An SH2 domain-containing 5' inositolphosphatase inhibits insulin-induced GLUT4 translocation and growth factor-induced actin filament rearrangement.

Tyrosine kinase receptors lead to rapid activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3 kinase) and the subsequent formation of phosphatidylinositides (PtdIns) 3,4-P2 and PtdIns 3,4, 5-P3, which are thought to be involved in signaling for glucose transporter GLUT4 translocation, cytoskeletal rearrangement, and DNA synthesis. However, the specific role of each of these PtdIns in insulin and growth factor signaling is still mainly unknown. Therefore, we assessed, in the current study, the effect of SH2-containing inositol phosphatase (SHIP) expression on these biological effects. SHIP is a 5' phosphatase that decreases the intracellular levels of PtdIns 3,4,5-P3. Expression of SHIP after nuclear microinjection in 3T3-L1 adipocytes inhibited insulin-induced GLUT4 translocation by 100 +/- 21% (mean +/- the standard error) at submaximal (3 ng/ml) and 64 +/- 5% at maximal (10 ng/ml) insulin concentrations (P < 0.05 and P < 0.001, respectively). A catalytically inactive mutant of SHIP had no effect on insulin-induced GLUT4 translocation. Furthermore, SHIP also abolished GLUT4 translocation induced by a membrane-targeted catalytic subunit of PI3 kinase. In addition, insulin-, insulin-like growth factor I (IGF-I)-, and platelet-derived growth factor-induced cytoskeletal rearrangement, i.e., membrane ruffling, was significantly inhibited (78 +/- 10, 64 +/- 3, and 62 +/- 5%, respectively; P < 0.05 for all) in 3T3-L1 adipocytes. In a rat fibroblast cell line overexpressing the human insulin receptor (HIRc-B), SHIP inhibited membrane ruffling induced by insulin and IGF-I by 76 +/- 3% (P < 0.001) and 68 +/- 5% (P < 0.005), respectively. However, growth factor-induced stress fiber breakdown was not affected by SHIP expression. Finally, SHIP decreased significantly growth factor-induced mitogen-activated protein kinase activation and DNA synthesis. Expression of the catalytically inactive mutant had no effect on these cellular responses. In summary, our results show that expression of SHIP inhibits insulin-induced GLUT4 translocation, growth factor-induced membrane ruffling, and DNA synthesis, indicating that PtdIns 3,4,5-P3 is the key phospholipid product mediating these biological actions.

E3 ubiquitin ligase Cbl-b potentiates the apoptotic action of arsenic trioxide by inhibiting the PI3K/Akt pathway

Arsenic trioxide (ATO) is a strong inducer of apoptosis in malignant hematological cells. Inducible phosphatidyl inositol 3 kinase (PI3K)-Akt activation promotes resistance to ATO. In the present study, we evaluated whether E3 ubiquitin ligase Cbl-b, a negative regulator of PI3K activation, is involved in the action of ATO. The effect of ATO on cell viability was measured by the Trypan blue exclusion assay or by the 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assay. Apoptosis was determined by flow cytometry and protein expression was assayed by Western blotting. ATO decreased the viability of HL60 cells and induced cellular apoptosis, which was accompanied by transient activation of Akt. The PI3K/Akt inhibitor, LY294002, significantly increased ATO-induced apoptosis (P < 0.05). In addition, ATO up-regulated the expression of Cbl-b proteins. Furthermore, ATO inhibited cell viability with an IC50 of 18.54 μM at 24 h in rat basophilic leukemia-2H3 cells. ATO induced cellular apoptosis with transient activation of Akt and Cbl-b was also up-regulated. Rat basophilic leukemia-2H3 cells transfected with a dominant negative (DN) Cbl-b mutation showed overexpression of Cbl-b (DN) and enhanced Akt activation. Compared with cells transfected with vector, ATO-induced apoptosis was decreased and G2/M phase cells were increased at the same concentration (P < 0.05). The PI3K/Akt inhibitor, LY294002, re-sensitized Cbl-b (DN) overexpressing cells to ATO and reversed G2/M arrest (P < 0.05). Taken together, these results suggest that Cbl-b potentiates the apoptotic action of ATO by inhibition of the PI3K/Akt pathway.

Angiotensin II induces NF-κB, JNK and p38 MAPK activation in monocytic cells and increases matrix metalloproteinase-9 expression in a PKC- andRho kinase-dependent manner

Angiotensin II (ANG II), the main effector of the renin-angiotensin system, is implicated in endothelial permeability, recruitment and activation of the immune cells, and also vascular remodeling through induction of inflammatory genes. Matrix metalloproteinases (MMPs) are considered to be important inflammatory factors. Elucidation of ANG II signaling pathways and of possible cross-talks between their components is essential for the development of efficient inhibitory medications. The current study investigates the inflammatory signaling pathways activated by ANG II in cultures of human monocytic U-937 cells, and the effects of specific pharmacological inhibitors of signaling intermediates on MMP-9 gene (MMP-9) expression and activity. MMP-9 expression was determined by real-time PCR and supernatants were analyzed for MMP-9 activity by ELISA and zymography methods. A multi-target ELISA kit was employed to evaluate IκB, NF-κB, JNK, p38, and STAT3 activation following treatments. Stimulation with ANG II (100 nM) significantly increased MMP-9 expression and activity, and also activated NF-κB, JNK, and p38 by 3.8-, 2.8- and 2.2-fold, respectively (P < 0.01). ANG II-induced MMP-9 expression was significantly reduced by 75 and 67%, respectively, by co-incubation of the cells with a selective inhibitor of protein kinase C (GF109203X, 5 µM) or of rho kinase (Y-27632, 15 µM), but not with inhibitors of phosphoinositide 3-kinase (wortmannin, 200 nM), tyrosine kinases (genistein, 100 µM) or of reactive oxygen species (α-tocopherol, 100 µM). Thus, protein kinase C and Rho kinase are important components of the inflammatory signaling pathways activated by ANG II to increase MMP-9 expression in monocytic cells. Both signaling molecules may constitute potential targets for effective management of inflammation.

Modulation de la voie de signalisation de Gαq par l’hyperglycémie : mécanisme moléculaire

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie.

Hydrogen peroxide enhances the expression and function of Giα proteins in aortic vascular smooth muscle cells from Sprague-Dawley rats : role of growth factor receptors transactivation

Nous avons récemment démontré que les espèces réactives oxygénées induisent une augmentation de l’expression des protéines Giα dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) provenant d’aortes de rats spontanément hypertendus (SHR, de l’anglais spontaneously hypertensive rats). La présente étude a pour but d’étudier les effets du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant qui induit le stress oxydatif, sur l’expression de Giα et sur l’activité de l’adénylate cyclase, et d’explorer les voies de signalisation sous-jacentes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que H2O2 induit une augmentation de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 de manière dose- et temps-dépendante avec une augmentation maximale de 40-50% à 100 µM après 1 heure, sans affecter l’expression de Gsα. L’expression des protéines Giα a été maintenue au niveau normal en presence de AG 1478, AG1295, PD98059 et la wortmannine, des inhibiteurs d’EGF-R (de l’anglais epidermal growth factor receptor), PDGFR-β (de l’anglais platelet-derived growth factor receptor β), de la voie de signalisation ras-ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), et de la voie de la PI3Kinase-AKT (de l’anglais phosphatidyl inositol-3 kinase), respectivement. En outre, le traitement des CMLV avec H2O2 a induit une augmentation du degré de phosphorylation d’EGF-R, PDGF-R, ERK1/2 et AKT; et cette expression a été maintenue au niveau témoin par leurs inhibiteurs respectifs. Les inhibiteurs d’EGF-R et PDGF-R ont aussi induit une diminution du degré de phosphorylation de ERK1/2, et AKT/PKB. En outre, la transfection des cellules avec le siRNA (de l’anglais, small interfering ribonucleic acid) de EGF-R et PDGFR-β a atténué la surexpression des protéines Giα-2 et Giα-3 induite par le traitement au H2O2. La surexpression des protéines Giα induite par H2O2 a été corrélée avec une augmentation de la fonction de la protéine Giα. L’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par de faibles concentrations de GTPγS après stimulation par la forskoline a augmenté de 20% dans les cellules traitées au H2O2. En outre, le traitement des CMLV au H2O2 a aussi accru l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par les hormones inhibitrices telles que l’angiotensine II, oxotrémorine et C-ANP4-23. D’autre part, la stimulation de l’adénylate cyclase induite par GTPγS, glucagon, isoprotérénol, forskoline, et le fluorure de sodium (NaF) a été atténuée de façon significative dans les cellules traitées au H2O2. Ces résultats suggèrent que H2O2 induit la surexpression des protéines Giα-2 and Giα-3 via la transactivation des récepteurs des facteurs de croissance EGF-R, PDGFR-β et l’activation des voies de signalisation ras-ERK1/2 et PI3K-AKT Mot-cles: Protéines Giα, peroxyde d’hydrogène, stress oxydant, récepteurs des facteurs de croissance, MAP kinases, adénylate cyclase, hypertension

Role of Nuclear Angiotensin-II Receptor Mediated Signalling in Cardiovascular Remodelling

Le remodelage cardiaque est le processus par lequel la structure ou la fonction cardiaque change en réponse à un déséquilibre pathophysiologique tel qu'une maladie cardiaque, un contexte d'arythmie prolongée ou une modification de l'équilibre hormonal. Le système rénine-angiotensine (SRA) est un système hormonal largement étudié et il est impliqué dans de nombreuses activités associées au remodelage cardiovasculaire. L’existence d'un système circulatoire couplé à un système de tissus locaux est une représentation classique, cependant de nouvelles données suggèrent un SRA indépendant et fonctionnellement actif à l'échelle cellulaire. La compréhension de l'activité intracellulaire du SRA pourrait mener à de nouvelles pistes thérapeutiques qui pourraient prévenir un remodelage cardiovasculaire défavorable. L'objectif de cette thèse était d'élucider le rôle du SRA intracellulaire dans les cellules cardiaques. Récemment, les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), les protéines G et leurs effecteurs ont été détectés sur des membranes intracellulaires, y compris sur la membrane nucléaire, et les concepts de RCPG intracellulaires fonctionnels sont en voie d'être acceptés comme une réalité. Nous avons dès lors fait l'hypothèse que la signalisation du SRA délimitant le noyau était impliquée dans le contrôle de l'expression des gènes cardiaques. Nous avons démontré la présence de récepteurs d'angiotensine de type-1 (AT1R) et de type-2 (AT2R) nucléaires dans les cardiomyocytes ventriculaires adultes et dans une fraction nucléaire purifiée de tissu cardiaque. Des quantités d'Ang II ont été détectées dans du lysat de cardiomyocytes et des microinjections d'Ang-II-FITC ont donné lieu à des liaisons préférentielles aux sites nucléaires. L'analyse transcriptionnelle prouve que la synthèse d'ARN de novo dans des noyaux isolés stimulés à l'Ang-II, et l'expression des ARNm de NF-κB étaient beaucoup plus importants lorsque les noyaux étaient exposés à de l'Ang II par rapport aux cardiomyocytes intacts. La stimulation des AT1R nucléaires a engendré une mobilisation de Ca2+ via les récepteurs de l'inositol trisphosphate (IP3R), et le blocage des IP3R a diminué la réponse transcriptionnelle. Les méthodes disponibles actuellement pour l'étude de la signalisation intracrine sont limitées aux méthodes indirectes. L'un des objectifs de cette thèse était de synthétiser et caractériser des analogues d'Ang-II cellule-perméants afin d’étudier spécifiquement dans les cellules intactes l'activité intracellulaire du SRA. Nous avons synthétisé et caractérisé pharmacologiquement des analogues photosensibles Ang-II encapsulée en incorporant un groupement 4,5-diméthoxy-2-nitrobenzyl (DMNB) photoclivable sur les sites actifs identifiés du peptide. Chacun des trois analogues d'Ang II encapsulée synthétisés et purifiés: [Tyr(DMNB)4]Ang-II, Ang-II-ODMNB et [Tyr(DMNB)4]Ang-II-ODMNB a montré une réduction par un facteur deux ou trois de l'affinité de liaison envers AT1R et AT2R dans les dosages par liaison compétitive et une activité réduite dans la contraction de l'aorte thoracique. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans des cellules HEK a augmenté la phosphorylation d'ERK1/2 (via AT1R) et la production de cGMP (via AT2R) alors que dans les cardiomyocytes isolés elle générait une augmentation de Ca2+ nucléoplasmique et initiait la synthèse d'ARNr 18S et d'ARNm du NF-κB. Les fibroblastes sont les principaux générateurs de remodelage cardiaque structurel, et les fibroblastes auriculaires sont plus réactifs aux stimuli profibrotiques que les fibroblastes ventriculaires. Nous avons émis l'hypothèse que l’Ang-II intracellulaire et l'activation des AT1R et AT2R nucléaires associés contrôlaient les profils d'expression des gènes des fibroblastes via des systèmes de signalisation distincts et de ce fait jouaient un rôle majeur dans le développement de la fibrose cardiaque. Nous avons remarqué que les fibroblastes auriculaires expriment l’AT1R et l’AT2R nucléaire et l'Ang-II au niveau intracellulaire. L’expression d'AT1R nucléaire a été régulés positivement dans les cas d’insuffisance cardiaque (IC), tandis que l'AT2R nucléaire a été glycosylé post-traductionnellement. La machinerie protéique des protéines G, y compris Gαq/11, Gαi/3, et Gβ, a été observée dans des noyaux isolés de fibroblastes. AT1R et AT2R régulent l'initiation de la transcription du fibroblaste via les voies de transduction de signal d'IP3R et du NO. La photostimulation de [Tyr(DMNB)4]Ang-II dans une culture de fibroblastes auriculaire déclenche la libération de Ca2+ nucléoplasmique, la prolifération, et la synthèse et sécrétion de collagène qui ne sont pas inhibées par les bloqueurs d'AT1R et/ou AT2R extracellulaires.

PtdIns(5)P activates the host cell PI3-kinase/Akt pathway during Shigella flexneri infection

The virulence factor IpgD, delivered into nonphagocytic cells by the type III secretion system of the pathogen Shigella flexneri, is a phosphoinositide 4-phosphatase generating phosphatidylinositol 5 monophosphate (PtdIns(5) P). We show that PtdIns(5) P is rapidly produced and concentrated at the entry foci of the bacteria, where it colocalises with phosphorylated Akt during the first steps of infection. Moreover, S. flexneri-induced phosphorylation of host cell Akt and its targets specifically requires IpgD. Ectopic expression of IpgD in various cell types, but not of its inactive mutant, or addition of short-chain penetrating PtdIns(5) P is sufficient to induce Akt phosphorylation. Conversely, sequestration of PtdIns(5) P or reduction of its level strongly decreases Akt phosphorylation in infected cells or in IpgD-expressing cells. Accordingly, IpgD and PtdIns(5) P production specifically activates a class IA PI 3-kinase via a mechanism involving tyrosine phosphorylations. Thus, S. flexneri parasitism is shedding light onto a new mechanism of PI 3-kinase/Akt activation via PtdIns(5) P production that plays an important role in host cell responses such as survival.

Are class II phosphoinositide 3-kinases potential targets for anticancer therapies?

Of the three classes of true phosphoinositide (PI) 3-kinases, the class II subdivision, which consists of three isoforms, PI3K-C2alpha, PI3K-C2beta and PI3K-C2gamma, is the least well understood. There are a number of reasons for this. This class of PI 3-kinase was identified exclusively by PCR and homology cloning approaches and not on the basis of cellular function. Like class I PI 3-kinases, class II PI 3-kinases are activated by diverse receptor types. To complicate the elucidation of class II PI 3-kinase function further, their in vitro substrate specificity is intermediate between the receptor activated class I PI 3-kinases and the housekeeping class III PI 3-kinase. The class II PI 3-kinases are inhibited by the two commonly used PI 3-kinase family selective inhibitors, wortmannin and LY294002, and there are no widely available, specific inhibitors for the individual classes or isoforms. Here the current state of understanding of class II PI 3-kinase function is reviewed, followed by an appraisal as to whether there is enough evidence to suggest that pharmaceutical companies, who are currently targeting the class I PI 3-kinases in an attempt to generate anticancer agents, should also consider targeting the class II PI 3-kinases.

Protein kinase B is regulated in platelets by the collagen receptor glycoprotein VI

Phosphoinositide 3-kinase (PI3K) is a critical component of the signaling pathways that control the activation of platelets. Here we have examined the regulation of protein kinase B (PKB), a downstream effector of PI3K, by the platelet collagen receptor glycoprotein (GP) VI and thrombin receptors. Stimulation of platelets with collagen or convulxin (a selective GPVI agonist) resulted in PI3K-dependent, and aggregation independent, Ser(473) and Thr(308) phosphorylation of PKBalpha, which results in PKB activation. This was accompanied by translocation of PKB to cell membranes. The phosphoinositide-dependent kinase PDK1 is known to phosphorylate PKBalpha on Thr(308), although the identity of the kinase responsible for Ser(473) phosphorylation is less clear. One candidate that has been implicated as being responsible for Ser(473) phosphorylation, either directly or indirectly, is the integrin-linked kinase (ILK). In this study we have examined the interactions of PKB, PDK1, and ILK in resting and stimulated platelets. We demonstrate that in platelets PKB is physically associated with PDK1 and ILK. Furthermore, the association of PDK1 and ILK increases upon platelet stimulation. It would therefore appear that formation of a tertiary complex between PDK1, ILK, and PKB may be necessary for phosphorylation of PKB. These observations indicate that PKB participates in cell signaling downstream of the platelet collagen receptor GPVI. The role of PKB in collagen- and thrombin-stimulated platelets remains to be determined.

GRID and docking analyses reveal a molecular basis for flavonoid inhibition of src-family kinase activity

Flavonoids reduce cardiovascular disease risk through anti-inflammatory, anti-coagulant and anti-platelet actions. One key flavonoid inhibitory mechanism is blocking kinase activity that drives these processes. Flavonoids attenuate activities of kinases including phosphoinositide-3-kinase (PI3K), Fyn, Lyn, Src, Syk, PKC, PIM1/2, ERK, JNK, and PKA. X-ray crystallographic analyses of kinase-flavonoid complexes show that flavonoid ring systems and their hydroxyl substitutions are important structural features for their binding to kinases. A clearer understanding of structural interactions of flavonoids with kinases is necessary to allow construction of more potent and selective counterparts. We examined flavonoid (quercetin, apigenin and catechin) interactions with Src-family kinases (Lyn, Fyn and Hck) applying the Sybyl docking algorithm and GRID. A homology model (Lyn) was used in our analyses to demonstrate that high quality predicted kinase structures are suitable for flavonoid computational studies. Our docking results revealed potential hydrogen bond contacts between flavonoid hydroxyls and kinase catalytic site residues. Identification of plausible contacts indicated that quercetin formed the most energetically stable interactions, apigenin lacked hydroxyl groups necessary for important contacts, and the non-planar structure of catechin could not support predicted hydrogen bonding patterns. GRID analysis using a hydroxyl functional group supported docking results. Based on these findings, we predicted that quercetin would inhibit activities of Src-family kinases with greater potency than apigenin and catechin. We validated this prediction using in vitro kinase assays. We conclude that our study can be used as a basis to construct virtual flavonoid interaction libraries to guide drug discovery using these compounds as molecular templates.

Pro-inflammatory cytokines stimulate mitogen-activated protein kinase subfamilies, increase phosphorylation of c-Jun and ATF2 and upregulate c-Jun protein in neonatal rat ventricular myocytes.

Pro-inflammatory cytokines may be important in the pathophysiological responses of the heart. We investigated the activation of the three mitogen-activated protein kinase (MAPK) subfamilies ¿c-Jun N-terminal kinases (JNKs), p38-MAPKs and extracellularly-responsive kinases (ERKs) by interleukin-1 beta (IL-1 beta) or tumour necrosis factor alpha (TNF alpha) in primary cultures of myocytes isolated from neonatal rat ventricles. Both cytokines stimulated a rapid (maximal within 10 min) increase in JNK activity. Although activation of JNKs by IL-1 beta was transient returning to control values within 1 h, the response to TNF alpha was sustained. IL-1 beta and TNF alpha also stimulated p38-MAPK phosphorylation, but the response to IL-1 beta was consistently greater than TNF alpha. Both cytokines activated ERKs, but to a lesser degree than that induced by phorbol esters. The transcription factors, c-Jun and ATF2, are phosphorylated by the MAPKs and are implicated in the upregulation of c-Jun. IL-1 beta and TNF alpha stimulated the phosphorylation of c-Jun and ATF2. However, IL-1 beta induced a greater increase in c-Jun protein. Inhibitors of protein kinase C (PKC) (Ro318220, GF109203X) and the ERK cascade (PD98059) attenuated the increase in c-Jun induced by IL-1 beta, but LY294002 (an inhibitor of phosphatidylinositol 3' kinase) and SB203580 (an inhibitor of p38-MAPK, which also inhibits certain JNK isoforms) had no effect. These data illustrate that some of the pathological effects of IL-1 beta and TNF alpha may be mediated through the MAPK cascades, and that the ERK cascade, rather than JNKs or p38-MAPKs, are implicated in the upregulation of c-Jun by IL-1 beta.

Regulation of protein kinase B and 4E-BP1 by oxidative stress in cardiac myocytes.

Stimulation of phosphatidylinositol 3'-kinase (PI3K) and protein kinase B (PKB) is implicated in the regulation of protein synthesis in various cells. One mechanism involves PI3K/PKB-dependent phosphorylation of 4E-BP1, which dissociates from eIF4E, allowing initiation of translation from the 7-methylGTP cap of mRNAs. We examined the effects of insulin and H(2)O(2) on this pathway in neonatal cardiac myocytes. Cardiac myocyte protein synthesis was increased by insulin, but was inhibited by H(2)O(2). PI3K inhibitors attenuated basal levels of protein synthesis and inhibited the insulin-induced increase in protein synthesis. Insulin or H(2)O(2) increased the phosphorylation (activation) of PKB through PI3K, but, whereas insulin induced a sustained response, the response to H(2)O(2) was transient. 4E-BP1 was phosphorylated in unstimulated cells, and 4E-BP1 phosphorylation was increased by insulin. H(2)O(2) stimulated dephosphorylation of 4E-BP1 by increasing protein phosphatase (PP1/PP2A) activity. This increased the association of 4E-BP1 with eIF4E, consistent with H(2)O(2) inhibition of protein synthesis. The effects of H(2)O(2) were sufficient to override the stimulation of protein synthesis and 4E-BP1 phosphorylation induced by insulin. These results indicate that PI3K and PKB are important regulators of protein synthesis in cardiac myocytes, but other factors, including phosphatase activity, modulate the overall response.

Calcium Flux in Neuroblastoma Cells Is a Coupling Mechanism between Non-Genomic and Genomic Modes of Estrogens

Estrogens have been demonstrated to rapidly modulate calcium levels in a variety of cell types. However, the significance of estrogen-mediated calcium flux in neuronal cells is largely unknown. The relative importance of intra- and extracellular sources of calcium in estrogenic effects on neurons is also not well understood. Previously, we have demonstrated that membrane-limited estrogens, such as E-BSA given before an administration of a 2-hour pulse of 17beta-estradiol (E(2)), can potentiate the transcription mediated by E(2) from a consensus estrogen response element (ERE)-driven reporter gene. Inhibitors to signal transduction cascades given along with E-BSA or E(2) demonstrated that calcium flux is important for E-BSA-mediated potentiation of transcription in a transiently transfected neuroblastoma cell line. In this report, we have used inhibitors to different voltage-gated calcium channels (VGCCs) and to intracellular store receptors along with E-BSA in the first pulse or with E(2) in the second pulse to investigate the relative importance of these channels to estrogen-mediated transcription. Neither L- nor P-type VGCCs seem to play a role in estrogen action in these cells; while N-type VGCCs are important in both the non-genomic and genomic modes of estrogen action. Specific inhibitors also showed that the ryanodine receptor and the inositol trisphosphate receptor are important to E-BSA-mediated transcriptional potentiation. This report provides evidence that while intracellular stores of calcium are required to couple non-genomic actions of estrogen initiated at the membrane to transcription in the nucleus, extracellular sources of calcium are also important in both non-genomic and genomic actions of estrogens. Copyright (c) 2005 S. Karger AG, Basel.

Short-Term Modulation of Extracellular Signal-Regulated Kinase 1/2 and Stress-Activated Protein Kinase/c-Jun NH2-Terminal Kinase in Pancreatic Islets by Glucose and Palmitate Possible Involvement of Ceramide

Objectives: The effect of glucose and palmitate on the phosphorylation of proteins associated with cell growth and survival (extracellular signal-regulated kinase 1/2 [ERK1/2] and stress-activated protein kinase/c-Jun NH2-terminal kinase [SAPK/JNK]) and on the expression of immediate early genes was investigated. Methods: Groups of freshly isolated rat pancreatic islets were incubated in 10-mmol/L glucose with palmitate, LY294002, or fumonisin B1 for the measurement of the phosphorylation and the content of ERK1/2, JNK/SAPK, and v-akt murine thymoma viral oncongene (AKT) (serine 473) by immunoblotting. The expressions of the immediate early genes, c-fos and c-jun, were evaluated by reverse transcription-polymerase chain reaction. Results: Glucose at 10 mmol/L induced ERK1/2 and AKT phosphorylations and decreased SAPK/JNK phosphorylation. Palmitate (0.1 mmol/L) abolished the glucose effect on ERK1/2, AKT, and SAPK/JNK phosphorylations. LY294002 caused a similar effect. The inhibitory effect of palmitate on glucose-induced ERK1/2 and AKT phosphorylation changes was not observed in the presence of fumonisin B1. Glucose increased c-fos and decreased c-jun expressions. Palmitate and LY294002 abolished these latter glucose effects. The presence of fumonisin B1 abolished the effect induced by palmitate on c-jun expression. Conclusions: Our results suggest that short-term changes of mitogen-activated protein kinase and AKT signaling pathways and c-fos and c-jun expressions caused by glucose are abolished by palmitate through phosphatidylinositol 3-kinase inhibition via ceramide synthesis.

Differential kinase requirement for enhancement of Fc gamma R-mediated phagocytosis in alveolar macrophages by leukotriene B(4) vs. D(4)

In alveolar macrophages, leukotriene (IT) B(4) and cysteinyl LTs (LTC(4), LTD(4) and LTE(4)) both enhance Fc gamma receptor (Fc gamma R)-mediated phagocytosis. In the present study we investigated the role of specific PKC isoforms (PKC-alpha and -delta), the MAP kinases p38 and ERK 1/2, and PI3K in mediating the potentiation of Fc gamma R-mediated phagocytosis induced by addition of leukotrienes to the AMs. It was found that exogenously added LTB(4) and LTD(4) both enhanced PKC-delta and -alpha phosphorylation during Fc gamma R engagement. Studies with isoform-selective inhibitors indicated that exogenous LTB(4) effects were dependent on both PKC-alpha and -delta, while LTD(4) effects were exclusively due to PKC-delta activation. Although both exogenous LTB(4) and LTD(4) enhanced p38 and ERK 1/2 activation, LTB(4) required only ERK 1/2, while LTD(4) required only p38 activation. Activation by both LTs was dependent on PI3K activation. Effects of endogenous LTs on kinase activation were also investigated using selective LT receptor antagonists. Endogenous LTB(4) contributed to Fc gamma R-mediated activation of PKC-alpha, ERK 1/2 and PI3K, while endogenous cysLTs contributes to activation of PKC-delta, p38 and PI3K. Taken together, our data show that the capacities of LTB(4) and LTD(4) to enhance Fc gamma R-mediated phagocytosis reflect their differential activation of specific kinase programs. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.