UV irradiation of human keratinocytes activates the inflammasome

Human keratinocytes represent a potent source of the pro-inflammatory cytokines pro-interleukin(IL)-1α and -β. ProIL-1β requires processing by caspase-1 (IL-1β-converting enzyme, ICE) for activation and receptor binding. ProIL-1α and -β lack a signal peptide and leave the cell via the alternative secretion pathway, which is independent of the classical ER/Golgi pathway. Both cytokines are stored in the cytoplasm and can be activated and released upon UV irradiation. In macrophages maturation of proIL-1β requires the activation of inflammasomes, innate multiprotein immune complexes, which are essential for the activation of caspase-1 and thereby for processing of proIL-1β. However, the intracellular pathways, which are responsible for activation of proIL-1β and secretion of IL-1β in keratinocytes, are unknown. We show that human keratinocytes express inflammasome proteins in vitro and in vivo. UVB irradiation of keratinocytes results in an increase of cytoplasmic Ca2+ from intracellular stores. This shift is required for inflammasome-dependent activation of caspase-1 and subsequent processing of proIL-1β and secretion of IL-1β. In contrast to macrophages, caspase-1 cannot activate proIL-18 in keratinocytes, although secretion of this cytokine is also induced by UVB irradiation. In vivo, caspase-1 is also essential for UVB-induced inflammation in the skin, since caspase-1 knockout mice showed a strongly reduced inflammatory response after UVB irradiation. Our results suggest that keratinocytes are important immuno-competent cells under physiological and pathological conditions.

Rôle de la Prohibitine et de la sumoylation dans la pathogenèse de l’ostéoarthrose

L'ostéoarthrose (OA) est la forme la plus commune d’arthrite et son étiologie demeure encore méconnue. Les travaux du Dr Moreau et son équipe ont permis de mettre en évidence une quasi perte d’expression du facteur de transcription Pitx1 dans les chondrocytes OA et la protéine PHB-1 a été identifiée comme étant membre d’un complexe répresseur pouvant lier le promoteur de Pitx1. Le but de la présente étude était de confirmer l’accumulation anormale de PHB-1 dans le noyau des chondrocytes OA, tel que suggéré par des données préliminaires, et d’identifier les mécanismes impliqués dans son import ou rétention au noyau. Pour ce faire, un volet mécanistique utilisant les lignées C28/I2 et U2OS fut combiné à l’étude clinique des chondrocytes articulaires de patients OA et de sujets sains. Les résultats de cette étude démontrent que chez 55 pourcent des patients OA, la Prohibitine s’accumule dans le noyau des chondrocytes articulaires et que cette accumulation corrèle avec une augmentation de la sumoylation totale dans le noyau des cellules OA. Le présent projet de recherche propose pour la première fois qu’une sumoylation accrue au sein des cellules OA pourrait être responsable de l’accumulation nucléaire de PHB-1, médiée par sa liaison aux protéines SUMO-1 via un domaine de liaison aux SUMOs (SBM) localisé aux résidus 76 à 79 de PHB-1. Les résultats de cette étude ont aussi permis de mettre en évidence que dans les chondrocytes OA, les protéines SUMO-1 et SUMO-2/3 s’accumulent dans des corps nucléaires de type PML, suggérant un recrutement de protéines interagissant avec les SUMOs au sein de ces structures dans les cellules OA. Nous sommes persuadés que cette étude générera des retombées importantes non seulement au niveau fondamental pour la compréhension des mécanismes moléculaires liés à la biologie des chondrocytes articulaires, mais aussi au niveau du développement d’outils génétiques permettant le dépistage de l’arthrose à un stade précoce.

Study of the subcellular localization of cell cycle regulator Cks1 and its impact on cancer

La progression dans le cycle cellulaire est contrôlée par de vagues oscillantes de cyclines et des kinases cycline-dépendantes (Cdk). Ces kinases sont régulées positivement par l’association des sous-unités cyclines régulatrices et négativement en se liant aux inhibiteurs de Cdk. Parmi ces derniers, p27 inhibe tous les complexes cycline-Cdk quelle que soit la phase cellulaire et agit en tant que régulateur négatif principal de la prolifération cellulaire dans une variété de cellules et de tissus. Intrinsèquement, p27 phosphorylé est ubiquitiné et dégradé par le complexe SCFSkp2-Cks1. Des études génétiques de la souris, ainsi que des examens cliniques chez l’homme, ont montré que p27 est un important suppresseur de tumeur. Le gène est rarement muté. Cependant, p27 est fréquemment réprimé dans les cancers humains en raison d’une augmentation de l’expression de Skp2 et de Cks1 dans le noyau, ce qui est généralement associée à un mauvais pronostic. La localisation subcellulaire de Cks1 est donc d'une importance primordiale dans le contrôle de la prolifération cellulaire. Les résultats récents de notre laboratoire ont montré une interaction entre Cks1 et les protéines de transport nucléaire importine α1 et β3. Aussi, l’analyse de la séquence primaire de Cks1 a également révélé un signal de localisation nucléaire classique (NLS) à son extrémité C-terminale. Des mutations ont été effectuées sur le NLS suspect pour déterminer si oui ou non l'import nucléaire de Cks1 était contrôlé par cette séquence. Un inhibiteur synthétique de l’importine β a également été utilisé pour étudier l’import de Cks1 dans le noyau. Les résultats indiquent que l’extrémité C-terminale de Cks1 est en effet un NLS puisque les mutations de Cks1 et l'inhibition de l’importine β conduisent, tous deux, à l'accumulation de Cks1 dans le cytoplasme. Ces résultats ont été utiles pour mieux comprendre le mécanisme régulant la localisation de Cks1. Toutefois, des travaux futurs sont nécessaires pour mieux comprendre l'impact de la séquestration cytoplasmique de Cks1 sur le cancer et ainsi espérer aboutir à l'identification de nouvelles cibles pharmacologiques impliqués dans la prolifération cellulaire.

Étude de la fonction de la protéine RPAP4 et de son association avec l’ARN polymérase II

L’ARN polymérase II (ARNPII), l’enzyme responsable de la transcription des ARN messagers, procède au décodage du génome des organismes vivants. Cette fonction requiert l’action concertée de plusieurs protéines, les facteurs généraux de la transcription, par exemple, formant un réseau d’interactions protéine-protéine, plusieurs étant impliquées dans la régulation de l’ARNPII à différents niveaux. La régulation de la transcription a été largement étudiée durant les quatre dernières décennies. Néanmoins, nous en connaissons peu sur les mécanismes qui régulent l’ARNPII avant ou après la transcription. Dans la première partie de cette thèse, nous poursuivons la caractérisation du réseau d’interactions de l’ARNPII dans la fraction soluble de la cellule humaine, travail qui a débuté précédemment dans notre laboratoire. Ce réseau, développé à partir de la méthode de la purification d’affinité en tandem couplée à la spectrométrie de masse (AP-MS) et à des méthodes d’analyses bioinformatiques, nous amène une foule d’informations concernant la régulation de l’ARNPII avant et après son interaction avec la chromatine. Nous y identifions des protéines qui pourraient participer à l’assemblage de l’ARNPII telles des chaperonnes et les protéines du complexe R2TP/prefoldin-like ainsi que des protéines impliquées dans le transport nucléocytoplasmique. Au centre de ce réseau se trouvent RPAP4, une GTPase qui semble se positionner à l’interface entre ces protéines régulatrices et l’ARNPII. Nous avons donc entamé l’étude la fonction de RPAP4, ce qui nous a menés à la conclusion que RPAP4 est essentielle à l’import nucléaire de l’ARNPII au noyau, où elle exerce sa fonction. Nous avons également montré que les motifs G et GPN sont essentiels à la fonction de RPAP4. Le traitement des cellules avec le bénomyl nous montre aussi que la fonction de RPAP4 et l’import nucléaire de l’ARNPII requièrent l’action des microtubules. La deuxième partie de la thèse s’intéresse à une autre protéine positionnée au centre du réseau, RPAP2. Cette dernière partage plusieurs interactions avec RPAP4. Elle est aussi essentielle à la localisation nucléaire de l’ARNPII et interagit directement avec celle-ci. RPAP4 et RPAP2 étant toutes deux des protéines cytoplasmiques qui font la navette entre le noyau et le cytoplasme, nous présentons des évidences que RPAP4 est impliquée dans l’export nucléaire de RPAP2 pour permettre à celle-ci d’être disponible dans le cytoplasme pour l’import de l’ARNPII dans le noyau. Dans la troisième partie de la thèse, nous étudions plus en profondeur les modifications post-traductionnelles de RPAP4, ce qui nous aide à mieux comprendre sa propre régulation et sa fonction auprès de l’ARNPII. RPAP4 est phosphorylée en mitose par la MAP kinase ERK5. Cette phosphorylation favorise l’interaction entre RPAP4 et RPAP2, ce qui empêche RPAP2 d’interagir avec l’ARNPII pendant la mitose, prévenant du même coup, son interaction avec la chromatine pendant cette phase du cycle cellulaire où la transcription est presque inexistante.

Identification des résidus essentiels à l’interaction du récepteur CXCR7 avec ses ligands SDF-1 et ITAC

Les chimiokines sont des petites protéines secrétées dont la fonction principale est la stimulation de la migration de cellules immunitaires vers différents organes et tissus. Elles sont souvent impliquées lors des maladies inflammatoires, auto-immunes et des cancers. Ainsi, les chimiokines et leurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont la cible pharmacologique de plusieurs molécules, actuellement testées en essais cliniques. Nous avons pris comme modèle, lors de notre étude, le récepteur atypique CXCR7. Ce récepteur est dit atypique, car il ne signalise pas via la voie classique des protéines G, mais plutôt via la voie de la β-arrestine. CXCR7 est impliqué dans de nombreux cancers, favorise la progression métastatique et est un co-récepteur pour le virus de l’immunodéficience humaine (VIH). Cependant, aucune donnée sur son mode de liaison avec ses ligands CXCL11/ITAC et CXCL12/SDF-1 n’existe à date. Nous pensons que cette information est essentielle pour le développement efficace d’agonistes et d’antagonistes, et nous nous sommes intéressés à identifier les résidus essentiels à la liaison des deux ligands de CXCR7 et à son activation par ces derniers. Pour cela, nous avons créé une série de mutants par substitution ou délétion d’acides aminés de la partie N-terminale, des boucles extracellulaires et des domaines transmembranaires du récepteur. Nous avons testé leur marquage en surface cellulaire par cytométrie en flux, leur liaison des deux ligands par expériences de radio-liaison, et leur capacité à recruter la β-arrestine en réponse aux ligands par essais BRET. Les résultats obtenus ont permis d’identifier des résidus importants à l’interaction des systèmes CXCR7/SDF-1 et CXCR7-ITAC et suggèrent des modes de liaison à CXCR7 différents entre ITAC et SDF-1. Tout comme la liaison d’ITAC à son autre récepteur CXCR3, sa liaison à CXCR7 suivrait le mode conventionnel de liaison en deux étapes des récepteurs de chimiokines. Cependant, la liaison de SDF-1 à CXCR7 suivrait un autre mode de liaison, contrairement à sa liaison à son autre récepteur, CXCR4.

Myocyte remodeling in response to hypertrophic stimuli requires nucleocytoplasmic shuttling of muscle LIM protein

CSRP3 or muscle LIM protein (MLP) is a nucleocytoplasmic shuttling protein and a mechanosensor in cardiac myocytes. MLP regulation and function was studied in cultured neonatal rat myocytes treated with pharmacological or mechanical stimuli. Either verapamil or BDM decreased nuclear MLP while phenylephrine and cyclic strain increased it. These results suggest that myocyte contractility regulates MLP subcellular localization. When RNA polymerase II was inhibited with alpha-amanitin, nuclear MLP was reduced by 30%. However, when both RNA polymerase I and II were inhibited with actinomycin D, there was a 90% decrease in nuclear MLP suggesting that its nuclear translocation is regulated by both nuclear and nucleolar transcriptional activity. Using cell permeable synthetic peptides containing the putative nuclear localization signal (NLS) of MLP, nuclear import of the protein in cultured rat neonatal myocytes was inhibited. The NLS of MLP also localizes to the nucleolus. Inhibition of nuclear translocation prevented the increased protein accumulation in response to phenylephrine. Furthermore, cyclic strain of myocytes after prior NLS treatment to remove nuclear MLP resulted in disarrayed sarcomeres. Increased protein synthesis and brain natriuretic peptide expression were also prevented suggesting that MLP is required for remodeling of the myo filaments and gene expression. These findings suggest that nucleocytoplasmic shuttling MLP plays an important role in the regulation of the myocyte remodeling and hypertrophy and is required for adaptation to hypertrophic stimuli. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Delineation and modelling of a nucleolar retention signal in the coronavirus nucleocapsid protein

Unlike nuclear localization signals, there is no obvious consensus sequence for the targeting of proteins to the nucleolus. The nucleolus is a dynamic subnuclear structure which is crucial to the normal operation of the eukaryotic cell. Studying nucleolar trafficking signals is problematic as many nucleolar retention signals (NoRSs) are part of classical nuclear localization signals (NLSs). In addition, there is no known consensus signal with which to inform a study. The avian infectious bronchitis virus (IBV), coronavirus nucleocapsid (N) protein, localizes to the cytoplasm and the nucleolus. Mutagenesis was used to delineate a novel eight amino acid motif that was necessary and sufficient for nucleolar retention of N protein and colocalize with nucleolin and fibrillarin. Additionally, a classical nuclear export signal (NES) functioned to direct N protein to the cytoplasm. Comparison of the coronavirus NoRSs with known cellular and other viral NoRSs revealed that these motifs have conserved arginine residues. Molecular modelling, using the solution structure of severe acute respiratory (SARS) coronavirus N-protein, revealed that this motif is available for interaction with cellular factors which may mediate nucleolar localization. We hypothesise that the N-protein uses these signals to traffic to and from the nucleolus and the cytoplasm.

Potential role of NF-kappaB in adult neural stem cells: the underrated steersman?

Neural stem cells are precursors of neurons and glial cells. During brain development, these cells proliferate, migrate and differentiate into specific lineages. Recently neural stem cells within the adult central nervous system were identified. Informations are now emerging about regulation of stem cell proliferation, migration and differentiation by numerous soluble factors such as chemokines and cytokines. However, the signal transduction mechanisms downstream of these factors are less clear. Here, we review potential evidences for a novel central role of the transcription factor nuclear factor kappa B (NF-kappaB) in these crucial signal transduction processes. NF-kappaB is an inducible transcription factor detected in neurons, glia and neural stem cells. NF-kappaB was discovered by David Baltimore's laboratory as a transcription factor in lymphocytes. NF-kappaB is involved in many biological processes such as inflammation and innate immunity, development, apoptosis and anti-apoptosis. It has been recently shown that members of the NF-kappaB family are widely expressed by neurons, glia and neural stem cells. In the nervous system, NF-kappaB plays a crucial role in neuronal plasticity, learning, memory consolidation, neuroprotection and neurodegeneration. Recent data suggest an important role of NF-kappaB on proliferation, migration and differentiation of neural stem cells. NF-kappaB is composed of three subunits: two DNA-binding and one inhibitory subunit. Activation of NF-kappaB takes place in the cytoplasm and results in degradation of the inhibitory subunit, thus enabling the nuclear import of the DNA-binding subunits. Within the nucleus, several target genes could be activated. In this review, we suggest a model explaining the multiple action of NF-kappaB on neural stem cells. Furthermore, we discuss the potential role of NF-kappaB within the so-called brain cancer stem cells.

TNF-alpha mediated transport of NF-kappaB to the nucleus is independent of the cytoskeleton-based transport system in non-neuronal cells

In unstimulated cells, proteins of the nuclear factor kappaB (NF-kappaB) transcription factor family are sequestered in the cytoplasm through interactions with IkappaB inhibitor proteins. Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) activates the degradation of IkappaB-alpha and the nuclear import of cytoplasmic NF-kappaB. Nuclear localization of numerous cellular proteins is mediated by the ability of the cytoskeleton, usually microtubules, to direct their perinuclear accumulation. In a former study we have shown that activated NF-kappaB rapidly moves from distal processes in neurons towards the nucleus. The fast transport rate suggests the involvement of motor proteins in the transport of NF-kappaB. Here we address the question how NF-kappaB arrives at the nuclear membrane before import in non-neuronal cells, i.e., by diffusion alone or with the help of active transport mechanisms. Using confocal microscopy imaging and analysis of nuclear protein extracts, we show that NF-kappaB movement through the cytoplasm to the nucleus is independent of the cytoskeleton, in the three cell lines investigated here. Additionally we demonstrate that NF-kappaB p65 is not associated with the dynein/dynactin molecular motor complex. We propose that cells utilize two distinct mechanisms of NF-kappaB transport: (1) signaling via diffusion over short distances in non-neuronal cells and (2) transport via motor proteins that move along the cytoskeleton in neuronal processes where the distances between sites of NF-kappaB activation and nucleus can be vast.

Activation of the GPR30 receptor promotes lordosis in female mice

BACKGROUND/AIMS: Estrogens are important effectors of reproduction and are critical for upregulating female reproductive behavior or lordosis in females. In addition to the importance of transcriptional regulation of genes by 17beta-estradiol-bound estrogen receptors (ER), extranuclear signal transduction cascades such as protein kinase A (PKA) are also important in regulating female sexual receptivity. GPR30 (G-protein coupled receptor 30), also known as GPER1, a putative membrane ER (mER), is a G protein-coupled receptor that binds 17beta-estradiol with an affinity that is similar to that possessed by the classical nuclear ER and activates both PKA and extracellular-regulated kinase signaling pathways. The high expression of GPR30 in the ventromedial hypothalamus, a region important for lordosis behavior as well as kinase cascades activated by this receptor, led us to hypothesize that GPR30 may regulate lordosis behavior in female rodents. METHOD: In this study, we investigated the ability of G-1, a selective agonist of GPR30, to regulate lordosis in the female mouse by administering this agent prior to progesterone in an estradiol-progesterone priming paradigm prior to testing with stud males. RESULTS: As expected, 17beta-estradiol benzoate (EB), but not sesame oil, increased lordosis behavior in female mice. G-1 also increased lordosis behavior in female mice and decreased the number of rejective responses towards male mice, similar to the effect of EB. The selective GPR30 antagonist G-15 blocked these effects. CONCLUSION: This study demonstrates that activation of the mER GPR30 stimulates social behavior in a rodent model in a manner similar to EB.

Splice variants of the human ZC3H14 gene generate multiple isoforms of a zinc finger polyadenosine RNA binding protein

The human ZC3H14 gene encodes an evolutionarily conserved Cys(3)His zinc finger protein that binds specifically to polyadenosine RNA and is thus postulated to modulate post-transcriptional gene expression. Expressed sequence tag (EST) data predicts multiple splice variants of both human and mouse ZC3H14. Analysis of ZC3H14 expression in both human cell lines and mouse tissues confirms the presence of multiple alternatively spliced transcripts. Although all of these transcripts encode protein isoforms that contain the conserved C-terminal zinc finger domain, suggesting that they could all bind to polyadenosine RNA, they differ in other functionally important domains. Most of the alternative transcripts encode closely related proteins (termed isoforms 1, 2. 3, and 3short) that differ primarily in the inclusion of three small exons, 9, 10, and 11, resulting in predicted protein isoforms ranging from 82 to 64 kDa. Each of these closely related isoforms contains predicted classical nuclear localization signals (cNLS) within exons 7 and 11. Consistent with the presence of these putative nuclear targeting signals, these ZC3H14 isoforms are all localized to the nucleus. In contrast, an additional transcript encodes a smaller protein (34 kDa) with an alternative first exon (isoform, 4). Consistent with the absence of the predicted cNLS motifs located in exons 7 and 11, ZC3H14 isoform 4 is localized to the cytoplasm. Both EST data and experimental data suggest that this variant is enriched in testes and brain. Using an antibody that detects endogenous ZC3H14 isoforms 1-3 reveals localization of these isoforms to nuclear speckles. These speckles co-localize with the splicing factor, SC35, suggesting a role for nuclear ZC3H14 in mRNA processing. Taken together, these results demonstrate that multiple transcripts encoding several ZC3H14 isoforms exist in vivo. Both nuclear and cytoplasmic ZC3H14 isoforms could have distinct effects on gene expression mediated by the common Cys(3)His zinc finger polyadenosine RNA binding domain. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of importin-alpha acomplexed with NLS peptidomimetics

Importin-alpha is the nuclear import receptor that recognizes cargo proteins with nuclear localization sequences (NLSs). Tile study of NLS peptidomimetics can provide a better understanding of the requirements for the molecular recognition of cargo proteins by importin-alpha, and potentially engender a large number of applications in medicine. Importin-a was crystallized with a set of six NLS peptidomimetics, and X-ray diffraction data were collected in the range 2.1-2.5 angstrom resolution. Preliminary electron density calculations show that the ligands are present in the crystals. (c) 2005 Elsevier B.V All rights reserved.

Chitosan nanoparticles for non-viral gene therapy

The cationic polysaccharide chitosan has been widely used for non-viral transfection in vitro and in vivo and has many advantages over other polycations. Chitosan is biocompatible and biodegradable and protects DNA against DNase degradation. However following administration the ChitosanDNA polyplexes must overcome a series of barriers before DNA is delivered to the cell nucleus. This paper describes the most important parameters involved in the chitosan-DNA interaction and their effects of on the condensation, shape, size and protection of DNA. Strategies developed for chitosanDNA polyplexes to avoid non-specific interaction with blood components and to overcome intracellular obstacles as the crossing of die cell membrane, endosomal escape and nuclear import are presented. © 2006 American Chemical Society.

Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of importin-alpha from Neurospora crassa

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Inhibition of bladder cancer cell proliferation by allyl isothiocyanate (mustard essential oil)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)