La fibrose en deux parties : de la paillasse à la souris

L’apoptose des cellules endothéliales (CE) représente un évènement initial dans le développement de plusieurs pathologies fibrotiques telles que le rejet chronique d’allogreffe et la sclérose systémique. Nous avons démontré que les médiateurs issus des CE apoptotiques entraîne la différenciation myofibroblastique et la résistance à l’apoptose, deux mécanismes centraux à la fibrogénèse. L’activation de PI3K (phospatidylinositol-3 kinase) caractérise ces deux mécanismes. Un fragment C-terminal du perlécan (LG3) produit par les CE apoptotiques inhibe l’apoptose des fibroblastes. Les objectifs de ce travail étaient de : 1. définir les récepteurs et la signalisation impliqués dans la réponse anti-apoptotique et 2. caractériser les médiateurs fibrogéniques responsables de la différenciation myofibroblastique. En ce qui a trait à la réponse anti-apoptotique, l’inhibition des intégrines 21 ou des kinases de la famille Src (SFK) chez les fibroblastes prévient la résistance à l’apoptose et la phosphorylation d’Akt normalement induites par le milieu conditionné par des CE apoptotiques (SSC) ou le LG3. Ces résultats suggèrent que le LG3 produit par les CE apoptotiques initie un état de résistance à l’apoptose chez les fibroblastes par des voies α2β1integrines/SFK/PI3K dépendantes. Le LG3 n’induit cependant pas la différenciation myofibroblastique. Nous avons donc caractérisé le milieu SSC de façon à identifier les médiateurs responsables de la différenciation myofibroblastique. Les milieux conditionnés par des CE apoptotiques et non-apoptotiques (respectivement SSC et SSC-ZVAD) ont été analysés comparativement par chromatographie liquide bi-dimensionnelle, immunobuvardage et spectrométrie de masse. Le connective tissue growth factor (CTGF) est le seul facteur fibrogénique connu augmenté dans le milieu SSC. L’inhibition de la caspase-3 chez les CE prévient la relâche de CTGF. Au niveau du fibroblaste, l’inhibition de SFK ou de Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) prévient la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF in vitro. L’anticorps neutralisant contre le TGF- (Transforming growth factor beta) n’est pas en mesure de bloquer la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF. Des injections quotidiennes sous-cutanées de SSC chez la souris C3H pour 3 semaines entraîne une augmentation de l’épaisseur de la peau et des niveaux protéiques d’SMA, de vimentine et de collagène I. Cette réponse fibrogénique est réduite chez les souris qui ont reçu le SSC-ZVAD ou le SSC immunodéplété de son CTGF. Ces résultats apportent de nouvelles issues mécanistiques au niveau de la réponse fibrogénique activée par la mort des CE. L’activation des caspases chez les CE apoptotiques entraîne la production de LG3 et de CTGF qui, à leur tour, activent des voies de signalisation pro-fibrotiques SFK/PI3K dépendantes chez les fibroblastes, et ce indépendamment du TGF-.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Régulation du cycle cellulaire par le récepteur natriurétique de type C dans les cellules du muscle lisse vasculaire : mécanismes moléculaires

Nous avons précédemment montré que l’activation du récepteur natriurétique de type C (NPR-C) par son agoniste spécifique, le C-ANP4-23, atténue l’augmentation de la prolifération des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) induite par les peptides vasoactifs (Ang II, ET-1 et l’AVP). Puisque les CMLV provenant de rats spontanément hypertendus (SHR) montrent elles aussi un taux de prolifération plus élevé que leur contrôle, les CMLV de rats Wystar-Kyoto (WKY), nous avons entrepris cette étude dans le but de déterminer si C-ANP4-23 peut également diminuer le taux élevé de prolifération des CMLV de SHR et, le cas échéant déterminer les mécanismes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que le taux de prolifération des CMLV de SHR est significativement plus élevé que celui des CMLV de WKY et que la présence de C-ANP4-23 diminue de manière-dose dépendante le taux de prolifération des CMLV de SHR. En plus, l’expression des protéines de la phase G1 du cycle cellulaire, la cycline D1, la kinase dépendante des cyclines 2 (cdk2) et la forme phosphorylée de la protéine du rétinoblastome (pRb) est augmentée dans les CMLV de SHR comparativement aux CMLV de WKY et est atténué par C-ANP4-23. De plus, nos résultats montrent que les inhibiteurs du complexe cycline D1/cdk4 (NSC 625987) et cdk2 (NU2058) diminue le taux de prolifération élevé des CMLV de SHR. Les CMLV de SHR montrent également un taux de phosphorylation de ERK1/2 et d’AKT et est atténué par C-ANP4-23. De plus, le taux d’expression élevé des protéines cycline D1, cdk2 et pRb des CMLV de SHR est diminué par la toxine pertussis qui inactive la protéine Giα, le PD 98095, un inhibiteur de MEK de la voie des MAPK, du wortmannin, un inhibiteur de la PI3-K et finalement du losartan, un antagoniste du récepteur AT1. Ces résultats suggèrent que l’activation du récepteur NPR-C par C-ANP4-23 diminue le taux de prolifération élevé des CMLV de SHR par une régulation à la baisse des composantes du cycle cellulaire via l’inhibition de la protéine Giα et des voies signalétique MAP kinase/PI3-K.

Evaluating DNA damage response (DDR) activation in human prostate cancer

Introduction: Au Canada, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes et le plus mortel après les cancers du poumon et du côlon. Il y a place à optimiser le traitement du cancer de la prostate de manière à mettre en œuvre une médecine personnalisée qui s’adapte aux caractéristiques de la maladie de chaque patient de façon individuelle. Dans ce mémoire, nous avons évalué la réponse aux dommages de l’ADN (RDA) comme biomarqueur potentiel du cancer de la prostate. Les lésions potentiellement oncogènes de l'ADN déclenche une cascade de signalisation favorisant la réparation de l'ADN et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire pour préserver l’intégrité du génome. La RDA est un mécanisme central de suppression tumorale chez l’homme. La RDA joue un rôle important dans l’arrêt de la prolifération des cellules dont les génomes sont compromis, et donc, prévient la progression du cancer en agissant comme une barrière. Cette réponse cellulaire détermine également comment les cellules normales et cancéreuses réagissent aux agents utilisés pour endommager l'ADN lors du traitement du cancer comme la radiothérapie ou la chimiothérapie, en plus la présence d,un certain niveau de RDA dans les cellules du cancer de la prostate peuvent également influer sur l'issue de ces traitements. L’activation des signaux de la RDA peut agir comme un frein au cancer dans plusieurs lésions pré-néoplasiques de l'homme, y compris le cancer de la prostate. Il a été démontré que la RDA est augmentée dans les cellules de néoplasie intra- épithéliale (PIN) comparativement aux cellules prostatiques normales. Toutefois, le devient de la RDA entre le PIN et l’adénocarcinome est encore mal documenté et aucune corrélation n'a été réalisée avec les données cliniques des patients. Notre hypothèse est que les niveaux d’activation de la RDA seront variables selon les différents grades et agressivité du cancer de la prostate. Ces niveaux pourront être corrélés et possiblement prédire les réponses cliniques aux traitements des patients et aider à définir une stratégie plus efficace et de nouveaux biomarqueurs pour prédire les résultats du traitement et personnaliser les traitements en conséquence. Nos objectifs sont de caractériser l'activation de la RDA dans le carcinome de la prostate et corréler ses données avec les résultats cliniques. Méthodes : Nous avons utilisé des micro-étalages de tissus (tissue microarrays- TMAs) de 300 patients ayant subi une prostatectomie radicale pour un cancer de la prostate et déterminé le niveau d’expression de protéines de RDA dans le compartiment stromal et épithélial des tissus normaux et cancéreux. Les niveaux d’expression de 53BP1, p-H2AX, p65 et p-CHK2 ont été quantifiés par immunofluorescence (IF) et par un logiciel automatisé. Ces marqueurs de RDA ont d’abord été validés sur des TMAs-cellule constitués de cellules de fibroblastes normales ou irradiées (pour induire une activation du RDA). Les données ont été quantifiées à l'aide de couches binaires couramment utilisées pour classer les pixels d'une image pour que l’analyse se fasse de manière indépendante permettant la détection de plusieurs régions morphologiques tels que le noyau, l'épithélium et le stroma. Des opérations arithmétiques ont ensuite été réalisées pour obtenir des valeurs correspondant à l'activation de la RDA qui ont ensuite été corrélées à la récidive biochimique et l'apparition de métastases osseuses. Résultats : De faibles niveaux d'expression de la protéine p65 dans le compartiment nucléaire épithélial du tissu normal de la prostate sont associés à un faible risque de récidive biochimique. Par ailleurs, nous avons aussi observé que de faibles niveaux d'expression de la protéine 53BP1 dans le compartiment nucléaire épithéliale du tissu prostatique normal et cancéreux ont été associés à une plus faible incidence de métastases osseuses. Conclusion: Ces résultats confirment que p65 a une valeur pronostique chez les patients présentant un adénocarcinome de la prostate. Ces résultats suggèrent également que le marqueur 53BP1 peut aussi avoir une valeur pronostique chez les patients avec le cancer de la prostate. La validation d'autres marqueurs de RDA pourront également être corrélés aux résultats cliniques. De plus, avec un suivi des patients plus long, il se peut que ces résultats se traduisent par une corrélation avec la survie. Les niveaux d'activité de la RDA pourront éventuellement être utilisés en clinique dans le cadre du profil du patient comme le sont actuellement l’antigène prostatique spécifique (APS) ou le Gleason afin de personnaliser le traitement.

Études fonctionnelles de deux nouvelles protéines centrosomales, NPHP5 et Cep76, et leurs implications dans les maladies humaines

Les centrosomes sont de petits organites qui régulent divers processus cellulaires comme la polarité ou la mitose dans les cellules de mammifères. Ils sont composés de deux centrioles entourés par une matrice péricentriolaire. Ces centrosomes sont les principaux centres organisateurs de microtubules. De plus, ils favorisent la formation de cils, des protubérances sur la surface des cellules quiescentes qui sont critiques pour la transduction du signal. Une grande variété de maladies humaines telles que les cancers ou les ciliopathies sont liées à un mauvais fonctionnement des centrosomes et des cils. C’est pourquoi le but de mes projets de recherche est de comprendre les mécanismes nécessaires à la biogénèse et au fonctionnement des centrosomes et des cils. Tout d'abord, j’ai caractérisé une nouvelle protéine centrosomale nommée nephrocystine - 5 (NPHP5). Cette protéine est localisée dans les cellules en interphase au niveau de la région distale des centrioles. Sa déplétion inhibe la migration des centrosomes à la surface cellulaire lors de l’étape précoce de la formation des cils. NPHP5 interagit avec la protéine CEP290 via sa région C-terminale qui est essentielle pour la ciliogenèse. Elle interagit également avec la calmoduline ce qui empêche son auto-agrégation. J’ai démontré que les domaines de liaison de NHPH5 à CEP290 et à la calmoduline, ainsi que son domaine de localisation centrosomale sont séparables. De plus, j’ai démontré que les protéines NPHP5 présentant des mutations pathogènes ne peuvent plus interagir avec CEP290 et ne sont plus localisées aux centrosomes, rendant ainsi ces protéines non fonctionnelles. Enfin, en utilisant une approche pharmacologique pour moduler les événements en aval dans la voie ciliogénique, j’ai montré que la formation des cils peut être restaurée même en absence de NPHP5. D’autre part, j’ai étudié le rôle de NPHP5 dans l'assemblage et le trafic du complexe BBSome dans le cil. Le BBSome est composé de huit sous-unités différentes qui s’assemblent en un complexe fonctionnel dont on sait peu de chose sur la régulation spatiotemporelle de son processus d'assemblage. J’ai précédemment montré que NPHP5 favorisait la formation des cils et que son dysfonctionnement contribuait au développement de néphronophtise (NPHP). Bien que la NPHP et le syndrome de Bardet-Biedl (BBS) soient des ciliopathies qui partagent des caractéristiques cliniques communes, la base moléculaire de ces ressemblances phénotypiques n’est pas comprise. J’ai constaté que NPHP5, localisé à la base du cil, contient deux sites de liaison distincts pour le BBSome. De plus, j’ai démontré que NPHP5 et son partenaire CEP290 interagissent de façon dynamique avec le BBSome pendant la transition de la prolifération à la quiescence. La déplétion de NPHP5 ou CEP290 conduit à la dissociation d’au moins deux sous-unités du BBSome formant alors un sous-complexe dont la capacité de migration dans le cil n’est pas compromise. J’ai montré que le transport des cargos vers le compartiment ciliaire par ce sous-complexe n’est que partiellement altéré. Enfin, j’ai également concentré mes recherches sur une autre protéine centrosomale peu caractérisée. La protéine centrosomale de 76 kDa (Cep76) a été précédemment impliquée dans le maintien d’une duplication unique des centrioles par cycle cellulaire, et dans une interaction avec la kinase cycline-dépendante 2 (CDK2). Cep76 est préférentiellement phosphorylée par le complexe cycline A/CDK2 sur le site unique S83. Cet événement est essentiel pour supprimer l'amplification des centrioles en phase S. J’ai démontré que Cep76 inhibe cette amplification en bloquant la phosphorylation de Plk1 au niveau des centrosomes. D’autre part, Cep76 peut être acétylée au site K279 en phase G2, ce qui régule négativement son activité et sa phosphorylation sur le site S83. Ces études permettent d'améliorer notre compréhension de la biologie des centrosomes et des cils et pourraient conduire au développement de nouvelles applications diagnostiques et thérapeutiques.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.

Genetic, structural, and molecular insights into the function of ras of complex proteins domains

Ras of complex proteins (ROC) domains were identified in 2003 as GTP binding modules in large multidomain proteins from Dictyostelium discoideum. Research into the function of these domains exploded with their identification in a number of proteins linked to human disease, including leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) and death-associated protein kinase 1 (DAPK1) in Parkinson’s disease and cancer, respectively. This surge in research has resulted in a growing body of data revealing the role that ROC domains play in regulating protein function and signaling pathways. In this review, recent advances in the structural informa- tion available for proteins containing ROC domains, along with insights into enzymatic function and the integration of ROC domains as molecular switches in a cellular and organismal context, are explored.

GTP binding controls complex formation by the human ROCO protein MASL1

The human ROCO proteins are a family of multi-domain proteins sharing a conserved ROC-COR supra-domain. The family has four members: leu- cine-rich repeat kinase 1 (LRRK1), leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2), death-associated protein kinase 1 (DAPK1) and malignant fibrous histiocy- toma amplified sequences with leucine-rich tandem repeats 1 (MASL1). Previous studies of LRRK1/2 and DAPK1 have shown that the ROC (Ras of complex proteins) domain can bind and hydrolyse GTP, but the cellular consequences of this activity are still unclear. Here, the first biochemical characterization of MASL1 and the impact of GTP binding on MASL1 complex formation are reported. The results demonstrate that MASL1, similar to other ROCO proteins, can bind guanosine nucleotides via its ROC domain. Furthermore, MASL1 exists in two distinct cellular com- plexes associated with heat shock protein 60, and the formation of a low molecular weight pool of MASL1 is modulated by GTP binding. Finally, loss of GTP enhances MASL1 toxicity in cells. Taken together, these data point to a central role for the ROC/GTPase domain of MASL1 in the reg- ulation of its cellular function.

Stimulation of "stress-regulated" mitogen-activated protein kinases (stress-activated protein kinases/c-Jun N-terminal kinases and p38-mitogen-activated protein kinases) in perfused rat hearts by oxidative and other stresses.

"Stress-regulated" mitogen-activated protein kinases (SR-MAPKs) comprise the stress-activated protein kinases (SAPKs)/c-Jun N-terminal kinases (JNKs) and the p38-MAPKs. In the perfused heart, ischemia/reperfusion activates SR-MAPKs. Although the agent(s) directly responsible is unclear, reactive oxygen species are generated during ischemia/reperfusion. We have assessed the ability of oxidative stress (as exemplified by H2O2) to activate SR-MAPKs in the perfused heart and compared it with the effect of ischemia/reperfusion. H2O2 activated both SAPKs/JNKs and p38-MAPK. Maximal activation by H2O2 in both cases was observed at 0.5 mM. Whereas activation of p38-MAPK by H2O2 was comparable to that of ischemia and ischemia/reperfusion, activation of the SAPKs/JNKs was less than that of ischemia/reperfusion. As with ischemia/reperfusion, there was minimal activation of the ERK MAPK subfamily by H2O2. MAPK-activated protein kinase 2 (MAPKAPK2), a downstream substrate of p38-MAPKs, was activated by H2O2 to a similar extent as with ischemia or ischemia/reperfusion. In all instances, activation of MAPKAPK2 in perfused hearts was inhibited by SB203580, an inhibitor of p38-MAPKs. Perfusion of hearts at high aortic pressure (20 kilopascals) also activated the SR-MAPKs and MAPKAPK2. Free radical trapping agents (dimethyl sulfoxide and N-t-butyl-alpha-phenyl nitrone) inhibited the activation of SR-MAPKs and MAPKAPK2 by ischemia/reperfusion. These data are consistent with a role for reactive oxygen species in the activation of SR-MAPKs during ischemia/reperfusion.

Activation of mitogen-activated protein kinases (p38-MAPKs, SAPKs/JNKs and ERKs) by the G-protein-coupled receptor agonist phenylephrine in the perfused rat heart.

We investigated the ability of phenylephrine (PE), an alpha-adrenergic agonist and promoter of hypertrophic growth in the ventricular myocyte, to activate the three best-characterized mitogen-activated protein kinase (MAPK) subfamilies, namely p38-MAPKs, SAPKs/JNKs (i.e. stress-activated protein kinases/c-Jun N-terminal kinases) and ERKs (extracellularly responsive kinases), in perfused contracting rat hearts. Perfusion of hearts with 100 microM PE caused a rapid (maximal at 10 min) 12-fold activation of two p38-MAPK isoforms, as measured by subsequent phosphorylation of a p38-MAPK substrate, recombinant MAPK-activated protein kinase 2 (MAPKAPK2). This activation coincided with phosphorylation of p38-MAPK. Endogenous MAPKAPK2 was activated 4-5-fold in these perfusions and this was inhibited completely by the p38-MAPK inhibitor, SB203580 (10 microM). Activation of p38-MAPK and MAPKAPK2 was also detected in non-contracting hearts perfused with PE, indicating that the effects were not dependent on the positive inotropic/chronotropic properties of the agonist. Although SAPKs/JNKs were also rapidly activated, the activation (2-3-fold) was less than that of p38-MAPK. The ERKs were activated by perfusion with PE and the activation was at least 50% of that seen with 1 microM PMA, the most powerful activator of the ERKs yet identified in cardiac myocytes. These results indicate that, in addition to the ERKs, two MAPK subfamilies, whose activation is more usually associated with cellular stresses, are activated by the Gq/11-protein-coupled receptor (Gq/11PCR) agonist, PE, in whole hearts. These data indicate that Gq/11PCR agonists activate multiple MAPK signalling pathways in the heart, all of which may contribute to the overall response (e.g. the development of the hypertrophic phenotype).

Potential Role of Growth Hormone in Impairment of Insulin Signaling in Skeletal Muscle, Adipose Tissue, and Liver of Rats Chronically Treated with Arginine

We have shown that rats chronically treated with Arginine (Arg), although normoglycemic, exhibit hyperinsulinemia and decreased blood glucose disappearance rate after an insulin challenge. Attempting to investigate the processes underlying these alterations, male Wistar rats were treated with Arg (35 mg/d), in drinking water, for 4 wk. Rats were then acutely stimulated with insulin, and the soleus and extensorum digitalis longus muscles, white adipose tissue (WAT), and liver were excised for total and/or phosphorylated insulin receptor (IR), IR substrate 1/2, Akt, Janus kinase 2, signal transducer and activator of transcription (STAT) 1/3/5, and p85 alpha/55 alpha determination. Muscles and WAT were also used for plasma membrane (PM) and microsome evaluation of glucose transporter (GLUT) 4 content. Pituitary GH mRNA, GH, and liver IGF-I mRNA expression were estimated. It was shown that Arg treatment: 1) did not affect phosphotyrosine-IR, whereas it decreased phosphotyrosine-IR substrate 1/2 and phosphoserine-Akt content in all tissues studied, indicating that insulin signaling is impaired at post-receptor level; 2) decreased PM GLUT4 content in both muscles and WAT; 3) increased the pituitary GH mRNA, GH, and liver IGF-I mRNA expression, the levels of phosphotyrosine-STAT5 in both muscles, phosphotyrosine-Janus kinase 2 in extensorum digitalis longus, phosphotyrosine-STAT3 in liver, and WAT as well as total p85 alpha in soleus, indicating that GH signaling is enhanced in these tissues; and 4) increased p55 alpha total content in muscles, WAT, and liver. The present findings provide the molecular mechanisms by which insulin resistance and, by extension, reduced GLUT4 content in PM of muscles and WAT take place after chronic administration of Arg, and further suggest a putative role for GH in its genesis, considering its diabetogenic effect. (Endocrinology 150: 2080-2086, 2009)

Differential phosphorylation, desensitization, and internalization of α1A-adrenoceptors activated by norepinephrine and oxymetazoline

Loss of response on repetitive drug exposure (i.e., tachyphylaxis) is a particular problem for the vasoconstrictor effects of medications containing oxymetazoline (OXY), an α1-adrenoceptor (AR) agonist of the imidazoline class. One cause of tachyphylaxis is receptor desensitization, usually accompanied by phosphorylation and internalization. It is well established that a1A-ARs are less phosphorylated, desensitized, and internalized on exposure to the phenethylamines norepinephrine (NE), epinephrine, or phenylephrine (PE) than are the a1B and a1D subtypes. However, here we show in human embryonic kidney-293 cells that the low-efficacy agonist OXY induces G protein-coupled receptor kinase 2-dependent a1A-AR phosphorylation, followed by rapid desensitization and internalization (∼40% internalization after 5 minutes of stimulation), whereas phosphorylation of α1A-ARs exposed to NE depends to a large extent on protein kinase C activity and is not followed by desensitization, and the receptors undergo delayed internalization (∼35% after 60 minutes of stimulation). Native α1A-ARs from rat tail artery and vas deferens are also desensitized by OXY, but not by NE or PE, indicating that thisproperty of OXY is not limited to recombinant receptors expressed in cell systems. The results of the present study are clearly indicative of agonist-directed a1A-AR regulation. OXY shows functional selectivity relative to NE and PE at a1A-ARs, leading to significant receptor desensitization and internalization, which is important in view of the therapeutic vasoconstrictor effects of this drug and the varied biologic process regulated by α1A-ARs. Copyright © 2013 by The American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics.

Hepatitis C Virus NS2 Protein Inhibits DNA Damage Pathway by Sequestering p53 to the Cytoplasm

Chronic hepatitis C virus (HCV) infection is an important cause of morbidity and mortality globally, and often leads to end-stage liver disease. The DNA damage checkpoint pathway induces cell cycle arrest for repairing DNA in response to DNA damage. HCV infection has been involved in this pathway. In this study, we assess the effects of HCV NS2 on DNA damage checkpoint pathway. We have observed that HCV NS2 induces ataxia-telangiectasia mutated checkpoint pathway by inducing Chk2, however, fails to activate the subsequent downstream pathway. Further study suggested that p53 is retained in the cytoplasm of HCV NS2 expressing cells, and p21 expression is not enhanced. We further observed that HCV NS2 expressing cells induce cyclin E expression and promote cell growth. Together these results suggested that HCV NS2 inhibits DNA damage response by altering the localization of p53, and may play a role in the pathogenesis of HCV infection. © 2013 Bitter et al.

Toll-like receptor 9 activation in neutrophils impairs chemotaxis and reduces sepsis outcome

Objectives: To investigate the role of toll-like receptor 9 on sepsis-induced failure of neutrophil recruitment to the site of infection. Design: Prospective experimental study. Setting: University research laboratory. Interventions: Model of polymicrobial sepsis induced by cecal ligation and puncture in wild-type and toll-like receptor 9-deficient mice. Measurements and Main Results: Toll-like receptor 9-deficient mice with cecal ligation and puncture-induced severe sepsis did not demonstrate failure of neutrophil migration and consequently had a low systemic inflammatory response and a high survival rate. Upon investigating the mechanism by which toll-like receptor 9-deficiency prevents the failure of neutrophil migration, it was found that neutrophils derived from toll-like receptor 9-deficient mice with cecal ligation and puncture induced severe sepsis expressed high levels of chemokine C-X-C motif receptor 2 (CXCR2) and had reduced induction of G-protein-coupled receptor kinase 2. Conclusions: These findings suggest that the poor outcome of severe sepsis is associated with toll-like receptor 9 activation in neutrophils, which triggers G-protein-coupled receptor kinase 2 expression and CXCR2 downregulation. These events account for the reduction of neutrophil migration to the site of infection, with consequent spreading of the infection, onset of the systemic inflammatory response, and a decrease in survival. (Crit Care Med 2012; 40:2631-2637)

Joint NOD2/RIPK2 Signaling Regulates IL-17 Axis and Contributes to the Development of Experimental Arthritis

Intracellular pattern recognition receptors such as the nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptors family members are key for innate immune recognition of microbial infection and may play important roles in the development of inflammatory diseases, including rheumatic diseases. In this study, we evaluated the role of NOD1 and NOD2 on development of experimental arthritis. Ag-induced arthritis was generated in wild-type, NOD1(-/-)!, NOD2(-/-), or receptor-interacting serine-threonine kinase 2(-/-) (RIPK2(-/-)) immunized mice challenged intra-articularly with methylated BSA. Nociception was determined by electronic Von Frey test. Neutrophil recruitment and histopathological analysis of proteoglycan lost was evaluated in inflamed joints. Joint levels of inflammatory cytokine/chemokine were measured by ELISA. Cytokine (IL-6 and IL-23) and NOD2 expressions were determined in mice synovial tissue by RT-PCR. The NOD2(-/-) and RIPK2(-/-), but not NOD1(-/-), mice are protected from Ag-induced arthritis, which was characterized by a reduction in neutrophil recruitment, nociception, and cartilage degradation. NOD2/RIPK2 signaling impairment was associated with a reduction in proinflammatory cytokines and chemokines (TNF, IL-1 beta, and CXCL1/KC). IL-17 and IL-17 triggering cytokines (IL-6 and IL-23) were also reduced in the joint, but there is no difference in the percentage of CD4(+) IL-17(+) cells in the lymph node between arthritic wild-type and NOD2(-/-) mice. Altogether, these findings point to a pivotal role of the NOD2/RIPK2 signaling in the onset of experimental arthritis by triggering an IL-17-dependent joint immune response. Therefore, we could propose that NOD2 signaling is a target for the development of new therapies for the control of rheumatoid arthritis. The Journal of Immunology, 2012, 188: 5116-5122.