Galectin-9 protein expression in endothelial cells is positively regulated by histone deacetylase 3

Galectin-9 expression in endothelial cells can be induced in response to inflammation. However, the mechanism of its expression remains unclear. In this study, we found that interferon-? (IFN-?) induced galectin-9 expression in human endothelial cells in a time-dependent manner, which coincided with the activation of histone deacetylase (HDAC). When endothelial cells were treated with the HDAC3 inhibitor, apicidin, or shRNA-HDAC3 knockdown, IFN-?-induced galectin-9 expression was abolished. Overexpression of HDAC3 induced the interaction between phosphoinositol 3-kinase (PI3K) and IFN response factor 3 (IRF3), leading to IRF3 phosphorylation, nuclear translocation, and galectin-9 expression. HDAC3 functioned as a scaffold protein for PI3K/IRF3 interaction. In addition to galectin-9 expression, IFN-? also induced galectin-9 location onto plasma membrane, which was HDAC3-independent. Importantly, HDAC3 was essential for the constitutive transcription of PI3K and IRF3, which might be responsible for the basal level of galectin-9 expression. The phosphorylation of IRF3 was essential for galectin-9 expression. This study provides new evidence that HDAC3 regulates galectin-9 expression in endothelial cells via interaction with PI3K-IRF3 signal pathway.

MicroRNA-34c inversely couples the biological functions of the runt-related transcription factor RUNX2 and the tumor suppressor p53 in osteosarcoma

Osteosarcoma (OS) is a primary bone tumor that is most prevalent during adolescence. RUNX2, which stimulates differentiation and suppresses proliferation of osteoblasts, is deregulated in OS. Here, we define pathological roles of RUNX2 in the etiology of OS and mechanisms by which RUNX2 expression is stimulated. RUNX2 is often highly expressed in human OS biopsies and cell lines. Small interference RNA (siRNA)-mediated depletion of RUNX2 inhibits growth of U2OS OS cells. RUNX2 levels are inversely linked to loss of p53 (which predisposes to OS) in distinct OS cell lines and osteoblasts. RUNX2 protein levels decrease upon stabilization of p53 with the MDM2 inhibitor Nutlin-3. Elevated RUNX2 protein expression is post-transcriptionally regulated and directly linked to diminished expression of several validated RUNX2 targeting microRNAs (miRNAs) in human OS cells compared to mesenchymal progenitor cells. The p53-dependent miR-34c is the most significantly down-regulated RUNX2 targeting miRNA in OS. Exogenous supplementation of miR-34c markedly decreases RUNX2 protein levels, while 3UTR reporter assays establish RUNX2 as a direct target of miR-34c in OS cells. Importantly, Nutlin-3 mediated stabilization of p53 increases expression of miR-34c and decreases RUNX2. Thus, a novel RUNX2-p53-miR34 network controls cell growth of osseous cells and is compromised in OS.

Insulin receptor substrate-2 is expressed in kidney epithelium and up-regulated in diabetic nephropathy

Diabetic nephropathy (DN) is a progressive fibrotic condition that may lead to end-stage renal disease and kidney failure. Transforming growth factor-ß1 and bone morphogenetic protein-7 (BMP7) have been shown to induce DN-like changes in the kidney and protect the kidney from such changes, respectively. Recent data identified insulin action at the level of the nephron as a crucial factor in the development and progression of DN. Insulin requires a family of insulin receptor substrate (IRS) proteins for its physiological effects, and many reports have highlighted the role of insulin and IRS proteins in kidney physiology and disease. Here, we observed IRS2 expression predominantly in the developing and adult kidney epithelium in mouse and human. BMP7 treatment of human kidney proximal tubule epithelial cells (HK-2 cells) increases IRS2 transcription. In addition, BMP7 treatment of HK-2 cells induces an electrophoretic shift in IRS2 migration on SDS/PAGE, and increased association with phosphatidylinositol-3-kinase, probably due to increased tyrosine/serine phosphorylation. In a cohort of DN patients with a range of chronic kidney disease severity, IRS2 mRNA levels were elevated approximately ninefold, with the majority of IRS2 staining evident in the kidney tubules in DN patients. These data show that IRS2 is expressed in the kidney epithelium and may play a role in the downstream protective events triggered by BMP7 in the kidney. The specific up-regulation of IRS2 in the kidney tubules of DN patients also indicates a novel role for IRS2 as a marker and/or mediator of human DN progression.

Cytosolic phospholipase A2 gene expression in rat mesangial cells is regulated post-transcriptionally

Cytosolic phospholipase A2 (cPLA2) is thought to be the rate-limiting enzyme in the arachidonic acid/eicosanoid cascade. The ability of various agonists to increase steady-state cPLA2 mRNA levels has previously been reported. The current study delineates the contributions of transcriptional and post-transcriptional processes to the regulation of cPLA2 gene expression in response to a variety of agonists in cultured rat glomerular mesangial cells. Epidermal growth factor, platelet-derived growth factor, serum and phorbol myristate acetate all increase the half-life of cPLA2 mRNA transcripts, indicating a role for post-transcriptional modulation of gene expression. The presence of three ATTTA motifs in the 3' untranslated region (3'UTR) of the rat cPLA2 cDNA is ascertained. Heterologous expression of chimeric constructs with different 3'UTRs ligated into the 3' end of the luciferase coding region reveals that the presence of the cPLA2 3'UTR results in reduced luciferase activity compared with constructs without the cPLA2 3'UTR. Furthermore, the luciferase activity in the constructs with the cPLA2 3'UTR is increased in response to the same agonists which stabilize endogenous cPLA2 mRNA. A negligible effect of these agonists on transcriptional control of cPLA2 is evident using promoter-reporter constructs expressed in transient and stable transfectants. Taken together, these results indicate predominant post-transcriptional regulation of cPLA2 mRNA levels.

Up-regulated MSI2 is associated with more aggressive chronic myeloid leukemia

A better understanding of events triggering chronic myeloid leukemia progression are critical to optimised clinical management of chronic myeloid leukemia (CML). We sought to validate that increased Musashi 2 (MSI2), a post transcription regulator, expression is associated with progression and prognosis. Screening of 152 CML patients showed MSI2 was significantly decreased among CML patients in CP at diagnosis (p<0.0001), but found no significant difference between the normal control group and treated CML patients in CP. Moreover it was significantly increased (p<0.0001) in advance disease (AD) CML patients. Furthermore, our human hematopoietic cell line data imply MSI2 and BCR-ABL1 mRNA expression correlate. However, these data cast a doubt on earlier reports that MSI2 effects HES1 expression via NUMB-NOTCH signaling.

Developmentally regulated IL6-type cytokines signal to germ cells in the human fetal ovary

Fetal ovarian development and primordial follicle formation are imperative for adult fertility in the female. Data suggest the interleukin (IL)6-type cytokines, leukaemia inhibitory factor (LIF), IL6, oncostatin M (OSM) and ciliary neurotrophic factor (CNTF), are able to regulate the survival, proliferation and differentiation of fetal murine germ cells (GCs) in vivo and in vitro. We postulated that these factors may play a similar role during early human GC development and primordial follicle formation. To test this hypothesis, we have investigated the expression and regulation of IL6-type cytokines, using quantitative reverse transcription polymerase chain reaction and immunohistochemistry. Expression of transcripts encoding OSM increased significantly across the gestational range examined (8-20 weeks), while expression of IL6 increased specifically between the first (8-11 weeks) and early second (12-16 weeks) trimesters, co-incident with the initiation of meiosis. LIF and CNTF expression remained unchanged. Expression of the genes encoding the LIF and IL6 receptors, and their common signalling subunit gp130, was also found to be developmentally regulated, with expression increasing significantly with increasing gestation. LIF receptor and gp130 proteins localized exclusively to GCs, including oocytes in primordial follicles, indicating this cell type to be the sole target of IL6-type cytokine signalling in the human fetal ovary. These data establish that IL6-type cytokines and their receptors are expressed in the human fetal ovary and may directly influence GC development at multiple stages of maturation.

Salt-inducible kinase 2 regulates mitotic progression and transcription in prostate cancer

UNLABELLED: Salt-inducible kinase 2 (SIK2) is a multifunctional kinase of the AMPK family that plays a role in CREB1-mediated gene transcription and was recently reported to have therapeutic potential in ovarian cancer. The expression of this kinase was investigated in prostate cancer clinical specimens. Interestingly, auto-antibodies against SIK2 were increased in the plasma of patients with aggressive disease. Examination of SIK2 in prostate cancer cells found that it functions both as a positive regulator of cell-cycle progression and a negative regulator of CREB1 activity. Knockdown of SIK2 inhibited cell growth, delayed cell-cycle progression, induced cell death, and enhanced CREB1 activity. Expression of a kinase-dead mutant of SIK2 also inhibited cell growth, induced cell death, and enhanced CREB1 activity. Treatment with a small-molecule SIK2 inhibitor (ARN-3236), currently in preclinical development, also led to enhanced CREB1 activity in a dose- and time-dependent manner. Because CREB1 is a transcription factor and proto-oncogene, it was posited that the effects of SIK2 on cell proliferation and viability might be mediated by changes in gene expression. To test this, gene expression array profiling was performed and while SIK2 knockdown or overexpression of the kinase-dead mutant affected established CREB1 target genes; the overlap with transcripts regulated by forskolin (FSK), the adenylate cyclase/CREB1 pathway activator, was incomplete.

IMPLICATIONS: This study demonstrates that targeting SIK2 genetically or therapeutically will have pleiotropic effects on cell-cycle progression and transcription factor activation, which should be accounted for when characterizing SIK2 inhibitors.

Pro-neural transcription factors as cancer markers

BACKGROUND: The aberrant transcription in cancer of genes normally associated with embryonic tissue differentiation at various organ sites may be a hallmark of tumour progression. For example, neuroendocrine differentiation is found more commonly in cancers destined to progress, including prostate and lung. We sought to identify proteins which are involved in neuroendocrine differentiation and differentially expressed in aggressive/metastatic tumours.

RESULTS: Expression arrays were used to identify up-regulated transcripts in a neuroendocrine (NE) transgenic mouse model of prostate cancer. Amongst these were several genes normally expressed in neural tissues, including the pro-neural transcription factors Ascl1 and Hes6. Using quantitative RT-PCR and immuno-histochemistry we showed that these same genes were highly expressed in castrate resistant, metastatic LNCaP cell-lines. Finally we performed a meta-analysis on expression array datasets from human clinical material. The expression of these pro-neural transcripts effectively segregates metastatic from localised prostate cancer and benign tissue as well as sub-clustering a variety of other human cancers.

CONCLUSION: By focussing on transcription factors known to drive normal tissue development and comparing expression signatures for normal and malignant mouse tissues we have identified two transcription factors, Ascl1 and Hes6, which appear effective markers for an aggressive phenotype in all prostate models and tissues examined. We suggest that the aberrant initiation of differentiation programs may confer a selective advantage on cells in all contexts and this approach to identify biomarkers therefore has the potential to uncover proteins equally applicable to pre-clinical and clinical cancer biology.

The Molecular Consequences of CK2-mediated Phosphorylation of the TGA2 Transcription Factor within Systemic Acquired Resistance of Arabidopsis thaliana

During infection, the model plant Arabidopsis thaliana is capable of activating long lasting defence responses both in tissue directly affected by the pathogen and in more distal tissue. Systemic acquired resistance (SAR) is a type of systemic defence response deployed against biotrophic pathogens resulting in altered plant gene expression and production of antimicrobial compounds. One such gene involved in plant defence is called pathogenesis-related 1 (PR1) and is under the control of several protein regulators. TGA II-clade transcription factors (namely TGA2) repress PR1 activity prior to infection by forming large oligomeric complexes effectively blocking gene transcription. After pathogen detection, these complexes are dispersed by a mechanism unknown until now and free TGA molecules interact with the non-expressor of pathogenesis-related gene 1 (NPR1) protein forming an activating complex enabling PR1 transcription. This study elucidates the TGA2 dissociation mechanism by introducing protein kinase CK2 into this process. This enzyme efficiently phosphorylates TGA2 resulting in two crucial events. Firstly, the DNA-binding ability of this transcription factor is completely abolished explaining how the large TGA2 complexes are quickly evicted from the PR1 promoter. Secondly, a portion of TGA2 molecules dissociate from the complexes after phosphorylation which likely makes them available for the formation of the TGA2-NPR1 activating complex. We also show that phosphorylation of a multiserine motif found within TGA2’s N terminus is responsible for the change of affinity to DNA, while modification of a single threonine in the leucine zipper domain seems to be responsible for deoligomerization. Despite the substantial changes caused by phosphorylation, TGA2 is still capable of interacting with NPR1 and these proteins together form a complex on DNA promoting PR1 transcription. Therefore, we propose a change in the current model of how PR1 is regulated by adding CK2 which targets TGA2 displacing it’s complexes from the promoter and providing solitary TGA2 molecules for assembly of the activating complex. Amino acid sequences of regions targeted by CK2 in Arabidopsis TGA2 are similar to those found in TGA2 homologs in rice and tobacco. Therefore, the molecular mechanism that we have identified may be conserved among various plants, including important crop species, adding to the significance of our findings.

The cumate gene-switch: a system for regulated expression in mammalian cells

Affiliation: Sophie Broussau, Amelie Pilotte & Bernard Massie : Départment de microbiologie et immunologie, Faculté de médecine, Université de Montréal

Formation and differentiation of multiple mesenchymal lineages during lung development is regulated by {beta}-catenin signaling.

BACKGROUND: The role of ss-catenin signaling in mesodermal lineage formation and differentiation has been elusive. METHODOLOGY: To define the role of ss-catenin signaling in these processes, we used a Dermo1(Twist2)(Cre/+) line to target a floxed beta-catenin allele, throughout the embryonic mesenchyme. Strikingly, the Dermo1(Cre/+); beta-catenin(f/-) conditional Knock Out embryos largely phenocopy Pitx1(-/-)/Pitx2(-/-) double knockout embryos, suggesting that ss-catenin signaling in the mesenchyme depends mostly on the PITX family of transcription factors. We have dissected this relationship further in the developing lungs and find that mesenchymal deletion of beta-catenin differentially affects two major mesenchymal lineages. The amplification but not differentiation of Fgf10-expressing parabronchial smooth muscle progenitor cells is drastically reduced. In the angioblast-endothelial lineage, however, only differentiation into mature endothelial cells is impaired. CONCLUSION: Taken together these findings reveal a hierarchy of gene activity involving ss-catenin and PITX, as important regulators of mesenchymal cell proliferation and differentiation.

Globin Gene Expression: Role of Transcription Factors

La dérégulation de l'expression génétique est une base pathophysiologique de plusieurs maladies. On a utilisé le locus du gène β-globine humain comme modèle pour élucider le mécanisme de régulation de la transcription génétique et évaluer son expression génétique durant l'érythropoïèse. La famille des protéines 'E' est composée de facteurs de transcription qui possèdent plusieurs sites de liaison au sein de locus du gène β-globine, suggérant leur rôle potentiel dans la régulation de l’expression de ces gènes. Nous avons montré que les facteurs HEB, E2A et ETO2 interagissent d’une manière significative avec la région contrôle du Locus (LCR) et avec les promoteurs des gènes de la famille β-globine. Le recrutement de ces facteurs au locus est modifié lors de l'érythropoïèse dans les cellules souches hematopoitiques et les cellules erythroides de souris transgéniques pour le locus de la β-globine humain, ainsi que dans les cellules progénitrices hématopoïétiques humaines. De plus par cette étude, nous démontrons pour la première fois que le gène β-globine humain est dans une chromatine active et qu’il interagit avec des facteurs de transcriptions de type suppresseurs dans les cellules progénitrices lymphoïdes (voie de différentiation alternative). Cette étude a aussi été faite dans des souris ayant une génétique mutante caractérisée par l'absence des facteurs de transcription E2A ou HEB.

Étude de la régulation du facteur de transcription NF-kB dans l'infection par le RSV

L’infection par le Virus Respiratoire Syncytial cause des affections pulmonaires aiguës en pédiatrie caractérisée par une réponse inflammatoire excessive médiée par la production de cytokines par les cellules épithéliales des voies aériennes. Les gènes codant pour ces cytokines sont régulés par le facteur de transcription NF-κB (p50/p65) dont l’activation est classiquement induite par la phosphorylation de son inhibiteur IκBα, ce qui permet l’accumulation de l’hétérodimère au noyau. Par contre, nous avons récemment identifié la phosphorylation en sérine 536 de la sous-unité p65 comme une autre étape essentielle à son activation lors de l’infection des AEC par RSV. Le travail présenté dans ce mémoire a permis de démontrer que l’inhibition de l’expression de RIG-I, de Cardif ou de TRAF6, 3 protéines impliquées dans la reconnaissance cellulaire des virus, conduit à l’inhibition de cette phosphorylation en réponse à RSV. Nous avons également établi à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques et d’ARNi que, parmi les diverses kinases connues pour phosphoryler p65 en réponse à divers stimulus, IKKα/β sont essentielles à cette phosphorylation lors d’une stimulation par RSV. Puisque TRAF6 est bien connu dans la littérature pour activer le complexe IKK, nous proposons que TRAF6, après reconnaissance de l’ARN viral de RSV par RIG-I, active le complexe IKK qui induit la phosphorylation de la sousunité p65 de NF-κB, permettant l’expression de gènes cibles. D’autre part, nous avions précédemment démontré que Nox2, un isoforme de NADPH oxydase, contrôle l’activation de NF-κB en régulant les phosphorylations de IκBα et p65. Nous montrons ici que l’inhibition de Nox2 réduit fortement l’activité du complexe kinase IKK. De plus, la présence au niveau basal de Nox2 est critique pour le niveau d’ARN messager de Cardif. Nous proposons donc que la régulation de la phosphorylation de p65 en ser536 par Nox2 soit via son effet sur Cardif en permettant la fonctionnalité de la voie RIG-I.

The role of transcription factor Pitx1 and its regulation by hypoxia in Adolescent Idiopathic Scoliosis

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est définie comme une courbure de la colonne vertébrale supérieure à 10 degrés, qui est de cause inconnue et qui affecte de façon prépondérante les adolescents. Des études précédentes sur des modèles murins ont démontré une inactivation partielle du gène Pitx1. Cette inactivation partielle provoque une déformation spinale sévère lors du développement des souris Pitx1+/-, ce qui est grandement similaire au phénotype de la SIA. En se basant sur ces observations, nous postulons que la perte de fonction de Pitx1 pourrait avoir un rôle dans la SIA et pourrait être régulée par des mécanismes moléculaires spécifiques. En effet, des études faites sur l’expression de Pitx1 révèlent une perte de son expression dans les ostéoblastes dérivés de patients SIA au niveau de l’ARNm. Nous émettons l’hypothèse que la perte de Pitx1 dans la SIA pourrait être déclenchée par des facteurs hypoxiques puisqu’il est connu que Pitx1 est réprimé par l’hypoxie et que HIF-2 alpha est surexprimés dans les ostéoblastes des patients SIA même dans des conditions normoxiques. De plus, nous avons découvert une mutation dans le domaine ODD des HIF-1 alpha chez certains patients SIA (3,1%). Une fonction connue de ce domaine est de stabiliser et d’augmenter l’activité transcriptionnelle de HIF-1 alpha dans des conditions normoxiques. Nous avons confirmé, par la technique EMSA, l’existence d’un élément de réponse fonctionnel à l’hypoxie au niveau du promoteur de Pitx1. Cependant, des co-transfections avec des vecteurs d’expression pour HIF-1 alpha et HIF-2 alpha, en présence de leur sous-unité beta ARNT, ont conduit à une activation du promoteur de Pitx1 dans la lignée cellulaire MG-63 ainsi que dans les ostéoblastes des sujets contrôles. Il est intéressant de constater qu’aucune activité du promoteur de Pitx1 dans les ostéoblastes SIA n’a été observée, même après la co-expression de HIF-2 alpha et ARNT, confirmant le fait que l’expression de Pitx1 est abrogée dans la SIA. Dans l’ensemble, nos résultats démontrent un rôle important de Pitx1 dans la SIA et une possible régulation par des facteurs hypoxiques.

Étude de la collaboration entre les facteurs de transcription hématopoïétiques lors du développement et de la différenciation des cellules érythroïdes

La régulation transcriptionnelle des gènes est cruciale pour permettre le bon fonctionnement des cellules. Afin que les cellules puissent accomplir leurs fonctions, les gènes doivent être exprimés adéquatement dans le bon type cellulaire et au stade de développement et de différenciation approprié. Un dérèglement dans l’expression de un ou plusieurs gènes peut entraîner de graves conséquences sur le destin de la cellule. Divers éléments en cis (ex : promoteurs et enhancers) et en trans (machinerie transcriptionnelle et facteurs de transcription) sont impliqués dans la régulation de la transcription. Les gènes du locus humain beta-globine (hub) sont exprimés dans les cellules érythroïdes et sont finenement régulés lors du développement et de la différenciation. Des mutations dans différentes régions du locus causent entre autres les beta-thalassémies. Nous avons utilisé ce modèle bien caractérisé afin d’étudier différents mécanismes de régulation favorisés par les facteurs de transcription qui sont exprimés dans les cellules érythroïdes. Nous nous sommes intéressés à l’importance de l’élément en cis HS2 du Locus control region. Cet élément possède plusieurs sites de liaison pour des facteurs de transcription impliqués dans la régulation des gènes du locus hub. Nos résultats montrent que HS2 possède un rôle dans l’organisation de la chromatine du locus qui peut être dissocié de son rôle d’enhancer. De plus, HS2 n’est pas essentiel pour l’expression à haut niveau du gène beta alors qu’il est important pour l’expression des gènes gamma. Ceci suggère que le recrutement des différents facteurs au site HS2 lors du développement influence différement les gènes du locus. Dans un deuxième temps, nous avons investigué l’importance de HS2 lors de la différenciation des cellules érythroïdes. Il avait été rapporté que l’absence de HS2 influence grandement la potentialisation de la chromatine du gène beta. La potentialisation dans les cellules progénitrices favorise l’activation transcriptionnelle du gène dans les cellules matures. Nous avons caractérisé le recrutement de différents facteurs de transcription au site HS2 et au promoteur beta dans les cellules progénitrices hématopoïétiques (CPH) ainsi que dans les cellules érythroïdes matures. Nos résultats montrent que le facteur EKLF est impliqué dans la potentialisation de la chromatine et favorise le recrutement des facteurs BRG1, p45 et CBP dans les CPH. L’expression de GATA-1 dans les cellules érythroïdes matures permet le recrutement de GATA-1 au locus hub dans ces cellules. Ces données suggèrent que la combinaison de EKLF et GATA-1 est requise pour permettre une activation maximale du gène beta dans les cellules érythroïdes matures. Un autre facteur impliqué dans la régulation du locus hub est Ikaros. Nous avons étudié son recrutement au locus hub et avons observé que Ikaros est impliqué dans la répression des gènes gamma. Nos résultats montrent aussi que GATA-1 est impliqué dans la répression de ces gènes et qu’il interagit avec Ikaros. Ensemble, Ikaros et GATA-1 favorisent la formation d’un complexe de répression aux promoteurs gamma. Cette étude nous a aussi permis d’observer que Ikaros et GATA-1 sont impliqués dans la répression du gène Gata2. De façon intéressante, nous avons caractérisé le mécanisme de répression du gène Hes1 (un gène cible de la voie Notch) lors de la différenciation érythroïde. Similairement à ce qui a été observé pour les gènes gamma, Hes1 est aussi réprimé par Ikaros et GATA-1. Ces résultats suggèrent donc que la combinaison de Ikaros et GATA-1 est associée à la répression de plusieurs de gènes dans les cellules érythroïdes. Globalement cette thèse rapporte de nouveaux mécanismes d’action de différents facteurs de transcription dans les cellules érythroïdes. Particulièrement, nos travaux ont permis de proposer un modèle pour la régulation des gènes du locus hub lors du développement et de la différenciation. De plus, nous rapportons pour la première fois l’importance de la collaboration entre les facteurs Ikaros et GATA-1 dans la régulation transcriptionnelle de gènes dans les cellules érythroïdes. Des mutations associées à certains des facteurs étudiés ont été rapportées dans des cas de beta-thalassémies ainsi que de leucémies. Nos travaux serviront donc à avoir une meilleure compréhension des mécanismes d’action de ces facteurs afin de potentiellement pouvoir les utiliser comme cibles thérapeutiques.