Early growth response protein 1 (Egr-1) expression by Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) involves MAPKs and PKB pathways

Un remodelage vasculaire anormal est à la base de la pathogenèse des maladies cardio-vasculaires (MCV) telles que l’athérosclérose et l’hypertension. Des dysfonctionnements au niveau de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires qui jouent un rôle primordial dans le remodelage vasculaire. L’insulin-like growth factor 1 (IGF-1), puissant facteur mitogène, contribue au développement des MCV, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, composantes clés impliquées dans les voies de croissance cellulaire. Ces molécules sont également impliquées dans la modulation de l’expression de nombreux facteurs de transcription, incluant le facteur Egr-1. Egr-1 est régulé à la hausse dans différents types de maladies vasculaires impliquant les voies de signalisation de croissance et de stress oxydant qui par ailleurs peuvent être déclenchées par l’IGF-1. Cependant, la question d’une possible modulation de l’expression d’Egr-1 dans les CMLV demeure inabordée; plus spécifiquement, la caractérisation de la voie de signalisation reliant l’action d’IGF-1 à l’expression d’Egr-1 reste à établir. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’implication de MAPK, PKB et des dérivés réactifs de l’oxygène (DRO) dans l’expression d’Egr-1 induite par l’IGF-1 dans les CMLV. L’IGF-1 a induit une augmentation marquée du niveau protéique de l’Egr-1 en fonction du temps et de la concentration utilisés. Cette augmentation a été inhibée en fonction des doses d’agents pharmacologiques qui ciblent les voies de signalisation de MAPK, PKB et DRO. De plus, l’expression du facteur de transcription, Egr-1, en réponse de l’IGF-1, a été atténuée suite à un blocage pharmacologique des processus cellulaires responsables de la synthèse d’ARN et de synthèse protéique. Pour conclure, on a démontré que l’IGF-1 stimule l’expression d’Egr-1 via les voies de signalisation, impliquant ERK1/2/JNK, PI3K/PKB. On a également proposé que les DRO jouent un rôle important dans ce processus. Dans l’ensemble, nous avons suggéré un nouveau mécanisme par lequel l’IGF-1 promeut la prolifération et l’hypertrophie cellulaire, processus à la base des anomalies vasculaires.

Novelty, but Not Operant Aversive Learning, Enhances Fos and Egr-1 Expression in the Medial Prefrontal Cortex and Hippocampal Areas of Rats

Immediate early genes (IEG) are presumed to be activated in response to stress, novelty, and learning. Evidence supports the involvement of prefrontal and hippocampal areas in stress and learning, but also in the detection of novel events. This study examined whether a previous experience with shocks changes the pattern of Fos and Egr-1 expression in the medial prefrontal cortex (mPFC), the hippocampal cornus ammonis 1 (CA1), and dentate gyrus (DG) of adult male Wistar rats that learned to escape in an operant aversive test. Subjects previously exposed to inescapable footshocks that learned to escape from Shocks were assigned to the treated group (EXP). Subjects from Group Novelty (NOV) rested undisturbed during treatment and also learned to escape in the test. The nonshock group (NSH) rested undisturbed in both sessions. Standard immunohistochemistry procedures were used to detect the proteins in brain sections. The results show that a previous experience with shocks changed the pattern of IEG expression, then demonstrating c-fos and egr-1 induction as experience-dependent events. Compared with NSH and EXP an enhanced Fos expression was detected in the mPFC and CA1 subfield of Group NOV, which also exhibited increased Egr-1 expression in the mPFC and DG in comparison to NSH. No differences were found in the DG for Fos, or in the CA1 for Egr-1. Novelty, and not the operant aversive escape learning, seems to have generated IEG induction. The results suggest novel stimuli as a possible confounding factor in studies on Fos and/or Egr-1 expression in aversive conditions.

Transcription factor EGR-1 suppresses the growth and transformation of human HT-1080 fibrosarcoma cells by induction of transforming growth factor beta 1.

The early growth response 1 (EGR-1) gene product is a transcription factor with role in differentiation and growth. We have previously shown that expression of exogenous EGR-1 in various human tumor cells unexpectedly and markedly reduces growth and tumorigenicity and, conversely, that suppression of endogenous Egr-1 expression by antisense RNA eliminates protein expression, enhances growth, and promotes phenotypic transformation. However, the mechanism of these effects remained unknown. The promoter of human transforming growth factor beta 1 (TGF-beta 1) contains two GC-rich EGR-1 binding sites. We show that expression of EGR-1 in human HT-1080 fibrosarcoma cells uses increased secretion of biologically active TGF-beta 1 in direct proportion (rPearson = 0.96) to the amount of EGR-1 expressed and addition of recombinant human TGF-beta 1 is strongly growth-suppressive for these cells. Addition of monoclonal anti-TGF-beta 1 antibodies to EGR-1-expressing HT-1080 cells completely reverses the growth inhibitory effects of EGR-1. Reporter constructs bearing the EGR-1 binding segment of the TGF-beta 1 promoter was activated 4- to 6-fold relative to a control reporter in either HT-1080 cells that stably expressed or parental cells cotransfected with an EGR-1 expression vector. Expression of delta EGR-1, a mutant that cannot interact with the corepressors, nerve growth factor-activated factor binding proteins NAB1 and NAB2, due to deletion of the repressor domain, exhibited enhanced transactivation of 2- to 3.5-fold over that of wild-type EGR-1 showing that the reporter construct reflected the appropriate in vivo regulatory context. The EGR-1-stimulated transactivation was inhibited by expression of the Wilms tumor suppressor, a known specific DNA-binding competitor. These results indicate that EGR-1 suppresses growth of human HT-1080 fibrosarcoma cells by induction of TGF-beta 1.

Urea-inducible Egr-1 transcription in renal inner medullary collecting duct (mIMCD3) cells is mediated by extracellular signal-regulated kinase activation.

Urea (200-400 milliosmolar) activates transcription, translation of, and trans-activation by the immediate-early gene transcription factor Egr-1 in a renal epithelial cell-specific fashion. The effect at the transcriptional level has been attributed to multiple serum response elements and their adjacent Ets motifs located within the Egr-1 promoter. Elk-1, a principal ternary complex factor and Ets domain-containing protein, is a substrate of the extracellular signal-regulated kinase (ERK) mitogen-activated protein kinases. In the renal medullary mIMCD3 cell line, urea (200-400 milliosmolar) activated both ERK1 and ERK2 as determined by in-gel kinase assay and immune-complex kinase assay of epitope-tagged] ERK1 and ERK2. Importantly, urea did not affect abundance of either ERK. Urea-inducible Egr-1 transcription was a consequence of ERK activation because the ERK-specific inhibitor, PD98059, abrogated transcription from the murine Egr-1 promoter in a luciferase reported gene assay. In addition, activators of protein kinase A, including forskolin and 8-Br-cAMP, which are known to inhibit ERK-mediated events, also inhibited urea-inducible Egr-1 transcription. Furthermore, urea-inducible activation of the physiological ERK substrate and transcription factor, Elk-1, was demonstrated through transient cotransfection of a chimeric Elk-1/GAL4 expression plasmid and a GAL4-driven luciferase reporter plasmid. Taken together, these data indicate that, in mIMCD3 cells, urea activates ERKs and the ERK substrate, Elk-1, and that ERK inhibition abrogates urea-inducible Egr-1 transcription. These data are consistent with a model of urea-inducible renal medullary gene expression wherein sequential activation of ERKs and Elk-1 results in increased transcription of Egr-1 through serum response element/Ets motifs.

Influence of Egr-1 in cardiac tissue-derived mesenchymal stem cells in response to glucose variations

Mesenchymal stem cells (MSCs) represent a promising cell population for cell therapy and regenerative medicine applications. However, how variations in glucose are perceived by MSC pool is still unclear. Since, glucose metabolism is cell type and tissue dependent, this must be considered when MSCs are derived from alternative sources such as the heart. The zinc finger transcription factor Egr-1 is an important early response gene, likely to play a key role in the glucose-induced response. Our aim was to investigate how short-term changes in in vitro glucose concentrations affect multipotent cardiac tissue-derived MSCs (cMSCs) in a mouse model of Egr-1 KO (Egr-1-/-). Results showed that loss of Egr-1 does not significantly influence cMSC proliferation. In contrast, responses to glucose variations were observed in wt but not in Egr-1 -/- cMSCs by clonogenic assay. Phenotype analysis by RT-PCR showed that cMSCs Egr-1-/- lost the ability to regulate the glucose transporters GLUT-1 and GLUT-4 and, as expected, the Egr-1 target genes VEGF, TGFβ-1, and p300. Acetylated protein levels of H3 histone were impaired in Egr-1-/- compared to wt cMSCs. We propose that Egr-1 acts as immediate glucose biological sensor in cMSCs after a short period of stimuli, likely inducing epigenetic modifications. © 2014 Daniela Bastianelli et al.

Association of early growth response-1 gene polymorphisms with total IgE and atopy in asthmatic children

Early growth response-1 (Egr-1) is expressed in human airways and found to modulate tumor necrosis factor, immunoglobulin E (IgE), airway responsiveness, and interleukin-13-induced inflammation in mice. We investigated the effects of Chinese-tagging singl

Regulation of microsomal prostaglandin E2 synthase-1 and 5-lipoxygenase-activating protein/5-lipoxygenase by 4-hydroxynonenal in human osteoarthritic chondrocytes

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative et multifactorielle caractérisée par une destruction de cartilage, une formation d’ostéophytes et une inflammation au niveau de la membrane synoviale. Le 4-hydroxynonénal (HNE), un produit final de la peroxydation lipidique, a été identifié récemment comme un facteur catabolique et un médiateur inflammatoire dans le cartilage arthrosique humain. Notre projet vise à étudier l’effet du HNE sur la régulation de la prostaglandine E2 synthase-1 microsomale (mPGES-1) et de la protéine activante 5-lipoxygénase (FLAP)/5-lipoxygénase (5-LOX) dans les chondrocytes arthrosiques humains. Lorsque les cellules sont traitées une seule fois avec 10 µM HNE, les résultats de Western blot et de PCR en temps réel montrent que l’expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2) et de la mPGES-1 augmente de manière significative et atteint respectivement le maximum après 8 et 16 heures d’incubation puis diminue graduellement. Cependant, lorsque les cellules sont traitées plusieurs fois avec 10 µM HNE à 2 heures d’intervalle, l’expression de la COX-2 et de la mPGES-1 augmente en fonction du temps sans subir une baisse après 24 heures d’incubation. Le HNE induit l’activité du promoteur de la mPGES-1 via l’activation du facteur de transcription Egr-1. L’investigation de la 2ème voie du métabolisme de l’acide arachidonique, à savoir 5-LOX/FLAP, montre que le HNE induit l’expression de FLAP après 24 heures de stimulation et celle de 5-LOX seulement après 48 heures. Ceci semble survenir à l’étape de transcription au cours de laquelle HNE induit l’expression de l’ARNm et l’activité du promoteur du gène 5-LOX. Nous avons démontré aussi que le niveau de leukotriène B4 (LTB4) augmente et suit le même profil que celui de la 5-LOX. L’étude des mécanismes moléculaires susceptibles d’être impliqués dans la régulation de la 5-LOX/FLAP par le HNE montre que ce dernier stimule leur expression via l’action de prostaglandine E2 (PGE2) et du facteur de croissance transformant-beta 1 (TGF-β1). En conclusion, notre étude démontre que le HNE induit à court-terme d’incubation la voie de COX-2/mPGES-1 puis par la suite stimule celle de FLAP/5-LOX à long-terme d’incubation dans les chondrocytes arthrosiques humains. Ces résultats suggèrent que la mPGES-1 et 5-LOX/FLAP sont des potentielles cibles thérapeutiques intéressantes pour contrôler la production de PGE2 et LTB4 dans OA.

Modulation of Endothelin-1 and Insulin-like Growth Factor Type 1-induced Signaling by Curcumin in A-10 Vascular Smooth Muscle Cells

Les maladies cardio-vasculaires (MCV), telles que l’hypertension et l’athérosclérose, s’accompagnent de modifications structurales et fonctionnelles au niveau vasculaire. Un fonctionnement aberrant de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires à l’origine de ces changements. L’endothéline-1 (ET-1) contribue à la pathogénèse des anomalies vasculaires, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, des composantes clés impliquées dans les voies prolifératives et de croissance cellulaires. Il a été suggéré que le stress oxydant jouerait un rôle intermédiaire dans les effets pathophysiologiques vasculaires de l’ET-1. En conséquence, une modulation de la signalisation induite par l’ET-1 peut servir comme éventuelle stratégie thérapeutique contre le développement des MCV. Il apparaît de nos jours un regain d’intérêt dans l’utilisation des agents phyto-chimiques pour traiter plusieurs maladies. La curcumine, constituant essentiel de l’épice curcuma, est dotée de plusieurs propriétés biologiques parmi lesquelles des propriétés anti-oxydantes, anti-prolifératrices et cardio-protectrices. Cependant, les mécanismes moléculaires de son effet cardio-protecteur demeurent obscurs. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’efficacité de la curcumine à inhiber la signalisation induite par l’ET-1 dans les CMLV. La curcumine a inhibé la phosphorylation des protéines IGF-1R, PKB, c-Raf et ERK1/2, induite par l’ET-1 et l’IGF-1. De plus, la curcumine a inhibé l’expression du facteur de transcription Egr-1 induite par l’ET-1 et l’IGF-1, dans les CMLV. Ces résultats suggèrent que la capacité de la curcumine à atténuer ces voies de signalisation serait un mécanisme d’action potentiel de ses effets protecteurs au niveau cardiovasculaire.

Rôle de l’acétylation/déacétylation des histones dans la régulation de l’expression des gènes de la COX-2, iNOS et mPGES-1 dans les tissus articulaires.

L’arthrose ou ostéoarthrose (OA) est l’affection rhumatologique la plus fréquente au monde. Elle est caractérisée principalement par une perte du cartilage articulaire et l’inflammation de la membrane synoviale. L’interleukine (IL)-1ß, une cytokine pro-inflammatoire, joue un rôle très important dans la pathogenèse de l’OA. Elle exerce son action en induisant l’expression des enzymes cyclo-oxygénase 2 (COX-2), prostaglandine E synthétase microsomale 1 (mPGES-1) et l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) ainsi que la production de la prostaglandine E2 (PGE2) et de l’oxyde nitrique (NO). Ces derniers (PGE2 et NO) contribuent à la synovite et la destruction du cartilage articulaire par leurs effets pro-inflammatoires, pro-cataboliques, anti-anaboliques, pro-angiogéniques et pro-apoptotiques. Les modifications épigénétiques, telles que la méthylation de l’ADN, et l’acétylation et la méthylation des histones, jouent un rôle crucial dans la régulation de l’expression des gènes. Parmi ces modifications, l’acétylation des histones est la plus documentée. Ce processus est contrôlé par deux types d’enzymes : les histones acétyltransférases (HAT) qui favorisent la transcription et les histones déacétylases (HDAC) qui l’inhibent. L’objectif de ce travail est d’examiner le rôle des enzymes HDAC dans la régulation de l’expression de la COX-2, mPGES-1 et iNOS. Nous avons montré qu’au niveau des chondrocytes, les inhibiteurs des HDAC (iHDAC), trichostatine A (TSA) et butyrate de sodium (NaBu), suppriment l’expression de la COX-2 et iNOS au niveau de l’ARNm et protéique, ainsi que la production de la PGE2 et du NO, induites par l’IL-1ß. L’effet inhibiteur à lieu sans affecter l’activité de liaison à l’ADN du facteur de transcription NF-κB (nuclear factor κ B). La TSA et le NaBu inhibent également la dégradation induite par l’IL-1ß des protéoglycanes au niveau du cartilage. Nous avons également montré, qu’au niveau des fibroblastes synoviaux, les iHDAC, TSA, NaBu et acide valproïque (VA), suppriment l’expression de la mPGES-1 ainsi que la production de la PGE2 induites par l’IL-1ß. En utilisant diverses approches expérimentales, nous avons montré que HDAC4 est impliquée dans l’induction de l’expression de la mPGES-1 par l’IL-1ß. HDAC4 exerce son action, via son activité déacétylase, en augmentant l’activité transcriptionnelle de Egr-1 (early growth factor 1), facteur de transcription principal de l’expression de la mPGES-1. L’ensemble de ces résultats suggère que les inhibiteurs des HDAC pourraient être utilisés dans le traitement de l’OA.

Resveratrol inhibits the release of soluble fms-like tyrosine kinase (sFlt-1) from human placenta

Objective - Soluble vascular endothelial growth factor receptor–1 (also know as soluble fms-like tyrosine kinase [sFlt]-1) is a key causative factor of preeclampsia. Resveratrol, a plant phytoalexin, has antiinflammatory and cardioprotective properties. We sought to determine the effect of resveratrol on sFlt-1 release. Study Design - Human umbilical vein endothelial cells, transformed human trophoblast-8 (HTR/SVneo)-8/SVneo trophoblast cells, or placental explants were incubated with cytokines and/or resveratrol. Conditioned media were assayed for sFlt-1 by enzyme-linked immunosorbent assay and cell proteins used for Western blotting. Results - Resveratrol inhibited cytokine-induced release of sFlt-1 from normal placental explants and from preeclamptic placental explants. Preincubation of human umbilical vein endothelial cells or HTR-8/SVneo cells with resveratrol abrogated sFlt-1 release. Resveratrol prevented the up-regulation of early growth response protein-1 (Egr-1), a transcription factor necessary for induction of the vascular endothelial growth factor receptor–1 gene and caused up-regulation of heme oxygenase–1, a cytoprotective enzyme found to be dysfunctional in preeclampsia. Conclusion - In summary, resveratrol can inhibit sFlt-1 release and up-regulate heme oxygenase–1; thus, may offer therapeutic potential in preeclampsia.

Effet de l'activation de PPARy sur l'expression de la mPGES-1 et rôle des polymorphismes de PPARy dans l'arthrose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effet de l'activation de PPARy sur l'expression de la mPGES-1 et rôle des polymorphismes de PPARy dans l'arthrose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Distress call-induced gene expression in the brain of the Indian short-nosed fruit bat, Cynopterus sphinx

Individuals in distress emit audible vocalizations to either warn or inform conspecifics. The Indian short-nosed fruit bat, Cynopterus sphinx, emits distress calls soon after becoming entangled in mist nets, which appear to attract conspecifics. Phase I of these distress calls is longer and louder, and includes a secondary peak, compared to phase II. Activity-dependent expression of egr-1 was examined in free-ranging C. sphinx following the emissions and responses to a distress call. We found that the level of expression of egr-1 was higher in bats that emitted a distress call, in adults that responded, and in pups than in silent bats. Up-regulated cDNA was amplified to identify the target gene (TOE1) of the protein Egr-1. The observed expression pattern Toe1 was similar to that of egr-1. These findings suggest that the neuronal activity related to recognition of a distress call and an auditory feedback mechanism induces the expression of Egr-1. Co-expression of egr-1 with Toe1 may play a role in initial triggering of the genetic mechanism that could be involved in the consolidation or stabilization of distress call memories.

Rapid behavioral and genomic responses to social opportunity.

From primates to bees, social status regulates reproduction. In the cichlid fish Astatotilapia (Haplochromis) burtoni, subordinate males have reduced fertility and must become dominant to reproduce. This increase in sexual capacity is orchestrated by neurons in the preoptic area, which enlarge in response to dominance and increase expression of gonadotropin-releasing hormone 1 (GnRH1), a peptide critical for reproduction. Using a novel behavioral paradigm, we show for the first time that subordinate males can become dominant within minutes of an opportunity to do so, displaying dramatic changes in body coloration and behavior. We also found that social opportunity induced expression of the immediate-early gene egr-1 in the anterior preoptic area, peaking in regions with high densities of GnRH1 neurons, and not in brain regions that express the related peptides GnRH2 and GnRH3. This genomic response did not occur in stable subordinate or stable dominant males even though stable dominants, like ascending males, displayed dominance behaviors. Moreover, egr-1 in the optic tectum and the cerebellum was similarly induced in all experimental groups, showing that egr-1 induction in the anterior preoptic area of ascending males was specific to this brain region. Because egr-1 codes for a transcription factor important in neural plasticity, induction of egr-1 in the anterior preoptic area by social opportunity could be an early trigger in the molecular cascade that culminates in enhanced fertility and other long-term physiological changes associated with dominance.

Characterization of autonomous thyroid adenoma: metabolism, gene expression, and pathology.

Fifty-one in vivo characterized autonomous single adenomas have been studied for functional parameters in vitro, for gene and protein expression and for pathology, and have been systematically compared to the corresponding extratumoral quiescent tissue. The adenomas were characterized by a high level of iodide trapping that corresponds to a high level of Na+ /iodide symporter gene expression, a high thyroperoxidase mRNA and protein content, and a low H2O2 generation. This explains the iodide metabolism characteristics demonstrated before, ie, the main cause of the "hot" character of the adenomas is their increased iodide transport. The adenomas spontaneously secreted higher amounts of thyroid hormone than the quiescent tissue and in agreement with previous in vivo data, this secretion could be further enhanced by thyrotropin (TSH). Inositol uptake was also increased but there was no spontaneous increase of the generation of inositol phosphates and this metabolism could be further activated by TSH. These positive responses to TSH are in agreement with the properties of TSH-stimulated thyroid cells in vitro and in vivo. They are compatible with the characteristics of mutated TSH receptors whose constitutive activation accounts for the majority of autonomous thyroid adenomas in Europe. The number of cycling cells, as evaluated by MIB-1 immunolabeling was low but increased in comparison with the corresponding quiescent tissue or normal tissue. The cycling cells are observed mainly at the periphery; there was very little apoptosis. Both findings account for the slow growth of these established adenomas. On the other hand, by thyroperoxidase immunohistochemistry, the whole lesion appeared hyperfunctional, which demonstrates a dissociation of mitogenic and functional stimulations. Thyroglobulin, TSH receptor, and E-cadherin mRNA accumulations were not modified in a consistent way, which confirms the near-constitutive expression of the corresponding genes in normal differentiated tissue. On the contrary, early immediate genes expressions (c-myc, NGF1B, egr 1, genes of the fos and jun families) were decreased. This may be explained by the proliferative heterogeneity of the lesion and the previously described short, biphasic expression of these genes when induced by mitogenic agents. All the characteristics of the autonomous adenomas can therefore be explained by the effect of the known activating mutations of genes coding for proteins of the TSH cyclic adenosine monophosphate (cAMP) cascade, all cells being functionally activated while only those at the periphery multiply. The reason of this heterogeneity is unknown.