Impact of oncogenic driver mutations on feedback between the PI3K and MEK pathways in cancer cells

Inhibition of the PI3K (phosphoinositide 3-kinase)/Akt/mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1) and Ras/MEK [MAPK (mitogen-activated protein kinase)/ERK (extracellular-signal-regulated kinase) kinase]/ERK pathways for cancer therapy has been pursued for over a decade with limited success. Emerging data have indicated that only discrete subsets of cancer patients have favourable responses to these inhibitors. This is due to genetic mutations that confer drug insensitivity and compensatory mechanisms. Therefore understanding of the feedback mechanisms that occur with respect to specific genetic mutations may aid identification of novel biomarkers that predict patient response. In the present paper, we show that feedback between the PI3K/Akt/mTORC1 and Ras/MEK/ERK pathways is cell-line-specific and highly dependent on the activating mutation of K-Ras or overexpression c-Met. We found that cell lines exhibited differential signalling and apoptotic responses to PD184352, a specific MEK inhibitor, and PI103, a second-generation class I PI3K inhibitor. We reveal that feedback from the PI3K/Akt/mTORC1 to the Ras/MEK/ERK pathway is present in cancer cells harbouring either K-Ras activating mutations or amplification of c-Met but not the wild-type counterparts. Moreover, we demonstrate that inhibition of protein phosphatase activity by OA (okadaic acid) restored PI103-mediated feedback in wild-type cells. Together, our results demonstrate a novel mechanism for feedback between the PI3K/Akt/mTORC1 and the Ras/MEK/ERK pathways that only occurs in K-Ras mutant and c-Met amplified cells but not the isogenic wild-type cells through a mechanism that may involve inhibition of a specific endogenous phosphatase(s) activity. We conclude that monitoring K-Ras and c-Met status are important biomarkers for determining the efficacy of PI103 and other PI3K/Akt inhibitors in cancer therapy.

Inhibition of endosome fusion by wortmannin persists in the presence of activated Rab5

Rab5-dependent endosome fusion is sensitive to the phosphoinositide 3-kinase inhibitor, wortmannin. It has been proposed that phosphoinositide 3-kinase activity may be required for activation of rab5 by influencing its nucleotide cycle such as to promote its active GTP state. In this report we demonstrate that endosome fusion remains sensitive to wortmannin despite preloading of endosomes with stimulatory levels of a GTPase-defective mutant rab5(Q79L) or of a xanthosine triphosphate-binding mutant, rab5(D136N), in the presence of the nonhydrolysable analogue XTPgammaS. These results suggest that activation of rab5 cannot be the principal function of the wortmannin-sensitive factor on the endosome fusion pathway. This result is extrapolated to all GTPases by demonstrating that endosome fusion remains wortmannin sensitive despite prior incubation with the nonhydrolysable nucleotide analogue GTPgammaS. Consistent with these results, direct measurement of clathrin-coated vesicle-stimulated nucleotide dissociation from exogenous rab5 was insensitive to the presence of wortmannin. A large excess of rab5(Q79L), beyond levels required for maximal stimulation of the fusion assay, afforded protection against wortmannin inhibition, and partial protection was also observed with an excess of wild-type rab5 independent of GTPgammaS.

The dual EGFR/HER2 inhibitor lapatinib synergistically enhances the antitumor activity of the histone deacetylase inhibitor panobinostat in colorectal cancer models

As key molecules that drive progression and chemoresistance in gastrointestinal cancers, epidermal growth factor receptor (EGFR) and HER2 have become efficacious drug targets in this setting. Lapatinib is an EGFR/HER2 kinase inhibitor suppressing signaling through the RAS/RAF/MEK (MAP/ERK kinase)/MAPK (mitogen-activated protein kinase) and PI3K (phosphoinositide 3-kinase)/AKT pathways. Histone deacetylase inhibitors (HDACi) are a novel class of agents that induce cell cycle arrest and apoptosis following the acetylation of histone and nonhistone proteins modulating gene expression and disrupting HSP90 function inducing the degradation of EGFR-pathway client proteins. This study sought to evaluate the therapeutic potential of combining lapatinib with the HDACi panobinostat in colorectal cancer (CRC) cell lines with varying EGFR/HER2 expression and KRAS/BRAF/PIK3CA mutations. Lapatinib and panobinostat exerted concentration-dependent antiproliferative effects in vitro (panobinostat range 7.2-30 nmol/L; lapatinib range 7.6-25.8 μmol/L). Combined lapatinib and panobinostat treatment interacted synergistically to inhibit the proliferation and colony formation in all CRC cell lines tested. Combination treatment resulted in rapid induction of apoptosis that coincided with increased DNA double-strand breaks, caspase-8 activation, and PARP cleavage. This was paralleled by decreased signaling through both the PI3K and MAPK pathways and increased downregulation of transcriptional targets including NF-κB1, IRAK1, and CCND1. Panobinostat treatment induced downregulation of EGFR, HER2, and HER3 mRNA and protein through transcriptional and posttranslational mechanisms. In the LoVo KRAS mutant CRC xenograft model, the combination showed greater antitumor activity than either agent alone, with no apparent increase in toxicity. Our results offer preclinical rationale warranting further clinical investigation combining HDACi with EGFR and HER2-targeted therapies for CRC treatment.

Using genomics for drug discovery in medulloblastoma

Tese de doutoramento, Medicina (Neurocirurgia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Le diabète maternel influence la morphogenèse rénale et la programmation périnatale

Le diabète maternel est un facteur de risque majeur pour le développement de malformations congénitales. Dans le syndrome de l’embryopathie diabétique, l’exposition prolongée du fœtus à de hautes concentrations ambientes de glucose induit des dommages qui peuvent affecter plusieurs organes, dont les reins. Les malformations rénales sont la cause de près de 40 pourcent des cas d’insuffisance rénale infantile. L’hyperglycémie constitue un environnement utérin adverse qui nuit à la néphrogenèse et peut causer l’agenèse, la dysplasie (aplasie) ou l’hypoplasie rénale. Les mécanismes moléculaires par lesquels les hautes concentrations ambientes de glucose mènent à la dysmorphogenèse et aux malformations demeurent toutefois mal définis. Le diabète maternel prédispose aussi la progéniture au développement d’autres problèmes à l’âge adulte, tels l’hypertension, l’obésité et le diabète de type 2. Ce phénomène appelé ‘programmation périnatale’ a suscité l’intérêt au cours des dernières décennies, mais les mécanismes responsables demeurent mal compris. Mes études doctorales visaient à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels le diabète maternel ou un environnement in utero hyperglycémique affecte la néphrogenèse et programme par la suite la progéniture a développer de l’hypertension par des observations in vitro, ex vivo et in vivo. Nous avons utilisé les cellules MK4, des cellules embryonnaires du mésenchyme métanéphrique de souris, pour nos études in vitro et deux lignées de souris transgéniques (Tg) pour nos études ex vivo et in vivo, soient les souris HoxB7-GFP-Tg et Nephrin-CFP-Tg. Les souris HoxB7-GFP-Tg expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans le bourgeon urétérique (UB), sous le contrôle du promoteur HoxB7. Les souris Nephrin-CFP expriment la protéine fluorescente cyan (CFP) dans les glomérules, sous le contrôle du promoteur nephrin spécifique aux podocytes. Nos études in vitro visaient à déterminer si les hautes concentrations de glucose modulent l’expression du gène Pax2 dans les cellules MK4. Les cellules MK4 ont été traitées pendant 24h avec du milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants ou inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK, PKC et NF-kB. Nos résultats ont démontré que le D-glucose élevé (25mM) augmente la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules MK4 et induit spécifiquement l’expression du gène Pax2. Des analogues du glucose tels le D-mannitol, L-glucose ou le 2-Deoxy-D-glucose n’induisent pas cette augmentation dans les cellules MK4. La stimulation de l’expression du gène Pax2 par le D-glucose dans les cellules MK4 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de NF-kB, mais pas par des inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK ou PKC. Ces résultats indiquent que la stimulation de l’expression du gène Pax2 par les concentrations élevées de glucose est due, au moins en partie, à la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation NF-kB, et non pas via les voies PKC, p38 MAPK et p44/42 MAPK. Nos études ex vivo s’intéressaient aux effets d’un milieu hyperglycémique sur la morphogenèse de la ramification du bourgeon urétérique (UB). Des explants de reins embryonnaires (E12 à E18) ont été prélevés par micro-dissection de femelles HoxB7-GFP gestantes. Les explants ont ensuite été cultivés dans un milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants, catalase ou inhibiteur de PI3K/AKT pour diverses durées. Nos résultats ont démontré que le D-glucose stimule la ramification du UB de manière spécifique, et ce via l’expression du gène Pax2. Cette augmentation de la ramification et de l’expression du gène Pax2 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de PI3K/AKT. Ces études ont démontré que les hautes concentrations de glucose altèrent la morphogenèse de la ramification du UB via l’expression de Pax2. L’effet stimulant du glucose semble s’effectuer via la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation Akt. Nos études in vivo visaient à déterminer le rôle fondamental du diabète maternel sur les défauts de morphogenèse rénale chez la progéniture. Dans notre modèle animal, le diabète maternel est induit par le streptozotocin (STZ) chez des femelles HoxB7-GFP gestantes (E13). Les souriceaux ont été étudiés à différents âges (naissants et âgés de une, deux ou trois semaines). Nous avons examiné leurs morphologie rénale, nombre de néphrons, expression génique et les événements apoptotiques lors de cette étude à court terme. La progéniture des mères diabétiques avait un plus faible poids, taille et poids des reins, et possédait des glomérules plus petits et moins de néphrons par rapport à la progéniture des mères contrôles. La dysmorphogenèse rénale observée est peut-être causée par l’augmentation de l’apoptose des cellules dans la région du glomérule. Nos résultats ont montré que les souriceaux nés de mères diabétiques possèdent plus de podocytes apoptotiques et plus de marquage contre la caspase-3 active dans leurs tubules rénaux que la progéniture des mères contrôles. Les souriceaux des mères diabétiques montrent une augmentation de l’expression des composants du système rénine angiotensine (RAS) intrarénal comme l’angiotensinogène et la rénine, ainsi qu’une augmentation des isoformes p50 et p65 de NF-kB. Ces résultats indiquent que le diabète maternel active le RAS intrarénal et induit l’apoptose des glomérules, menant à une altération de la morphogenèse rénale de la progéniture. En conclusion, nos études ont permis de démontrer que le glucose élevé ou l’environnement in utero diabétique altère la morphogenèse du UB, qui résulte en un retard dans la néphrogenèse et produit des reins plus petits. Cet effet est dû, au moins en partie, à la génération des ROS, à l’activation du RAS intrarénal et à la voie NF-kB. Nos études futures se concentreront sur les mécanismes par lesquels le diabète maternel induit la programmation périnatale de l’hypertension chez la progéniture adulte. Cette étude à long terme porte sur trois types de progénitures : adultes nés de mères contrôles, diabétiques ou diabétiques traitées avec insuline pendant la gestation. Nous observerons la pression systolique, la morphologie rénale et l’expression de divers gènes et protéines. Nous voulons de plus déterminer si la présence d’un système antioxydant (catalase) peut protéger la progéniture des effets néfastes des ROS causés par l’environnement in utero hyperglycémique. Les souris Catalase-Tg expriment la catalase spécifiquement dans les tubules proximaux et nous permettrons d’explorer notre hypothèse sur le rôle des ROS dans notre modèle expérimental de diabète maternel.

Mechanism of Inducible Costimulator (ICOS)-mediated calcium signaling

Le Costimulateur Inductible (ICOS) est un récepteur exprimé à la surface des cellules T CD4 auxiliaires et T CD8 cytotoxiques. Il fut démontré à l’aide de modèles murins de transplantation de moelle osseuse que ICOS joue un rôle important dans l’induction de la maladie du greffon contre l’hôte aigüe (GVHD). ICOS potentialise deux signaux médiés par le récepteur de cellules T (TCR) : l’activation de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K) ainsi que la mobilisation interne de calcium. En conditions in vitro, dans les cellules CD4 et CD8, ICOS réussi à potentialiser le flux de calcium médié par le TCR indépendamment de PI3K. La voie de signalisation de ICOS impliquée dans la GVHD demeure inconnue. Cependant, en utilisant une lignée de souris ‘knock-in’ nommée ICOS-Y181F, dans laquelle le cellules T ont sélectivement perdu la capacité d’activer PI3K par l’entremise d’ICOS, nous avons démontré que les cellules T peuvent utiliser un mécanisme ICOS indépendant de PI3K afin d’induire la GVHD. La mobilisation interne du Ca2+ mène à l’activation de NFAT, un facteur de transcription clé régulant des gènes comme IFN-γ, qui exprime une des cytokines clés impliquées dans la GVHD. Nous émettons comme hypothèse que la capacité pathogénique intacte des cellules T ICOSY181F à induire la GVHD, repose sur la signalisation du Ca2+ indépendante de PI3K. Le but de mon projet est d’identifier les résidus responsables de cette signalisation de Ca2+ médiée par ICOS ainsi que le mécanisme par lequel ce récepteur fonctionne. À l’aide de la mutagénèse dirigée, j’ai généré des mutants d’ICOS et j’ai analysé par cytométrie en flux leur capacité à activer le flux de Ca2+. J’ai ainsi identifié un groupe de lysine sur la queue cytoplasmique d’ICOS situé à proximité de la membrane comme étant essentiel à la fonction de potentialisation du flux de Ca2+. Je fournis également des preuves de l’implication de la kinase Lck, membre de la famille de kinases Src, dans la voie de signalisation de ICOS médiant la potentialisation du flux de Ca2+. Ainsi, ICOS s’associe à Lck et mène à une augmentation de l’activation de PLCγ1, la protéine effectrice clé causant la sortie de Ca2+ de la réserve intracellulaire. En conclusion, notre étude permet de comprendre davantage une des voies de signalisation d’ICOS. L’influx de Ca2+ dans les cellules T implique la voie ICOS-Lck-PLCγ1. Une compréhension plus approfondie de cette voie de signalisation pourrait s’avérer bénéfique afin d’élaborer de nouvelles stratégies menant à la prévention de maladies reliées à ICOS, comme la GVHD.

Rôle de MTORC2 dans la sénescence et la différenciation myofibroblastique induites par l'autophagie

Il a été suggéré que l’autophagie pouvait participer au processus fibrotique en favorisant la différenciation du fibroblaste en myofibroblaste. La sénescence cellulaire a aussi été montrée comme impliquée dans la réparation tissulaire et la fibrose. Des liens ont été établis entre autophagie et sénescence. Cette étude a pour but d’investiguer les liens possibles entre autophagie, sénescence et différenciation myofibroblastique afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires régulant la réparation tissulaire et la fibrose. Les fibroblastes carencés en sérum pendant quatre jours montrent des ratios LC3B-II/-I élevés et des niveaux de SQSTM1/p62 diminués. L’augmentation de l’autophagie est accompagnée d’une augmentation de l’expression des marqueurs de différenciation myofibroblastique ACTA2/αSMA et collagènes de type 1 et 3 et de la formation de fibres de stress. Les fibroblastes autophagiques expriment les marqueurs de sénescence CDKN1A (p21) et p16INK4a (p16) et montrent une augmentation de l’activité beta-galactosidase associée à la sénescence. L’inhibition de l’autophagie à l’aide de différents inhibiteurs de phosphoinositide 3-kinase de classe I et de phosphatidylinositol 3-kinase de classe III (PtdIns3K) ou par inhibition génique à l’aide d’ARN interférant ATG7 bloquent l’expression des marqueurs de différenciation et de sénescence. L’expression et la sécrétion de CTGF (connective tissue growth factor) sont augmentées chez les fibroblastes autophagiques. L’inhibition de l’expression du CTGF par interférence génique prévient la différenciation myofibroblastique, démontrant l’importance de ce facteur pro-fibrotique pour la différenciation induite par l’autophagie. La phosphorylation de la kinase RPS6KB1/p70S6K, cible du complexe MTORC1, est abolie dans les fibroblastes autophagiques. La phosphorylation d’AKT à la Ser473, une cible du complexe MTORC2, diminue lors de la carence en sérum des fibroblastes mais est suivie d’une rephosphorylation après 2 jours. Ce résultat suggère la réactivation de MTORC2 lors d’une autophagie prolongée. Ceci a été vérifié par inhibition de l’autophagie dans les fibroblastes carencés en sérum. Les inhibiteurs de PtdIns3K et le siRNA ATG7 bloquent la rephosphorylation d’AKT. L’inhibition de la réactivation de MTORC2, et donc de la rephosphorylation d’AKT, est aussi obtenue par exposition des fibroblastes à la rapamycine, le Torin 1 ou par inhibition génique de RICTOR. Ces traitements inhibent l’augmentation de l’expression du CTGF ainsi que des marqueurs de différenciation et de sénescence, démontrant le rôle central joué par MTORC2 dans ces processus. Le stress oxydant peut induire la sénescence et la carence en sérum est connue pour augmenter la quantité de ROS (reactive oxygen species) dans les cellules. Afin d’investiguer le rôle des ROS dans la différenciation et la sénescence induites par l’autophagie, nous avons incubés les fibroblastes carencés en sérum en présence de N-acetyl-L-cysteine (NAC). Le NAC diminue la production de ROS, diminue les marqueurs d’autophagie, de sénescence et de différenciation myofibroblastique. Le NAC inhibe aussi la phosphorylation d’AKT Ser473. L’ensemble de ces résultats identifient les ROS en association avec une autophagie prolongée comme des nouveaux activateurs du complexe MTORC2. MTORC2 est central pour l’activation subséquente de la sénescence et de la différenciation myofibroblastique.

Platelet adhesion signalling and the regulation of thrombus formation

Platelets perform a central role in haemostasis and thrombosis. They adhere to subendothelial collagens exposed at sites of blood vessel injury via the glycoprotein (GP) 1b-V-IX receptor complex, GPV1 and integrin alpha(2)beta(1)-These receptors perform distinct functions in the regulation of cell signalling involving non-receptor tyrosine kinases (e.g. Src, Fyn, Lyn, Syk and Btk), adaptor proteins, phospholipase C and lipid kinases such as phosphoinositide 3-kinase. They are also coupled to an increase in cytosolic calcium levels and protein kinase C activation, leading to the secretion of paracrine/autocrine platelet factors and an increase in integrin receptor affinities. Through the binding of plasma fibrinogen and von Willebrand Factor to integrin alphaIIbbeta(3), a platelet thrombus is formed. Although increasing evidence indicates that each of the adhesion receptors GPIb-V-IX and GPV1 and integrins alpha(2)beta(1) and alpha(IIb)beta(3) contribute to the signalling that regulates this process, the individual roles of each are only beginning to be dissected. By contrast, adhesion receptor signalling through platelet endothelial cell adhesion molecule 1 (PECAM-1) is implicated in the inhibition of platelet function and thrombus formation in the healthy circulation. Recent studies indicate that understanding of platelet adhesion signalling mechanisms might enable the development of new strategies to treat and prevent thrombosis.

Flavonoids: antioxidants or signalling molecules?

Many studies are accumulating that report the neuroprotective, cardioprotective, and chemopreventive actions of dietary flavonoids. While there has been a major focus on the antioxidant properties, there is an emerging view that flavonoids, and their in vivo metabolites, do not act as conventional hydrogen-donating antioxidants but may exert modulatory actions in cells through actions at protein kinase and lipid kinase signalling pathways. Flavonoids, and more recently their metabolites, have been reported to act at phosphoinositide 3-kinase (PI 3-kinase), Akt/protein kinase B (Akt/PKB), tyrosine kinases, protein kinase C (PKC), and mitogen activated protein kinase (MAP kinase) signalling cascades. Inhibitory or stimulatory actions at these pathways are likely to affect cellular function profoundly by altering the phosphorylation state of target molecules and by modulating gene expression. A clear understanding of the mechanisms of action of flavonoids, either as antioxidants or modulators of cell signalling, and the influence of their metabolism on these properties are key to the evaluation of these potent biomolecules as anticancer agents, cardioprotectants, and inhibitors of neurodegeneration (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Quercetin inhibits collagen-stimulated platelet activation through inhibition of multiple components of the glycoprotein VI signaling pathway

Background: The regulation of platelet function by pharmacological agents that modulate platelet signaling haspharmacolo proven a successful approach to the prevention of thrombosis. A variety of molecules present in the diet have been shown to inhibit platelet activation, including the antioxidant quercetin. Objectives: In this report we investigate the molecular mechanisms through which quercetin inhibits collagen-stimulated platelet aggregation. Methods: The effect of quercetin on platelet aggregation, intracellular calcium release, whole cell tyrosine phosphorylation and intracellular signaling events including tyrosine phosphorylation and kinase activity of proteins involved in the collagen-stimulated glycoprotein (GP) signaling pathway were investigated. Results: We report that quercetin inhibits collagen-stimulated whole cell protein tyrosine phosphorylation and intracellular mobilization of calcium, in a concentration-dependent manner. Quercetin was also found to inhibit various events in signaling generated by the collagen receptor GPVI. This includes collagen-stimulated tyrosine phosphorylation of the Fc receptor gamma-chain, Syk, LAT and phospholipase Cgamma2. Inhibition of phosphorylation of the Fc receptor gamma-chain suggests that quercetin inhibits early signaling events following stimulation of platelets with collagen. The activity of the kinases that phosphorylate the Fc receptor gamma-chain, Fyn and Lyn, as well as the tyrosine kinase Syk and phosphoinositide 3-kinase was also inhibited by quercetin in a concentration-dependent manner, both in whole cells and in isolation. Conclusions: The present results provide a molecular basis for the inhibition by quercetin of collagen-stimulated platelet activation, through inhibition of multiple components of the GPVI signaling pathway, and may begin to explain the proposed health benefits of high quercetin intake.

Enhanced sensitivity to rapamycin following long-term oestrogen deprivation in MCF-7, T-47-D and ZR-75-1 human breast cancer cells

Human breast cancer cells (MCF-7, T-47-D and ZR-75-1) can adapt to circumvent any reduced growth rate during long-term oestrogen deprivation, and this provides three model systems to investigate mechanisms of endocrine resistance in breast cancer. In this paper we report consistent differences in the effects of three growth inhibitors following long-term oestrogen deprivation in all three cell models. Long-term oestrogen deprivation of MCF-7, T-47-D and ZR-75-1 cells resulted in reduced growth inhibition by PD98059 (2–10 µg/ml), implying a loss of dependence on mitogen-activated protein kinase pathways for growth. The growth inhibitor LY294002 (2–10 µM) inhibited growth of both oestrogen-maintained and oestrogen-deprived cells with similar dose–responses, implying continued similar dependence on phosphoinositide 3-kinase (PI3K) pathways with no alteration after adaptation to oestrogen independent growth. However, by contrast, long-term oestrogen deprivation resulted in an increased sensitivity to growth inhibition by rapamycin, which was not reduced by readdition of oestradiol. The enhanced inhibition of long-term oestrogen-deprived MCF-7-ED, T-47-D-ED and ZR-75-1-ED cell growth by combining rapamycin with LY294002 at concentrations where each alone had little effect, offers preclinical support to the development of therapeutic combinations of rapamycin analogues with other PI3K inhibitors in endocrine-resistant breast cancer.

The impact of fruit flavonoids on memory and cognition

There is intense interest in the studies related to the potential of phytochemical-rich foods to prevent age-related neurodegeneration and cognitive decline. Recent evidence has indicated that a group of plant-derived compounds known as flavonoids may exert particularly powerful actions on mammalian cognition and may reverse age-related declines in memory and learning. In particular, evidence suggests that foods rich in three specific flavonoid sub-groups, the flavanols, anthocyanins and/or flavanones, possess the greatest potential to act on the cognitive processes. This review will highlight the evidence for the actions of such flavonoids, found most commonly in fruits, such as apples, berries and citrus, on cognitive behaviour and the underlying cellular architecture. Although the precise mechanisms by which these flavonoids act within the brain remain unresolved, the present review focuses on their ability to protect vulnerable neurons and enhance the function of existing neuronal structures, two processes known to be influenced by flavonoids and also known to underpin neuro-cognitive function. Most notably, we discuss their selective interactions with protein kinase and lipid kinase signalling cascades (i.e. phosphoinositide-3 kinase/Akt and mitogen-activated protein kinase pathways), which regulate transcription factors and gene expression involved in both synaptic plasticity and cerebrovascular blood flow. Overall, the review attempts to provide an initial insight into the potential impact of regular flavonoid-rich fruit consumption on normal or abnormal deteriorations in cognitive performance.

Oxidative stress and growth-regulating intracellular signaling pathways in cardiac myocytes

The toxic effects of oxidative stress on cells (including cardiac myocytes, the contractile cells of the heart) are well known. However, an increasing body of evidence has suggested that increased production of reactive oxygen species (ROS) promotes cardiac myocyte growth. Thus, ROS may be 'second messenger' molecules in their own right, and growth-promoting neurohumoral agonists might exert their effects by stimulating production of ROS. The authors review the principal growth-promoting intracellular signaling pathways that are activated by ROS in cardiac myocytes, namely the mitogen-activated protein kinase cascades (extracellular signal-regulated kinases 1/2, c-Jun N-terminal kinases, and p38-mitogen-activated protein kinases) and the phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B (Akt) pathway. Possible mechanisms are discussed by which these pathways are activated by ROS, including the oxidation of active site cysteinyl residues of protein and lipid phosphatases with their consequent inactivation, the potential involvement of protein kinase C or the apoptosis signal-regulating kinase 1, and the current models for the activation of the guanine nucleotide binding protein Ras.

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)

Increased vascular O-GlcNAcylation augments reactivity to constrictor stimuli - Vasoactive Peptide Symposium

O-linked N-acetylglucosaminylation (O-GlcNAcylation) plays a role in many aspects of protein function. Whereas elevated O-GlcNAc levels contribute to diabetes-related end-organ damage, O-GlcNAcylation is also physiologically important. Because proteins that play a role in vascular tone regulation can be O-GlcNAcylated, we hypothesized that O-GlcNAcylation increases vascular reactivity to constrictor stimuli, Aortas front male Sprague-Dawley rats and C57BL/6 mice were incubated for 24 hours with vehicle or PugNAc (O-GlcNAcase inhibitor. 100 mu M). PugNAc incubation significantly increased O-GlcNAc proteins, as determined by Western blot. PugNAc also increased vascular contractions to phenylephrine and serotonin, an effect not observed in the presence of N(omega)-nitro-L-arginine methyl ester or in endothelium-denuded vessels. Acetylcholine-induced relaxation. but not that to sodium nitroprusside, was decreased by PugNAc treatment, an effect accompanied by decreased levels of phosphorylated endothelial nitric oxide synthase (eNOS)(Ser-1177) and Akt(Ser-473). Augmented O-GlcNAcylation increases vascular reactivity to constrictor stimuli, possibly due to its effects oil eNOS expression and activity, reinforcing the concept that O-GlcNAcylation modulates vascular reactivity and may play a role in pathological conditions associated with abnormal vascular function. J Am Soc Hypertens 2008:2(6): 410-417. (C) 2008 American Society of Hypertension. All rights reserved.