Polysaccharopeptide enhanced the anti-cancer effect of gamma-tocotrienol through activation of AMPK

Background Prostate cancer (PCa) frequently relapses after hormone ablation therapy. Unfortunately, once progressed to the castration resistant stage, the disease is regarded as incurable as prostate cancer cells are highly resistant to conventional chemotherapy. Method We recently reported that the two natural compounds polysaccharopeptide (PSP) and Gamma-tocotrienols (γ-T3) possessed potent anti-cancer activities through targeting of CSCs. In the present study, using both prostate cancer cell line and xenograft models, we seek to investigate the therapeutic potential of combining γ-T3 and PSP in the treatment of prostate cancer. Result We showed that in the presence of PSP, γ-T3 treatment induce a drastic activation of AMP-activated protein kinase (AMPK). This was accompanied with inactivation of acetyl-CoA carboxylase (ACC), as evidenced by the increased phosphorylation levels at Ser 79. In addition, PSP treatment also sensitized cancer cells toward γ-T3-induced cytotoxicity. Furthermore, we demonstrated for the first time that combination of PSP and γ-T3 treaments significantly reduced the growth of prostate tumor in vivo. Conclusion Our results indicate that PSP and γ-T3 treaments may have synergistic anti-cancer effect in vitro and in vivo, which warrants further investigation as a potential combination therapy for the treatment of cancer.

Simian Virus 40 Small T Antigen Activates AMPK and Triggers Autophagy To Protect Cancer Cells from Nutrient Deprivation

As tumors grow larger, they often experience an insufficient supply of oxygen and nutrients. Hence, cancer cells must develop mechanisms to overcome these stresses. Using an in vitro transformation model where the presence of the simian virus 40 (SV40) small T (ST) antigen has been shown to be critical for tumorigenic transformation, we investigated whether the ST antigen has a role to play in regulating the energy homeostasis of cancer cells. We find that cells expressing the SV40 ST antigen (+ST cells) are more resistant to glucose deprivation-induced cell death than cells lacking the SV40 ST antigen (-ST cells). Mechanistically, we find that the ST antigen mediates this effect by activating a nutrient-sensing kinase, AMP-activated protein kinase (AMPK). The basal level of active, phosphorylated AMPK was higher in +ST cells than in -ST cells, and these levels increased further in response to glucose deprivation. Additionally, inhibition of AMPK in +ST cells increased the rate of cell death, while activation of AMPK in -ST cells decreased the rate of cell death, under conditions of glucose deprivation. We further show that AMPK mediates its effects, at least in part, by inhibiting mTOR (mammalian target of rapamycin), thereby shutting down protein translation. Finally, we show that +ST cells exhibit a higher percentage of autophagy than -ST cells upon glucose deprivation. Thus, we demonstrate a novel role for the SV40 ST antigen in cancers, where it functions to maintain energy homeostasis during glucose deprivation by activating AMPK, inhibiting mTOR, and inducing autophagy as an alternate energy source.

Polysaccharopeptide enhanced the anti-cancer effect of gammatocotrienol through activation of AMPK

Prostate cancer (PCa) frequently relapses after hormone ablation therapy. Unfortunately, once progressed to the castration resistant stage, the disease is regarded as incurable as prostate tumours are highly resistant to conventional chemotherapy. Therefore, an effective treatment strategy is urgently needed for improving the treatment outcome of the patients.

Identification of a novel AMPK-PEA15 axis in the anoikis-resistant growth of mammary cells

Introduction: Matrix detachment triggers anoikis, a form of apoptosis, in most normal epithelial cells, while acquisition of anoikis resistance is a prime requisite for solid tumor growth. Of note, recent studies have revealed that a small population of normal human mammary epithelial cells (HMECs) survive in suspension and generate multicellular spheroids termed `mammospheres'. Therefore, understanding how normal HMECs overcome anoikis may provide insights into breast cancer initiation and progression. Methods: Primary breast tissue-derived normal HMECs were grown as adherent monolayers or mammospheres. The status of AMP-activated protein kinase (AMPK) and PEA15 signaling was investigated by immunoblotting. Pharmacological agents and an RNA interference (RNAi) approach were employed to gauge their roles in mammosphere formation. Immunoprecipitation and in vitro kinase assays were undertaken to evaluate interactions between AMPK and PEA15. In vitro sphere formation and tumor xenograft assays were performed to understand their roles in tumorigenicity. Results: In this study, we show that mammosphere formation by normal HMECs is accompanied with an increase in AMPK activity. Inhibition or knockdown of AMPK impaired mammosphere formation. Concomitant with AMPK activation, we detected increased Ser(116) phosphorylation of PEA15, which promotes its anti-apoptotic functions. Inhibition or knockdown of AMPK impaired PEA15 Ser(116) phosphorylation and increased apoptosis. Knockdown of PEA15, or overexpression of the nonphosphorylatable S116A mutant of PEA15, also abrogated mammosphere formation. We further demonstrate that AMPK directly interacts with and phosphorylates PEA15 at Ser(116) residue, thus identifying PEA15 as a novel AMPK substrate. Together, these data revealed that AMPK activation facilitates mammosphere formation by inhibition of apoptosis, at least in part, through Ser(116) phosphorylation of PEA15. Since anoikis resistance plays a critical role in solid tumor growth, we investigated the relevance of these findings in the context of breast cancer. Significantly, we show that the AMPK-PEA15 axis plays an important role in the anchorage-independent growth of breast cancer cells both in vitro and in vivo. Conclusions: Our study identifies a novel AMPK-PEA15 signaling axis in the anchorage-independent growth of both normal and cancerous mammary epithelial cells, suggesting that breast cancer cells may employ mechanisms of anoikis resistance already inherent within a subset of normal HMECs. Thus, targeting the AMPK-PEA15 axis might prevent breast cancer dissemination and metastasis.

Regulatory interactions between the metabolic sensors SIRT1 and AMPK in modulating PPARα linked functions, in obesity-dependent type 2 diabetes mellitus

Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Ciências Funcionais), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Caractérisation de la voie de signalisation AMPK/ACC dans le foie et l’intestin du Psammomys obesus, un modèle animal de résistance à l’insuline et de diabète de type 2

L’expansion des maladies métaboliques dans les sociétés modernes exige plus d’activités de recherche afin d’augmenter notre compréhension des mécanismes et l’identification de nouvelles cibles d’interventions cliniques. L’obésité, la résistance à l’insuline (RI) et la dyslipidémie, en particulier sont tous des facteurs de risque associés à la pathogenèse du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires. Ainsi, la dyslipidémie postprandiale, notamment la surproduction des lipoprotéines hépatiques et intestinales, contribue d’une façon significative à l’hypertriglycéridémie. Quoique plusieurs études cliniques et fondamentales chez l’homme et les modèles animaux aient mis en évidence les rôles importants joués par le foie et l’intestin dans la dyslipidémie, les mécanismes moléculaires en cause ne sont pas bien élucidés. L’une des voies principales régulant le métabolisme lipidique est la voie de la protéine kinase AMPK. L’épuisement de l’ATP intracellulaire entraîne une activation de l’AMPK qui va œuvrer pour rétablir l’équilibre énergétique en stimulant des voies génératrices d’ATP et en inhibant des voies anaboliques consommatrices d’ATP. Les effets positifs de l’activation de l’AMPK comprennent l’augmentation de la sensibilité à l’insuline dans les tissus périphériques, la réduction de l’hyperglycémie et la réduction de la lipogenèse, d’où son importance dans les interventions cliniques pour la correction des dérangements métaboliques. Il est à souligner que le rôle de l’AMPK dans le foie et l’intestin semble plus complexe et mal compris. Ainsi, la voie de signalisation de l’AMPK n’est pas bien élucidée dans les situations pathologiques telles que le DT2, la RI et l’obésité. Dans le présent projet, notre objectif consiste à caractériser le rôle de cette voie de signalisation dans la lipogenèse hépatique et dans le métabolisme des lipides dans l’intestin chez le Psammomys obesus, un modèle animal d’obésité, de RI et de DT2. À cette fin, 3 groupes d’animaux sont étudiés (i.e. contrôle, RI et DT2). En caractérisant la voie de signalisation de l’AMPK/ACC dans le foie, nous avons constaté une augmentation de l’expression génique des enzymes clés de la lipogenèse (ACC, FAS, SCD-1 et mGPAT) et des facteurs de transcription (ChREBP, SREBP-1) qui modulent leur niveau d’expression. Nos analyses détaillées ont révélé, par la suite, une nette augmentation de l’expression de l’isoforme cytosolique de l’ACC, ACC1 (impliqué dans la lipogenèse de novo) concomitante avec une invariabilité de l’expression de l’isoforme mitochondrial ACC2 (impliqué dans la régulation négative de la β-oxydation). En dépit d’un état adaptatif caractérisé par une expression protéique et une phosphorylation (activation) élevées de l’AMPKα, l’activité de la kinase qui phosphoryle et inhibe l’ACC reste très élevée chez les animaux RI et DT2. Au niveau de l’intestin grêle des animaux RI et DT2, nous avons démontré que l’augmentation de la lipogenèse intestinale est principalement associée avec une diminution de la voie de signalisation de l’AMPK (i.e. expression protéique et phosphorylation/activation réduites des deux isoformes AMPKα1 et AMPKα2). La principale conséquence de la diminution de l’activité AMPK est la réduction de la phosphorylation de l’ACC. Étant donné que le niveau d’expression totale d’ACC reste inchangé, nos résultats suggèrent donc une augmentation de l’activité des deux isoformes ACC1 et ACC2. En parallèle, nous avons observé une réduction de l’expression protéique et génique de la CPT1 [enzyme clé de la β-oxydation des acides gras (AG)]. L’ensemble de ces résultats suggère une inhibition de l’oxydation des AG concomitante avec une stimulation de la lipogenèse de novo. Enfin, nous avons démontré que l’intestin grêle est un organe sensible à l’action de l’insuline et que le développement de la résistance à l’insuline pourrait altérer les deux voies de signalisation (i.e. Akt/GSK3 et p38MAPK) essentielles dans plusieurs processus métaboliques. En conclusion, nos résultats indiquent que l’augmentation de la lipogenèse qui contribue pour une grande partie à la dyslipidémie dans la résistance à l’insuline et le diabète serait due, en partie, à des défauts de signalisation par l’AMPK. Nos observations illustrent donc le rôle crucial du système AMPK au niveau hépatique et intestinal, ce qui valide l’approche thérapeutique consistant à activer l’AMPK pour traiter les maladies métaboliques.

Rôle et régulation de la protéine kinase AMPK au niveau intestinal

réalisé en cotutelle avec l'Université Claude Bernard Lyon 1

Impact d’un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions sur le développement des interneurones corticaux : rôle de l’adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)

L’encéphalopathie hypoxique-­‐ischémique cause des milliers de victimes à travers le monde chaque année. Les enfants survivants à un épisode hypoxique-­‐ischémique sont à risque de développer des problèmes neurologiques incapacitants comme une paralysie cérébrale, un retard mental, une épilepsie ou des troubles d’ordre comportemental. Les modèles animaux ont amélioré nos connaissances sur les mécanismes sous-­‐jacents aux dommages cérébraux, mais elles sont encore trop incomplètes pour être capables de prévenir les problèmes neurologiques. Ce projet vise à comprendre l’impact d’un épisode asphyxique périnatale associé à des convulsions ainsi que l’activation de l’adenosine monophosphate-­‐activated protein kinase (AMPK) sur les circuits GABAergiques inhibiteurs en développement chez la souris. Dans le but d’investiguer le sort des neurones inhibiteurs, appelés interneurones, suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions avec des animaux transgéniques, nous avons pris avantage d’un nouveau modèle d’hypoxie permettant d’induire des convulsions chez la souris. Deux populations d’interneurones représentant ensemble environ 60% de tous les interneurones corticaux ont été étudiées, soit les cellules exprimant la parvalbumine (PV) et les cellules exprimant la somatostatine (SOM). L’étude stéréologique n’a montré aucune mort neuronale de ces deux populations d’interneurones dans l’hippocampe chez les souris hypoxique d’âge adulte. Par contre, le cortex des souris hypoxiques présentait des zones complètement ou fortement dépourvues de cellules PV alors que les cellules SOM n’étaient pas affectées. L’utilisation d’une lignée de souris transgénique exprimant une protéine verte fluorescente (GFP) dans les cellules PV nous a permis de comprendre que les trous PV sont le reflet de deux choses : 1) une diminution des cellules PV et 2) une immaturité des cellules PV restantes. Puisque les cellules PV sont spécifiquement affectées dans la première partie de notre étude, nous avons voulu étudier les mécanismes moléculaires sous-­‐jacents à cette vulnérabilité. L’AMPK est un senseur d’énergie qui orchestre le rétablissement des i niveaux d’énergie cellulaire dans le cas d’une déplétion énergétique en modulant des voies de signalisation impliquant la synthèse de protéines et l’excitabilité membranaire. Il est possible que l’activation d’AMPK suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions soit néfaste à long-­‐terme pour le circuit GABAergique en développement et modifie l’établissement de l’innervation périsomatique d’une cellule PV sur les cellules pyramidales. Nous avons étudié cette hypothèse dans un modèle de culture organotypique en surexprimant la forme wild-­‐type (WT) de la sous-­‐unité α2 d’AMPK, ainsi qu’une forme mutée dominante négative (DN), dans des cellules PV individuelles. Nous avons montré que pendant la phase de formation synaptique (jours post-­‐natals équivalents EP 10-­‐18), la surexpression de la forme WT désorganise la stabilisation des synapses. De plus, l’abolition de l’activité d’AMPK semble augmenter le nombre de synapses périsomatiques faits par la cellule PV sur les cellules pyramidales pendant la phase de formation et semble avoir l’effet inverse pendant la phase de maturation (EP 16-­‐24). La neurotransmission GABAergique joue plusieurs rôles dans le cerveau, depuis la naissance jusqu’à l’âge adulte des interneurones, et une dysfonction des interneurones a été associée à plusieurs troubles neurologiques, comme la schizophrénie, l’autisme et l’épilepsie. La maturation des circuits GABAergiques se fait majoritairement pendant la période post-­‐natale et est hautement dépendante de l’activité neuronale et de l’expérience sensorielle. Nos résultats révèlent que le lourd fardeau en demande énergétique d’un épisode asphyxique périnatal peut causer une mort neuronale sélective des cellules PV et compromettre l’intégrité de leur maturation. Un des mécanismes sous-­‐ jacents possible à cette immaturité des cellules PV suite à l’épisode hypoxique est l’activation d’AMPK, en désorganisant leur profil d’innervation sur les cellules pyramidales. Nous pensons que ces changements dans le réseau GABAergique pourrait contribuer aux problèmes neurologiques associés à une insulte hypoxique.

Effet de la mutation du gène lrpprc sur l'activité de l'AMPK dans les fibroblastes des patients atteints du syndrome de Leigh, type canadien français

Le syndrome de Leigh, type canadien français (LSFC) est une maladie infantile orpheline causée par une mutation du gène lrpprc. Elle se caractérise par une déficience tissu spécifique de cytochrome c oxydase (COX), une dysfonction mitochondriale et la survenue de crises d’acidose lactique fatales dans plus de 80% de cas. Selon les familles des patients, ces crises apparaissent lors d’une demande excessive d’énergie. Malheureusement, les mécanismes sous-jacents à l’apparition des crises et notamment la physiopathologie du LSFC demeurent inconnus. Afin de mieux comprendre les mécanismes de régulation du métabolisme énergétique chez les patients LSFC, nous avons examiné la régulation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK), une enzyme clé de l'homéostasie énergétique, de même que certaines de ses voies cibles (SIRT1/PGC1α et Akt/mTOR) dans les fibroblastes de patients LSFC et de témoins en conditions basales et conditions de stress. En conditions basales, l’activité de l’AMPK était similaire dans les cellules LSFC et les témoins. Par contre, les cellules LSFC montraient une surexpression significative des voies Akt/mTOR et SIRT1/PGC1α comparativement aux cellules témoins. Nous avons aussi examiné ces voies de signalisation suite à une incubation de 4h avec 10 mM de lactate et 1 mM de palmitate (LP), nous permettant de mimer les conditions de « crise ». Nos résultats ont démontré que le LP augmentait les niveaux de phosphorylation de l’AMPK de 90% (p<0,01) dans les cellules témoins mais pas dans les cellules LSFC. Pourtant, l’AMPK est activée dans les cellules LSFC en réponse à une hypoxie chimique induite par le 2,4 dinitrophénol. Dans les cellules témoins, le LP augmentait aussi les niveaux d’expression de SIRT1 (57%, p<0,05), de LRPPRC (23%, p=0,045) et de COXIV (19%, p<0,05). Un prétraitement de 48h au ZMP, un activateur pharmacologique de l’AMPK, a eu un effet additif avec le LP et des augmentations de SIRT1 phosphorylée (120%, p<0,05), de SIRT1 total (75%, p<0,01), de LRPPRC (63%, p<0,001) et de COXIV (38%, p<0,001) ont été observées. Tous ces effets étaient aussi abolis dans les cellules LSFC. En conclusion, nos résultats ont démontré des altérations importantes de la régulation du métabolisme énergétique dans les fibroblastes de patients LSFC.

Relação entre diferentes períodos da exposição à obesidade induzida por dieta e lipotoxidade cardíaca: papel do eixo Leptina/OB0R/AMPK/ACC/Malonil CoA

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

AKT and AMPK Activation after High-Fat and High-Glucose In Vitro Treatment of Prostate Epithelial Cells

Considering the increasing consumption of saturated fat and glucose in diets worldwide and its possible association to carcinogenesis, this investigation analysed the proliferation profile of nonmalignant human prostate epithelial cells after exposure to elevated levels of fat and glucose. PNT1A cells were cultured with palmitate (100 or 200 mu M) and/or glucose (450mg/dl) for 24 or 48 h. Treated cells were evaluated for viability test and cell proliferation (MTS assay). AKT and AMPK phosphorylation status were analysed by Western blotting. After 24 h of high-fat alone or associated with high-glucose treatment, there was an increase in AMPK and AKT activation associated to unchanged MTS-cell proliferation. Following 48 h of high-fat but not high-glucose alone, cells decreased AMPK activation and maintained elevated AKT levels. These data were associated to increased cell proliferation after further high-fat treatment. After longer high-fat exposure, MTS revealed that cells remained proliferating. High-glucose alone or associated to high-fat treatment was not able to increase cell proliferation and AKT activation. A high-fat medium containing 100 mu M of palmitate stimulates proliferation in PNT1A cells by decreasing the activation of AMPK and increasing activation of AKT after longer exposure time. These findings improve the knowledge about the negative effect of high levels of this saturated fatty acid on proliferative disorders of prostate.

Treadmill Training Increases SIRT-1 and PGC-1 alpha Protein Levels and AMPK Phosphorylation in Quadriceps of Middle-Aged Rats in an Intensity-Dependent Manner

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Involvement of AMPK, IKβα-NFκB and eNOS in the sildenafil anti-inflammatory mechanism in a demyelination model

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)