinderivats Doxorubicin im Mausmodell

Hintergund: HMG-CoA-Reduktase-Inhibitoren (Statine) sind klinisch etablierte Cholesterinsenker. Über die Inhibition der intrinsischen Cholesterinbiosynthese hinaus zeigen sie sogenannte pleiotrope biologische Effekte. Ein Großteil dieser Wirkungen wird auf die Inhibition kleiner Ras homologer GTPasen (Rho GTPasen) zurückgeführt. In vitro schützt das Statinderivat Lovastatin (Lova) primäre humane Endothelzellen vor der Zytotoxizität von ionisierender Strahlung (IR) und dem Krebsmedikament Doxorubicin (Doxo). Zielsetzung: Die Relevanz dieser Befunde für ein in vivo Mausmodell sollte in der vorliegenden Arbeit überprüft werden. Dafür wurden BALB/c-Mäuse mit IR oder Doxo behandelt und der Einfluss einer Kobehandlung mit Lova auf verschiedene Toxizitätsendpunkte untersucht (24 h nach einer einzelnen hohen Dosis IR (i), 14 Tage nach zwei geringen Dosen IR (ii), 48 h nach einer einzelnen hohen Dosis Doxo (iii), sowie 8 Tage nach drei niedrigen Dosen Doxo (iv)). Eine mögliche gleichzeitige Protektion von Tumorzellen durch die Statingabe wurde in einem Xenotransplantationsexperiment überprüft (v), in dem das gleiche Behandlungsschema wie bei iv angewendet wurde. Ergebnisse: Es konnte gezeigt werden, dass eine Statinbehandlung Normalgewebe vor Doxo- und IR-induzierter Toxizität schützt, ohne gleichzeitig protektiv auf transformierte Zellen zu wirken. Dieser Effekt ist wahrscheinlich von einer Inhibition der kleinen GTPasen Rac1 und RhoA abhängig und einer daraus folgenden Modifizierung der DNA-Schadensantwort. i: Die Statinvorbehandlung der Mäuse hatte keinen Einfluss auf die Bildung von initialen IR-induzierten DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) in der Leber. Die Lova-Behandlung wirkte sich jedoch auf IR-induzierte Stressantworten aus, was sich in einer Minderung der Expression von Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern in Leber und Darm widerspiegelte. ii: In der Lunge der Tiere wurde ein Anstieg von molekularen Inflammations- und Fibrosesurrogatmarkern detektiert, der bei Statinkobehandlung ausblieb. Zudem verhinderte die Kobehandlung mit Lova eine IR-induzierte Abnahme der Thrombozytenzahl, ohne sich auf die durch IR verringerte Leukozytenzahl im Blut auszuwirken. iii: Die Verabreichung einer hohen Dosis Doxo induzierte DSB-Formation in der Leber. Die Statinvorbehandlung reduzierte deren Menge um ca. 50 %. Dieser genoprotektive Effekt war unabhängig von der Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies sowie einer Änderung des Doxo-Imports oder Exports. Die Expression von proinflammatorischen und profibrotischen Genen fiel besonders in der Leber und im Herzen durch die Lova-Kobehandlung geringer aus, als in der nur mit Doxo behandelten Gruppe. Zudem verringerte Lova die durch Doxo induzierte Hochregulation von für den AP1-Komplex kodierenden Genen sowie von Zellzykluskontrollfaktoren. Die Lova-Vorbehandlung führte darüber hinaus im Herzen zu einem reduzierten mRNA-Spiegel der Topoisomerasen II α und β. iv: Es konnten schwere Herz- und Leberschäden detektiert werden (gemessen an Gldh-, Gpt- sowie cTn-I-Serumkonzentrationen), die bei einer Kobehandlung mit dem Statin nicht auftraten. Die Lova-Kobehandlung verhinderte außerdem eine durch die Doxo-Behandlung verringerte Leukozytenzahl. Molekulare Marker für frühe fibrotische Ereignisse, sowie für Inflammation und Hypertrophie waren in der Leber und im Herzen nach der Doxo-Behandlung erhöht. Das Statin war auch hier in der Lage, diese toxischen Wirkungen des Anthrazyklins zu mindern. Auch die Doxo-induzierte Expression von Surrogatmarkern für Zellantworten auf oxidativen Stress wurde in der Leber abgeschwächt. In der Leber und im Herzen wiesen die mit Doxo behandelten Tiere höhere mRNA Spiegel von an Zellzykluskontrolle beteiligten Faktoren sowie von DNA-Reparatur und Fremdstoffmetabolismus assoziierten Genen auf. Am stärksten wurde die Expression von Topoisomerase II alpha - ein molekularer Marker für Zellproliferation und bedeutsame Zielstruktur von Doxo - in der Leber hochreguliert. Die Statin-Kobehandlung verhinderte all diese Doxo-induzierten Expressionsänderungen. Im Gegensatz zur Leber wurde die Top2a-mRNA Menge im Herzen durch die Doxo-Applikation reduziert. Auch hier bewirkte die Kobehandlung mit dem Statin, dass die Expression nahe dem Kontrollniveau blieb. v: Die Kobehandlung mit Lova führte zu keinem Schutz der Tumorzellen vor Doxo, sondern erhöhte sogar dessen antineoplastisches Potential.rnFazit: Die Erkenntnisse aus vorhergegangenen in vitro Versuchen konnten zum großen Teil auf die in vivo Situation im Mausmodell übertragen werden. Sie stehen im Einklang mit Ergebnissen anderer Gruppen, welche die Inhibition kleiner GTPasen mit einer geringeren, durch zytotoxische Substanzen induzierten, Inflammation und Fibrose korrelieren konnten. Eine Kobehandlung mit Lova während einer Krebstherapie erscheint somit als vielversprechende Möglichkeit Doxo- oder IR-induzierte Nebenwirkungen auf Normalgewebe zu mildern.

Rolle der FOS-Proteine und des MAPK-Signallings in der Regulation der zellulären Antwort auf genotoxischen Stress

Die mittlere Überlebenszeit nach Erkennung eines Glioblastoms ohne Behandlung liegt bei 3 Monaten und kann durch die Behandlung mit Temozolomid (TMZ) auf etwa 15 Monate gesteigert werden. Neben TMZ sind die chlorethylierenden Nitrosoharnstoffe die meistversprechendsten und am häufigsten eingesetzten Chemotherapeutika in der Gliomtherapie. Hier liegt die mittlere Überlebenszeit bei 17,3 Monaten. Um die Therapie des Glioblastoms noch effektiver zu gestalten und Resistenzen zu begegnen, werden unterschiedlichste Ansätze untersucht. Eine zentrale Rolle spielen hierbei das activator protein 1 (AP-1) und die mitogen aktivierten Proteinkinasen (MAPK), deren Funktion in bisherigen Arbeiten noch unzureichend beleuchtet wurde.rnBesonders mit der Rolle des AP-1-bildenden Proteins FRA-1 in der Therapie des Glioblastoms haben sich bisher nur wenige Arbeiten beschäftigt, weshalb im ersten Teil der vorliegenden Arbeit dessen Funktion in der Regulation der Chemosensitivität gegenüber dem chlorethylierenden Agenz ACNU genauer untersucht wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die FRA 1-Expression durch Behandlung mit ACNU induziert wird. Die Induktion erfolgte über die beiden MAPKs ERK1/2 und p38K. JNK hatte keinen Einfluss auf die Induktion. Durch die Herunterregulation der FRA-1-Expression mit Hilfe von siRNA und eines shRNA exprimierenden Plasmids kam es zu einer signifikanten Sensitivierung gegenüber ACNU. Dabei konnte gezeigt werden, dass die Herunterregulation der FRA-1-Expression in einer verminderten AP 1-Bildung, bedingt durch eine reduzierte Menge an FRA-1 im AP-1-Komplex resultiert. Die Sensitivierung gegenüber ACNU ist weder durch eine Veränderung in der DNA-Reparatur, noch in der Modulation der FAS-Ligand- bzw. FAS-Rezeptor-Expression bedingt. Auch die hier untersuchten BCL 2-Familienmitglieder wiesen keine Unterschiede in der Expression durch Modulation der FRA 1-Expression auf. Allerdings kam es durch die verminderte FRA-1-Expression zu einer Reduktion der Zellzahl in der G2/M-Phase nach Behandlung mit ACNU. Diese ging einher mit einer reduzierten Menge an phosphoryliertem und unphosphoryliertem CHK1, weshalb davon auszugehen ist, dass FRA 1 nach ACNU-Behandlung in Gliomzellen vor der Apoptose schützt, indem es modulierend auf die Zellzykluskontrolle einwirkt.rnIm zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Regulation der apoptotischen Antwort nach Behandlung mit ACNU und TMZ genauer beleuchtet, wobei ein spezielles Augen¬merk auf AP 1 und die MAPKs gelegt wurde. Hier konnte gezeigt werden, dass die Apoptose nach Behandlung mit ACNU bzw. TMZ sowohl durch Spaltung von Pro-Caspase 8, als auch Pro-Caspase 9 eingeleitet wird. Dabei akkumulierte in beiden Fällen p53 vermehrt im Zellkern. Eine Inhibierung der transkriptionellen Aktivität von p53 führte nach ACNU-Behandlung zu einer Sensitivierung der Zellen, nach TMZ-Behandlung kam es zu einem leichten Anstieg in der Vitälität. Der FAS-Rezeptor wurde nach ACNU- und nach TMZ-Behandlung aktiviert und auch die DNA-Reparaturproteine DDB2 und XPC wurden in beiden Fällen vermehrt exprimiert. Für die MAPKs JNK und ERK1/2 konnte gezeigt werden, dass diese pro-apoptotisch wirken. Die AP-1-Bildung nach ACNU-Behandlung erfolgte bereits nach 24 h und war von langer Dauer, wohingegen nach TMZ-Behandlung nur eine transiente AP 1-Bildung zu relativ späten Zeitpunkten detektiert werden konnte. Ebenso konnte für das AP-1-Zielgen FAS-Ligand nach ACNU-Behandlung eine relativ schnelle, lang anhaltende Aktivierung detektiert werden, wohingegen nach TMZ-Behandlung zu einem späten Zeitpunkt ein kurzer Anstieg im Signal zu verzeichnen war. In späteren Experimenten konnte gezeigt werden, dass das BCL-2-Familienmitglied BIM eine zentrale Rolle in der Regulation des intrinsischen Apoptosesignalweges nach Behandlung mit ACNU und TMZ spielt. Die hier entstanden Ergebnisse tragen entscheidend zum Verständnis der durch diese beiden Agenzien gesteuerten, apoptotischen Signalwege bei und bieten eine fundierte Grundlage für weitere Untersuchungen.rn

The Role of the Androgen Receptor Cofactor p44/WDR77 in Astrocyte Activation

Astrogliosis is induced by neuronal damage and is also a pathological feature of the major aging-related neurodegenerative disorders. The mechanisms that control the cascade of astrogliosis have not been well established. In a previous study, we identified a novel androgen receptor (AR)-interacting protein (p44/WDR77) and found that it plays a critical role in the control of proliferation and differentiation of prostate epithelial cells. In the present study, we found that deletion of the p44 gene in the mouse brain caused accelerated aging with dramatic astrogliosis. The p44/WDR77 is expressed in astrocytes and loss of p44/WDR77 expression in astrocytes leads to astrogliosis. Our results reveal a novel role of p44/WDR77 in astrocytes, which may explain the well-documented role of androgens in suppression of astrogliosis. While many of detailed mechanisms of astrocyte activation remain to be elucidated, a number pathways have been implicated in astrocyte activation including p21Cip1 and the NF-kB pathway. Astrocytic activation induced by p44/WDR77 gene deletion was associated with a significant increase of p21Cip1 expression and NF-kB activation characterized by p65 nuclear localization. We found that down-regulation of p21Cip1 expression inhibited astrocyte activation induced by the p44/WDR77 deletion and was accompanied by a decreased p65 nuclear localization. While p21Cip1 role in astrocyte activation and NF-kB activation is not well understood, studies of other cell cycle regulators have implicated cell cycle control systems as modulators of astrocyte activation, thus p21Cip1 could induce secondary effect to induce p65 nuclear localization. However, p65 knockdown completely relieved the inhibition of astrocyte growth induced by the p44/WDR77 deletion, while p21Cip1 knockdown only partially recovered this inhibition. Thus, NF-kB activity performs additional regulatory actions not mediated by p21Cip1. These analyses imply that p4/WDR77 suppresses astrocyte activation through modulating p21Cip1 expression and NF-kB activation.

Impairment of rat postnatal lung alveolar development by glucocorticoids: involvement of the p21CIP1 and p27KIP1 cyclin-dependent kinase inhibitors

It has been shown that glucocorticoids accelerate lung development by limiting alveolar formation resulting from a premature maturation of the alveolar septa. Based on these data, the aim of the present work was to analyze the influence of dexamethasone on cell cycle control mechanisms during postnatal lung development. Cell proliferation is regulated by a network of signaling pathways that converge to the key regulator of cell cycle machinery: the cyclin-dependent kinase (CDK) system. The activity of the various cyclin/CDK complexes can be modulated by the levels of the cyclins and their CDKs, and by expression of specific CDK inhibitors (CKIs). In the present study, newborn rats were given a 4-d treatment with dexamethasone (0.1-0.01 microg/g body weight dexamethasone sodium phosphate daily on d 1-4), or saline. Morphologically, the treatment caused a significant thinning of the septa and an acceleration of lung maturation on d 4. Study of cyclin/CDK system at d 1-36 documented a transient down-regulation of cyclin/CDK complex activities at d 4 in the dexamethasone-treated animals. Analysis of the mechanisms involved suggested a role for the CKIs p21CIP1 and p27KIP1. Indeed, we observed an increase in p21CIP1 and p27KIP1 protein levels on d 4 in the dexamethasone-treated animals. By contrast, no variations in either cyclin and CDK expression, or cyclin/CDK complex formation could be documented. We conclude that glucocorticoids may accelerate lung maturation by influencing cell cycle control mechanisms, mainly through impairment of G1 cyclin/CDK complex activation.

The orf13 T-DNA gene of Agrobacterium rhizogenes confers meristematic competence to differentiated cells

Plant infections by the soil bacterium Agrobacterium rhizogenes result in neoplastic disease with the formation of hairy roots at the site of infection. Expression of a set of oncogenes residing on the stably integrated T-DNA is responsible for the disease symptoms. Besides the rol (root locus) genes, which are essential for the formation of hairy roots, the open reading frame orf13 mediates cytokinin-like effects, suggesting an interaction with hormone signaling pathways. Here we show that ORF13 induced ectopic expression of KNOX (KNOTTED1-like homeobox) class transcription factors, as well as of several genes involved in cell cycle control in tomato (Lycopersicon esculentum). ORF13 has a retinoblastoma (RB)-binding motif and interacted with maize (Zea mays) RB in vitro, whereas ORF13, bearing a point mutation in the RB-binding motif (ORF13*), did not. Increased cell divisions in the vegetative shoot apical meristem and accelerated formation of leaf primordia were observed in plants expressing orf13, whereas the expression of orf13* had no influence on cell division rates in the shoot apical meristem, suggesting a role of RB in the regulation of the cell cycle in meristematic tissues. On the other hand, ectopic expression of LeT6 was not dependent on a functional RB-binding motif. Hormone homeostasis was only altered in explants of leaves, whereas in the root no effects were observed. We suggest that ORF13 confers meristematic competence to cells infected by A. rhizogenes by inducing the expression of KNOX genes and promotes the transition of infected cells from the G1 to the S phase by binding to RB.

Function of GCIP (CCNDBP1), a helix -loop -helix leucine -zip protein, in cell differentiation and tumorigenesis

Cell growth and differentiation are complex and well-organized processes in which cells respond to stimuli from the environment by carrying out genetic programs. Transcription factors with helix-loop-helix (HLH) motif play critical roles in controlling the expression of genes involved in lineage commitment, cell fate determination, proliferation and tumorigenesis. This study has examined the roles of GCIP (CCNDBP1) in cell differentiation and tumorigenesis. GCIP is a recently identified HLH-leucine zipper protein without a basic region like the Id family of proteins. However, GCIP shares little sequence homology with the Id proteins and has domains with high acidic amino acids and leucine-rich regions following the HLH domain like c-Myc. Here we firstly demonstrate that GCIP is a transcription regulator related to muscle differentiation program. Overexpression of GCIP in C2C12 cells not only promotes myotube formation but also upregulates myogenic differentiation biomarkers, including MHC and myogenein. On the other hand, our finding also suggests that GCIP is a potential tumor suppressor related to cell cycle control. Expression of GCIP was significantly down-regulated in colon tumors as compared to normal colon tissues. Overexpression of GCIP in SW480 colon cancer cell line resulted in a significant inhibition on tumor cell colony formation on soft agar assays while silencing of GCIP expression by siRNA can promote cell proliferation and colony formation. In addition, results from transgenic mice specifically expressing GCIP in liver also support the idea that GCIP is involved in the early stage of hepatocarcinogenesis and decreased susceptibility to chemical hepatocarcinogenesis. ^

Xenopus Cdc6 confers sperm binding competence to oocytes without inducing their maturation

Amphibian eggs normally require meiotic maturation to be competent for fertilization. A necessary prerequisite for this event is sperm binding, and we show that under normal physiological conditions this property is acquired at, but not before, meiotic maturation. Immature oocytes do not bind sperm, but injection of total egg poly(A)+ mRNA into immature oocytes confers sperm binding in the absence of meiotic maturation. Using an expression cloning approach we have isolated a single cDNA from egg poly(A)+ mRNA that can induce sperm binding in immature oocytes. The cDNA was found to encode Xenopus Cdc6, a protein that previously has been shown to function in initiation of DNA replication and cell cycle control. This unanticipated finding provides evidence of a link between a regulator of the cell cycle and alterations in cell surface properties that affect gamete binding.

Evidence that Myb-related CDC5 proteins are required for pre-mRNA splicing

The conserved CDC5 family of Myb-related proteins performs an essential function in cell cycle control at G2/M. Although c-Myb and many Myb-related proteins act as transcription factors, herein, we implicate CDC5 proteins in pre-mRNA splicing. Mammalian CDC5 colocalizes with pre-mRNA splicing factors in the nuclei of mammalian cells, associates with core components of the splicing machinery in nuclear extracts, and interacts with the spliceosome throughout the splicing reaction in vitro. Furthermore, genetic depletion of the homolog of CDC5 in Saccharomyces cerevisiae, CEF1, blocks the first step of pre-mRNA processing in vivo. These data provide evidence that eukaryotic cells require CDC5 proteins for pre-mRNA splicing.

The polo-box-dependent induction of ectopic septal structures by a mammalian polo kinase, Plk, in Saccharomyces cerevisiae

Members of the polo subfamily of protein kinases play pivotal roles in cell-cycle control and proliferation. In addition to a high degree of sequence similarity in the kinase domain, polo kinases contain a strikingly conserved motif termed “polo-box” in the noncatalytic C-terminal domain. We have previously shown that the mammalian polo-like kinase Plk is a functional homolog of Saccharomyces cerevisiae Cdc5. Here, we show that, in a polo-box- and kinase activity-dependent manner, ectopic expression of Plk in budding yeast can induce a class of cells with abnormally elongated buds. In addition to localization at spindle poles and cytokinetic neck filaments, Plk induces and localizes to ectopic septin ring structures within the elongated buds. In contrast, mutations in the polo-box abolish both localization to, and induction of, septal structures. Consistent with the polo-box-dependent subcellular localization, the C-terminal domain of Plk, but not its polo-box mutant, is sufficient for subcellular localization. Our data suggest that Plk may contribute a signal to initiate or promote cytokinetic event(s) and that an intact polo-box is required for regulation of these cellular processes.

The BRCA2 gene product functionally interacts with p53 and RAD51

Germ-line mutations in the human BRCA2 gene confer susceptibility to breast cancer. Efforts to elucidate its function have revealed a putative transcriptional activation domain and in vitro interaction with the DNA repair protein RAD51. Other studies have indicated that RAD51 physically associates with the p53 tumor suppressor protein. Here we show that the BRCA2 gene product is a 460-kDa nuclear phosphoprotein, which forms in vivo complexes with both p53 and RAD51. Moreover, exogenous BRCA2 expression in cancer cells inhibits p53’s transcriptional activity, and RAD51 coexpression enhances BRCA2’s inhibitory effects. These findings demonstrate that BRCA2 physically and functionally interacts with two key components of cell cycle control and DNA repair pathways. Thus, BRCA2 likely participates with p53 and RAD51 in maintaining genome integrity.

The Win1 Mitotic Regulator Is a Component of the Fission Yeast Stress-activated Sty1 MAPK Pathway

The fission yeast Sty1 mitogen-activated protein (MAP) kinase (MAPK) and its activator the Wis1 MAP kinase kinase (MAPKK) are required for cell cycle control, initiation of sexual differentiation, and protection against cellular stress. Like the mammalian JNK/SAPK and p38/CSBP1 MAPKs, Sty1 is activated by a range of environmental insults including osmotic stress, hydrogen peroxide, UV light, menadione, heat shock, and the protein synthesis inhibitor anisomycin. We have recently identified two upstream regulators of the Wis1 MAPKK, namely the Wak1 MAPKKK and the Mcs4 response regulator. Cells lacking Mcs4 or Wak1, however, are able to proliferate under stressful conditions and undergo sexual differentiation, suggesting that additional pathway(s) control the Wis1 MAPKK. We now show that this additional signal information is provided, at least in part, by the Win1 mitotic regulator. We show that Wak1 and Win1 coordinately control activation of Sty1 in response to multiple environmental stresses, but that Wak1 and Win1 perform distinct roles in the control of Sty1 under poor nutritional conditions. Our results suggest that the stress-activated Sty1 MAPK integrates information from multiple signaling pathways.

The Fission Yeast Mitotic Regulator win1+ Encodes an MAP Kinase Kinase Kinase That Phosphorylates and Activates Wis1 MAP Kinase Kinase in Response to High Osmolarity

The Schizosaccharomyces pombe win1-1 mutant has a defect in the G2-M transition of the cell cycle. Although the defect is suppressed by wis1+ and wis4+, which are components of a stress-activated MAP kinase pathway that links stress response and cell cycle control, the molecular identity of Win1 has not been known. We show here that win1+ encodes a polypeptide of 1436 residues with an apparent molecular size of 180 kDa and demonstrate that Win1 is a MAP kinase kinase kinase that phosphorylates and activates Wis1. Despite extensive similarities between Win1 and Wis4, the two MAP kinase kinase kinases have distinct functions. Wis4 is able to compensate for loss of Win1 only under unstressed conditions to maintain basal Wis1 activity, but it fails to suppress the osmosignaling defect conferred by win1 mutations. The win1-1 mutation is a spontaneous duplication of 16 nucleotides, which leads to a frameshift and production of a truncated protein lacking the kinase domain. We discuss the cell cycle phenotype of the win1-1 cdc25-22 wee1-50 mutant and its suppression by wis genes.

The Balance of RanBP1 and RCC1 Is Critical for Nuclear Assembly and Nuclear Transport

Ran is a small GTPase that is essential for nuclear transport, mRNA processing, maintenance of structural integrity of nuclei, and cell cycle control. RanBP1 is a highly conserved Ran guanine nucleotide dissociation inhibitor. We sought to use Xenopus egg extracts for the development of an in vitro assay for RanBP1 activity in nuclear assembly, protein import, and DNA replication. Surprisingly, when we used anti-RanBP1 antibodies to immunodeplete RanBP1 from Xenopus egg extracts, we found that the extracts were also depleted of RCC1, Ran’s guanine nucleotide exchange factor, suggesting that these proteins form a stable complex. In contrast to previous observations using extracts that had been depleted of RCC1 only, extracts lacking both RanBP1 and RCC1 (codepleted extracts) did not exhibit defects in assays of nuclear assembly, nuclear transport, or DNA replication. Addition of either recombinant RanBP1 or RCC1 to codepleted extracts to restore only one of the depleted proteins caused abnormal nuclear assembly and inhibited nuclear transport and DNA replication in a manner that could be rescued by further addition of RCC1 or RanBP1, respectively. Exogenous mutant Ran proteins could partially rescue nuclear function in extracts without RanBP1 or without RCC1, in a manner that was correlated with their nucleotide binding state. These results suggest that little RanBP1 or RCC1 is required for nuclear assembly, nuclear import, or DNA replication in the absence of the other protein. The results further suggest that the balance of GTP- and GDP-Ran is critical for proper nuclear assembly and function in vitro.