miR-143 Interferes with ERK5 Signaling, and Abrogates Prostate Cancer Progression in Mice

Abstract Background: Micro RNAs are small, non-coding, single-stranded RNAs that negatively regulate gene expression at the post-transcriptional level. Since miR-143 was found to be down-regulated in prostate cancer cells, we wanted to analyze its expression in human prostate cancer, and test the ability of miR-43 to arrest prostate cancer cell growth in vitro and in vivo. Results: Expression of miR-143 was analyzed in human prostate cancers by quantitative PCR, and by in situ hybridization. miR-143 was introduced in cancer cells in vivo by electroporation. Bioinformatics analysis and luciferase-based assays were used to determine miR-143 targets. We show in this study that miR-143 levels are inversely correlated with advanced stages of prostate cancer. Rescue of miR-143 expression in cancer cells results in the arrest of cell proliferation and the abrogation of tumor growth in mice. Furthermore, we show that the effects of miR-143 are mediated, at least in part by the inhibition of extracellular signal-regulated kinase-5 (ERK5) activity. We show here that ERK5 is a miR-143 target in prostate cancer. Conclusions: miR-143 is as a new target for prostate cancer treatment.

The role of ERK5 in endothelial cell function

Extracellular-signal-regulated kinase 5 (ERK5), also termed big MAPK1 (BMK1), is the most recently discovered member of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) family. It is expressed in a variety of tissues and is activated by a range of growth factors, cytokines and cellular stresses. Targeted deletion of Erk5 in mice has revealed that the ERK5 signalling cascade is critical for normal cardiovascular development and vascular integrity. In vitro studies have revealed that, in endothelial cells, ERK5 is required for preventing apoptosis, mediating shear-stress signalling and regulating tumour angiogenesis. The present review focuses on our current understanding of the role of ERK5 in regulating endothelial cell function.

ERK5:structure, regulation and function

Extracellular signal-regulated kinase 5 (ERK5), also termed big mitogen-activated protein kinase-1 (BMK1), is the most recently identified member of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) family and consists of an amino-terminal kinase domain, with a relatively large carboxy-terminal of unique structure and function that makes it distinct from other MAPK members. It is ubiquitously expressed in numerous tissues and is activated by a variety of extracellular stimuli, such as cellular stresses and growth factors, to regulate processes such as cell proliferation and differentiation. Targeted deletion of Erk5 in mice has revealed that the ERK5 signalling cascade plays a critical role in cardiovascular development and vascular integrity. Recent data points to a potential role in pathological conditions such as cancer and tumour angiogenesis. This review focuses on the physiological and pathological role of ERK5, the regulation of this kinase and the recent development of small molecule inhibitors of the ERK5 signalling cascade. © 2012 Elsevier Inc.

ERK5 is required for VEGF-mediated survival and tubular morphogenesis of primary human microvascular endothelial cells

Extracellular signal-regulated kinase 5 (ERK5) is activated in response to environmental stress and growth factors. Gene ablation of Erk5 in mice is embryonically lethal as a result of disruption of cardiovascular development and vascular integrity. We investigated vascular endothelial growth factor (VEGF)-mediated ERK5 activation in primary human dermal microvascular endothelial cells (HDMECs) undergoing proliferation on a gelatin matrix, and tubular morphogenesis within a collagen gel matrix. VEGF induced sustained ERK5 activation on both matrices. However, manipulation of ERK5 activity by siRNA-mediated gene silencing disrupted tubular morphogenesis without impacting proliferation. Overexpression of constitutively active MEK5 and ERK5 stimulated tubular morphogenesis in the absence of VEGF. Analysis of intracellular signalling revealed that ERK5 regulated AKT phosphorylation. On a collagen gel, ERK5 regulated VEGF-mediated phosphorylation of the pro-apoptotic protein BAD and increased expression of the anti-apoptotic protein BCL2, resulting in decreased caspase-3 activity and apoptosis suppression. Our findings suggest that ERK5 is required for AKT phosphorylation and cell survival and is crucial for endothelial cell differentiation in response to VEGF.

Aldosterone and angiotensin II synergistically stimulate migration in vascular smooth muscle cells through c-Src-regulated redox-sensitive RhoA pathways

Objective - Synergistic interactions between aldosterone (Aldo) and angiotensin II (Ang II) have been implicated in vascular inflammation, fibrosis, and remodeling. Molecular mechanisms underlying this are unclear. We tested the hypothesis that c-Src activation, through receptor tyrosine kinase transactivation, is critically involved in synergistic interactions between Aldo and Ang II and that it is upstream of promigratory signaling pathways in vascular smooth muscle cells (VSMCs). Methods and Results - VSMCs from WKY rats were studied. At low concentrations (10(-10) mol/L) Aldo and Ang II alone did not influence c-Src activation, whereas in combination they rapidly increased phosphorylation (P<0.01), an effect blocked by eplerenone ( Aldo receptor antagonist) and irbesartan (AT1R blocker). This synergism was attenuated by AG1478 and AG1296 ( inhibitors of EGFR and PDGFR, respectively), but not by AG1024 (IGFR inhibitor). Aldo and Ang II costimulation induced c-Src-dependent activation of NAD(P)H oxidase and c-Src-independent activation of ERK1/2 (P<0.05), without effect on ERK5, p38MAPK, or JNK. Aldo/Ang II synergistically activated RhoA/Rho kinase and VSMC migration, effects blocked by PP2, apocynin, and fasudil, inhibitors of c-Src, NADPH oxidase, and Rho kinase, respectively. Conclusions - Aldo/Ang II synergistically activate c-Src, an immediate signaling response, through EGFR and PDGFR, but not IGFR transactivation. This is associated with activation of redox-regulated RhoA/Rho kinase, which controls VSMC migration. Although Aldo and Ang II interact to stimulate ERK1/2, such effects are c-Src-independent. These findings indicate differential signaling in Aldo-Ang II crosstalk and highlight the importance of c-Src in redox-sensitive RhoA, but not ERK1/2 signaling. Blockade of Aldo/Ang II may be therapeutically useful in vascular remodeling associated with abnormal VSMC migration.

Role of Mitogen-Activated Protein Kinases in Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury during Heart Transplantation.

In solid organ transplantation, ischemia/reperfusion (IR) injury during organ procurement, storage and reperfusion is an unavoidable detrimental event for the graft, as it amplifies graft inflammation and rejection. Intracellular mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathways regulate inflammation and cell survival during IR injury. The four best-characterized MAPK subfamilies are the c-Jun NH2-terminal kinase (JNK), extracellular signal- regulated kinase-1/2 (ERK1/2), p38 MAPK, and big MAPK-1 (BMK1/ERK5). Here, we review the role of MAPK activation during myocardial IR injury as it occurs during heart transplantation. Most of our current knowledge regarding MAPK activation and cardioprotection comes from studies of preconditioning and postconditioning in nontransplanted hearts. JNK and p38 MAPK activation contributes to myocardial IR injury after prolonged hypothermic storage. p38 MAPK inhibition improves cardiac function after cold storage, rewarming and reperfusion. Small-molecule p38 MAPK inhibitors have been tested clinically in patients with chronic inflammatory diseases, but not in transplanted patients, so far. Organ transplantation offers the opportunity of starting a preconditioning treatment before organ procurement or during cold storage, thus modulating early events in IR injury. Future studies will need to evaluate combined strategies including p38 MAPK and/or JNK inhibition, ERK1/2 activation, pre- or postconditioning protocols, new storage solutions, and gentle reperfusion.

Caractérisation de la MAP kinase atypique Erk4 : activation et fonction physiologique

Les MAP kinases sont des enzymes essentielles impliquées dans 7 voies de signalisation distinctes qui permettent à la cellule de répondre de manière adéquate aux stimuli extra-cellulaires. Chez les mammifères, les MAP kinases les mieux caractérisées sont Erk1/2, Jnk, p38 et Erk5. Ces enzymes jouent un rôle important dans l’embryogenèse, la prolifération et la différenciation cellulaire ainsi que dans la réponse au stress. Erk4 est un membre atypique de la famille MAP kinase. D’une part, la boucle d’activation de Erk4 possède un motif SEG au lieu du motif TXY, très conservé chez les MAP kinases. D’autre part, Erk4 possède une extension en C-terminal du domaine kinase qui n’est pas présente chez les MAP kinases classiques. Jusqu’à présent aucune fonction n’a été attribuée à Erk4. De plus, la voie de signalisation ainsi que le mode de régulation conduisant à l’activation de Erk4 ne sont pas connus. Le seul substrat de Erk4 identifié jusqu’à maintenant est la MAPKAP kinase MK5. L’impact fonctionnel de cette interaction n’est également pas connu. Afin d’en apprendre davantage sur la MAP kinase atypique Erk4, nous avons étudié le mécanisme d’activation de cette kinase ainsi que sa fonction physiologique par une approche de délétion génique chez la souris. En ce qui concerne l’activation de Erk4, nous avons montré que la boucle d’activation de Erk4 (S186EG) est constitutivement phosphorylée in vivo et que cette phosphorylation n’est pas modulée par les stimuli classiques des MAP kinases dont le sérum et le sorbitol. Cependant, nous avons observé que la phosphorylation de la S186 augmente en présence de MK5 et que cette augmentation est indépendante de l’activité kinase de l’une ou l’autre de ces kinases. De plus, nous avons établi que la phosphorylation de la boucle d’activation de Erk4 est requise pour l’interaction stable entre Erk4 et MK5 ainsi que pour l’activation, et la relocalisation cytoplasmique de MK5. Ainsi, notre étude a permis de révéler que Erk4 est régulée de manière différente des MAP kinases classiques et que la phosphorylation de la boucle d’activation de Erk4 joue un rôle essentiel dans la régulation de l’activité de MK5. Parallèlement, nos résultats mettent en évidence l’existence d’une “Erk4 kinase”, dont le recrutement et/ou l’activation semble être facilité par MK5. Afin identifier la fonction physiologique de Erk4, nous avons généré des souris Erk4-déficientes. L’inactivation génique de Erk4 est viable et les souris ne présentent aucune anomalie apparente. Dans le but d’expliquer l’absence de phénotype, nous avons regardé si l’expression de Erk3, le paralogue de Erk4, pouvait compenser la perte de Erk4. Notre analyse a révélé que l’expression de Erk3 dans les souris Erk4-/- n’augmente pas au cours du développement embryonnaire ou dans les tissus adultes afin de compenser pour la perte de Erk4. Par la suite, nous avons adressé la question de redondance entre Erk4 et Erk3. Dans notre laboratoire, les souris Erk3-déficientes ont également été générées et le phénotype de ces souris a récemment été analysé. Cette étude a révélé que l’inactivation génique de Erk3 entraîne un retard de croissance intra-utérin, un défaut de maturation pulmonaire et la mort néo-natale des souriceaux. Nous avons donc regardé la contribution de Erk4 dans ces phénotypes. L’analyse des souris Erk4-/- a révélé que l’inactivation de Erk4 n’entraîne pas de retard de croissance ou de maturation du poumon. De plus, nous avons montré que l’inactivation additionnelle de Erk4 dans les souris Erk3-/- n’accentue pas le phénotype des souris Erk3-déficientes. Ainsi, notre étude a révélé que contrairement à Erk3, Erk4 n’est pas essentielle au développement murin dans des conditions physiologiques. Parallèlement, nous avons montré que Erk4 et Erk3 possèdent des fonctions non-redondantes in vivo.

Pro-fibrotic role of ERK3-MK5 during pressure-overload induced cardiac hypertrophy

Il y a 4 isoforme de p38 : α, β, δ, and γ. MK5, à l'origine identifié comme étant un régulateur de PRAK (Regulated/Activated Protein Kinase), est maintenant connu pour être activée par la protéine kinase p38 (qui est un mitogène activé par la protéine kinase, MAPK). Cette dernière est impliquée dans les mécanismes de fibrose et d'apoptose pendant l'hypertrophie cardiaque. De plus, MK5 est également activée par les MAPKs atypiques; ERK3 et ERK4. Bien qu’elles soient fortement exprimées dans le coeur, le rôle physiologique de MK5 et ERK3 demeure inconnu. Par conséquent, nous avons étudié l'effet de la constriction aortique transversale (TAC) – induisant un surcharge chronique de pression chez les souris hétèrozygotes knockout pour MK5 (MK5+/-) ou ERK3 (ERK3+/-) et pour leurs types sauvages (MK5+/+ et ERK3+/+). Deux sem post-TAC; le ratio de poids du coeur/poids corporel a été augmenté chez les 2 souris MK5+/- et MK5+/+. L'échocardiographie de la trans-thoracique démontre que la surcharge de pression a altéré la fonction diastolique du ventricule gauche chez MK5+/+, mais pas chez la souris MK5+/-. De plus, nous avons observé moins de dépôt de collagène, évalué par une coloration au trichrome de Masson, 2 et 3 sem post-TAC chez les souris MK5+/-. Parallèlement, le niveau de l’ARNm de collagène type1 alpha-1 a été significativement diminué dans les coeurs des souris MK5+/-, 2 et 3 sem post-TAC. De même, ERK3, mais pas ERK5 ni p38α, co-IP avec MK5 dans les 2 modèles des coeurs TAC; aigus ou chroniques. En revanche, l’ajout exogénique de GST-MK5 a abaissé ERK4 et p38α, mais pas ERK3 dans les lysâtes de coeur de souris. Par contre, GST-ERK3 et GST-p38α ne démontrent aucune co-IP avec MK5. Ces données suggèrent que dans le coeur seul ERK3, et non ERK4 ou p38α, est capable d’interagir avec, et réguler MK5. A niveau physiologique MK5 interagit entièrement avec ERK3 et par conséquent MK5 n’est pas disponible pour lier les protéines exogéniques. Les souris hétérozygotes pour ERK3 (ERK3+/-) ont également démontré une réduction ou une absence de collagène et une faible expression d’ARNm du collagène type1 alpha1, 3 sem post-TAC. Ces résultats démontrent un important rôle pro-fibrotique de la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression.Nous avons également démontré 5 variant d'épissage de (MK5.1-5), y compris la forme originale (MK5.1). MK5.2 et MK5.5 subissent une délétion de 6 paires de base dans l’exon 12 : MK5.3 manque l'exon 12 : MK5.4 et MK5.5 manquent les exons 2-6. L'expression des ARNm des différents variant d'épissage a été vérifiée par PCR en temps réel (qPCR). Bien que l’expression est ubiquitaire, l'abondance relative de chaque variant était tissu-spécifique (coeur, rein, pancréas, muscle squelettique, poumon, foie, et cerveau). En plus, l'abondance relative des variant d’épissage varie pendant la surcharge de pression et le développement postnatal du coeur. En outre, l'immunofluorescence a indiqué que MK5.1-5.3 se localise au noyau alors que MK5.4-5.5 est situé au niveau cytoplasmic dans les cellules HEK 293 non stimulées. Suite à une stimulation avec l'anisomycin, un activateur de p38 MAPK, MK5.1-5.3 se translocalise du noyau au cytoplasme alors qu’une petite fraction de MK5.4-5.5 translocalise vers le noyau. Ces variant d'épissage peuvent diversifier la signalisation de MK5-ERK3 dans coeur, mais leur rôle exact oblige des recherches supplémentaires. Excepté l’isoforme δ, toutes les isoformes de p38 sont exprimées dans le coeur et la forme α est considérée comme étant l'isoforme dominante. L’analyse par qPCR et immunobuvardage de type western ont démontré que p38α et p38γ sont les deux isoformes prédominantes alors que p38β et p38δ sont exprimées aux mêmes niveaux dans le coeur de rat adulte. L'immunofluorescence a démontré que p38α et p38γ se trouvent dans le cytoplasme et le noyau. Cependant, suite à la surcharge par TAC, p38γ s'est accumulé dans noyau tandis que la distribution de p38α est demeurée inchangée. Ainsi, l'abondance de p38γ et sa translocalisation nucléaire suite à la surcharge de pression indique un rôle potentiel dans l'expression génique pendant le remodelage cardiaque. En conclusion, nous avons mis en évidence pour la première fois un rôle pro-fibrotique pour la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression. D'ailleurs, les niveaux comparables d'expression de p38γ avec p38α, et la localisation différentielle de p38γ pendant la surcharge aiguë ou chronique de pression suggèrent différents rôles possibles pour ces isoformes pendant le remodelage hypertrophique cardiaque.

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

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

Temporal regulation of expression of immediate early and second phase transcripts by endothelin-1 in cardiomyocytes

Background: Endothelin-1 stimulates Gq protein-coupled receptors to promote proliferation in dividing cells or hypertrophy in terminally differentiated cardiomyocytes. In cardiomyocytes, endothelin-1 rapidly (within minutes) stimulates protein kinase signaling, including extracellular-signal regulated kinases 1/2 (ERK1/2; though not ERK5), with phenotypic/physiological changes developing from approximately 12 h. Hypertrophy is associated with changes in mRNA/protein expression, presumably consequent to protein kinase signaling, but the connections between early, transient signaling events and developed hypertrophy are unknown. Results: Using microarrays, we defined the early transcriptional responses of neonatal rat cardiomyocytes to endothelin-1 over 4 h, differentiating between immediate early gene (IEG) and second phase RNAs with cycloheximide. IEGs exhibited differential temporal and transient regulation, with expression of second phase RNAs within 1 h. Of transcripts upregulated at 30 minutes encoding established proteins, 28 were inhibited >50% by U0126 (which inhibits ERK1/2/5 signaling), with 9 inhibited 25-50%. Expression of only four transcripts was not inhibited. At 1 h, most RNAs (approximately 67%) were equally changed in total and polysomal RNA with approximately 17% of transcripts increased to a greater extent in polysomes. Thus, changes in expression of most protein-coding RNAs should be reflected in protein synthesis. However, approximately 16% of transcripts were essentially excluded from the polysomes, including some protein-coding mRNAs, presumably inefficiently translated. Conclusion: The phasic, temporal regulation of early transcriptional responses induced by endothelin-1 in cardiomyocytes indicates that, even in terminally differentiated cells, signals are propagated beyond the primary signaling pathways through transcriptional networks leading to phenotypic changes (that is, hypertrophy). Furthermore, ERK1/2 signaling plays a major role in this response.

MAPKs and signal transduction in the control of gastrointestinal epithelial cell proliferation and differentiation

Mitogen-activated protein kinase (MAPK) pathways are activated by several stimuli and transduce the signal inside cells, generating diverse responses including cell proliferation, differentiation, migration and apoptosis. Each MAPK cascade comprises a series of molecules, and regulation takes place at different levels. They communicate with each other and with additional pathways, creating a signaling network that is important for cell fate determination. In this review, we focus on ERK, JNK, p38 and ERK5, the major MAPKs, and their interactions with PI3K-Akt, TGFβ/Smad and Wnt/β-catenin pathways. More importantly, we describe how MAPKs regulate cell proliferation and differentiation in the rapidly renewing epithelia that lines the gastrointestinal tract and, finally, we highlight the recent findings on nutritional aspects that affect MAPK transduction cascades.

Identifizierung und Charakterisierung von Intermediärfilament-Organisatoren in Caenorhabditis elegans

Intermediärfilamente (IFs) sind neben Mikrotubuli und Aktinfilamenten die dritte filamentäre Komponente des Zytoskeletts. Sie wirken als mechanische Stabilisatoren, sind außerdem an Zelldifferenzierung, Proliferation und Apoptose beteiligt und tragen zu Zellpolarität bei. IFs sind dynamische Strukturen, die zelltypspezifisch in unterschiedlichen Anordnungen und Abundanzen vorkommen und von Signalkaskaden beeinflusst werden. Die zugrundeliegenden molekularen Mechanismen dieser fein abgestimmten Prozesse sind weitgehend unbekannt. In dieser Arbeit sollte deswegen ein Tiermodell entwickelt werden, um Regulatoren der IF-(Netzwerk)-Organisation in vivo zu untersuchen und zu identifizieren. Dazu wurde C. elegans ausgewählt, da es sich hierbei um einen genetisch gut charakterisierten und leicht manipulierbaren Organismus handelt, in dessen Genom elf Gene für zytoplasmatische IFs kodieren. Zunächst wurden stabil transgene C. elegans-Linien generiert, die fluoreszierende IFs exprimieren. Es konnte gezeigt werden, dass das darmspezifische IFB-2::CFP im Bereich des apikalen Junktionskomplex verankert ist und nahezu vollständig im subapikalen Terminalgeflecht der Enterozyten lokalisiert, das als Teil der endotube besonders stabil und widerstandsfähig ist. Wenn diese Tiere mit dsRNA gegen das ebenfalls im Terminalgeflecht exprimierte IF ifc-2 behandelt wurden, entwickelten sich blasenförmige Ausstülpungen des Darmlumens, die auf eine Schwächung der rigiden und formgebenden endotube hinwiesen und damit einen direkten in vivo-Beweis für die stressprotektive Funktion des intestinalen IF-Netzwerks lieferten. Die leichte Detektierbarkeit des IFB-2::CFP-Musters wurde in einem optischen Screen ausgenutzt, bei dem nach chemischer Mutagenese nach Veränderungen im IF-Muster gefahndet wurde. Hierbei wurden drei Mutanten isoliert. In Komplementationsanalysen stellte sich heraus, dass es sich in zwei Fällen um Allele desselben Gens handelt. Die Identifizierung der betroffenen Gene gelang durch eine PCR-basierte Kartierung von single nucleotide polymorphisms nach Verpaarung mit dem Hawaii-Stamm (snp-mapping) und anschließender RNAi-Analyse der Einzelgene in den identifizierten Chromosomenabschnitten. Im einen Fall handelte es sich um das sma-5-Gen, einer Serin/Threonin-Kinase mit Homologie zu den MAP-Kinasen MAPK7/ERK5 der Säuger. Hier wurden, ebenso wie beim ifc-2 (RNAi)-Phänotyp, progressive blasenförmige Ausstülpungen des Darmlumens beobachtet. Die beiden anderen Allele tragen Mutationen in einem bisher nicht näher charakterisierten Gen. In diesen Würmern kommt es zu einem vollständigen Auflösung des IFB-2::CFP-Netzwerks mit prominenten Akkumulationen um die apikalen Junktionen. Das Darmlumen ist stellenweise geweitet und das elektronendichte Terminalgeflecht fehlt fast vollständig, die Integrität des Darmepithels ist jedoch nicht kompromittiert. Die anderen IFs des Terminalgeflechts sind ebenfalls fehlverteilt, und die intestinale Expression von Aktin ist stark reduziert. Expressionskonstrukte des Gens zeigten weiterhin, dass es darmspezifisch synthetisiert wird und mit den IFs im Terminalgeflecht kolokalisiert. Das Protein ist, ähnlich wie das IF-assoziierte Filaggrin der Säuger ausgesprochen histidinreich. Es enthält außerdem eine Prolin-reiche Domäne, die Teil einer potentiellen Aktin-Bindedomäne ist. Auf Grund all dieser Eigenschaften wird die Bezeichnung IFO-1 (intermediate filament organizer) für das neue Protein vorgeschlagen, das möglicherweise als struktureller Zytoskelett-Linker wirkt. Die vorgestellten Ergebnisse untermauern die Bedeutung von C. elegans für die Identifizierung von Faktoren, die IF-Netzwerke regulieren, und die Möglichkeit, Defekte im lebenden Gesamtorganismus zu bestimmen.

Role of MEKK2-MEK5 in the regulation of TNF-α gene expression and MEKK2-MKK7 in the activation of c-Jun N-terminal kinase in mast cells

Cross-linking of the high-affinity IgE receptor (FcɛRI) on mast cells with IgE and multivalent antigen triggers mitogen-activated protein (MAP) kinase activation and cytokine gene expression. We report here that MAP kinase kinase 4 (MKK4) gene disruption does not affect either MAP kinase activation or cytokine gene expression in response to cross-linking of FcɛRI in embryonic stem cell-derived mast cells. MKK7 is activated in response to cross-linking of FcɛRI, and this activation is inhibited by MAP/ERK kinase (MEK) kinase 2 (MEKK2) gene disruption. In addition, expression of kinase-inactive MKK7 in the murine mast cell line MC/9 inhibits c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) activation in response to cross-linking of FcɛRI, whereas expression of kinase-inactive MKK4 does not affect JNK activation by this stimulus. However, FcɛRI-induced activation of the tumor necrosis factor-α (TNF-α) gene promoter is not affected by expression of kinase-inactive MKK7. We describe an alternative pathway by which MEKK2 activates MEK5 and big MAP kinase1/extracellular signal-regulated kinase 5 in addition to MKK7 and JNK, and interruption of this pathway inhibits TNF-α promoter activation. These findings suggest that JNK activation by antigen cross-linking is dependent on the MEKK2-MKK7 pathway, and cytokine production in mast cells is regulated in part by the signaling complex MEKK2-MEK5-ERK5.

Orexin-stimulated MAP kinase cascades are activated through multiple G-protein signalling pathways in human H295R adrenocortical cells: diverse roles for orexins A and B

Orexins A and B (ORA and ORB) are neuropeptide hormones found throughout the central nervous system and periphery. They are required for a host of physiological processes including mitogen-activated protein kinase (MAPK) regulation, steroidogenesis, appetite control and energy regulation. While some signalling mechanisms have been proposed for individual recombinant orexin receptors in generic mammalian cell types, it is clear that the peripheral effects of orexin are spatially and temporally complex. This study dissects the different G-protein signalling and MAPK pathways activated in a pluripotent human adrenal H295R cell line capable of all the physiological steps involved in steroidogenesis. Both extracellular receptor kinase 1/2 (ERK1/2) and p38 were phosphorylated rapidly with a subsequent decline, in a time- and dose-dependent manner, in response to both ORA and ORB. Conversely, there was little or no direct activation of the ERK5 or JNK pathway. Analysis using signalling and MAPK inhibitors as well as receptor-specific antagonists determined the precise mediators of the orexin response in these cells. Both ERK1/2 and p38 activation were predominantly Gq- and to a lesser extent Gs-mediated; p38 activation even had a small Gi-component. Effects were broadly comparable for both orexin sub-types ORA and ORB and although most of the effects were transmitted through the orexin receptor-1 subtype, we did observe a role for orexin receptor-2-mediated activation of both ERK1/2 and p38. Cortisol secretion also differed in response to ORA and ORB. These data suggest multiple roles for orexin-mediated MAPK activation in an adrenal cell-line, this complexity may help to explain the diverse biological actions of orexins with wide-ranging consequences for our understanding of the mechanisms initiated by these steroidogenic molecules.

Studies on the synthesis of novel PP2A inhibitors and a GPCR detergent

Chapter 1 While targeting kinases in oncology research has been explored extensively, targeting protein phosphatases is currently in its infancy. However, a number of pharmaceutical companies are currently looking to expand their research efforts in this area. PP2A has been shown to down-regulate ERK5, a mitogen-activated protein kinase (MAPK) that has been shown to be important in driving the invasive phenotype of prostate cancer. Fostriecin and its related structural analogues PD 113,270 and 113,271 have been shown to inhibit a mitotic entry checkpoint in cell growth through the potent and selective inhibition of protein phosphatases PP1, PP2A, and PP4 (IC50 of 45 μM, 1.5 nM, and 3 nM respectively). Fostriecin is one of the most selective protein phosphatase inhibitors disclosed to date with a 104 fold selectivity for PP2A/PP4 versus PP1. Unfortunately, fostriecin and its analogues are very unstable, and this instability has effectively prevented them from being used as effective therapeutic leads. The microcystins and nodularins on the other hand, exhibit significant inhibitory activity against PP1 and PP2A (IC50 = 26 pM and 1.8 nM respectively), but their high toxicity has prevented any therapeutic application. Truncation of the ADDA chain from these polypeptides completely attenuates PP inhibitory activity. Simpler analogues incorporating the N-acylated ADDA chain and D-Ala retain moderate activity against PP1 and PP2A (IC50 = 1.0 μM and 0.17 μM respectively). The generation of a new series of fostriecin analogues to further expand its structure-activity relationship is envisaged with a view to creating new more stable PP2A inhibitors. It was hoped that by incorporating some of the more stable structural features of ADDA into fostriecin that stability and activity could be reconciled. With that in mind a series of PP2A inhibitors were synthesised and biologically evaluated. Chapter 2 GPCRs are an important area of research and are the targets of a quarter of the drugs on the market (2005). As a result, GPCRs continue to be at the forefront of research in both small and large drug companies. However one of the difficulties in studying this diverse class of membrane proteins is their tendency to denature in aqueous solution. As a result there is a pressing need to develop new detergents to solubilise, stabilise and crystallise GPCRs in their native form for further study. Cholesterol analogues have been shown to be important for stabilising membrane proteins and preventing their thermal inactivation. In addition the β2-adrenergic receptor, a GPCR membrane protein, has been crystallised in the active state with two cholesterol molecules bound between the I, II, III and IV helices of the protein. This appears to represent a distinct cholesterol binding pocket on the membrane protein that is speculated to be conserved across up to 44% of the rhodopsin class of GPCRs. CHOBIMALT is a cholesterol-based detergent that has been shown to exhibit promising GPCR-stabilising properties. When benchmarked against other cholesterol based detergents it was found to be superior to all others tested except for cholesteryl hemisuccinate.1 CHOBIMALT has an aggregation number of roughly 200 and forms 210 ± 30 kDa micelles, which are significantly larger than those of most detergents used for biological systems which is likely due to the packing constraints associated with CHOBMALT’s large polar headgroup.2 As a result, CHOBIMALT is used mostly as an additive to other commercially available detergents in order to decrease micelle size. A branched dimaltoside motif is common in recently synthesised detergents by Chae and co-workers. These detergents have shown promising detergent properties, for example the maltose neopentyl glycol (MNG) detergent synthesised by Chae. This branched dimaltoside detergent was shown to be able to solubilise and stabilise the very labile light harvesting complex I (LHI) from Rhodopsin capsulatus in its active form for 20 days with little loss of protein conformation.3 A cholesterol-based detergent was envisaged that combines the cholesterol framework of CHOBIMALT but replaces its linear tetrasaccharide with a branched dimaltoside. This detergent would then be investigated to assess its ability to solubilise, stabilise and crystallise GPCR proteins. This cholesterol-based detergent (shown below) was eventually synthesised in 9 linear steps from cholesterol.