Charakterisierung des heterolog exprimierten metabotropen purinergen P2Y1-Rezeptors aus dem Hirn der Ratte (rP2Y1) in HEK293-Zellen

GPCR, Purinergic receptor, green fluorescent protein, human embryonic kidney (HEK293) cells, receptor regulation, desensitization, ca2+ signalling, heterologous expression

β1- and β3- voltage-gated sodium channel subunits modulate cell surface expression and glycosylation of Nav1.7 in HEK293 cells.

Voltage-gated sodium channels (Navs) are glycoproteins composed of a pore-forming α-subunit and associated β-subunits that regulate Nav α-subunit plasma membrane density and biophysical properties. Glycosylation of the Nav α-subunit also directly affects Navs gating. β-subunits and glycosylation thus comodulate Nav α-subunit gating. We hypothesized that β-subunits could directly influence α-subunit glycosylation. Whole-cell patch clamp of HEK293 cells revealed that both β1- and β3-subunits coexpression shifted V ½ of steady-state activation and inactivation and increased Nav1.7-mediated I Na density. Biotinylation of cell surface proteins, combined with the use of deglycosydases, confirmed that Nav1.7 α-subunits exist in multiple glycosylated states. The α-subunit intracellular fraction was found in a core-glycosylated state, migrating at ~250 kDa. At the plasma membrane, in addition to the core-glycosylated form, a fully glycosylated form of Nav1.7 (~280 kDa) was observed. This higher band shifted to an intermediate band (~260 kDa) when β1-subunits were coexpressed, suggesting that the β1-subunit promotes an alternative glycosylated form of Nav1.7. Furthermore, the β1-subunit increased the expression of this alternative glycosylated form and the β3-subunit increased the expression of the core-glycosylated form of Nav1.7. This study describes a novel role for β1- and β3-subunits in the modulation of Nav1.7 α-subunit glycosylation and cell surface expression.

Large scale identification of protein SUMOylation by mass spectrometry in HEK293 cells

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Constitutive oligomerization of human D-2 dopamine receptors expressed in Spodoptera frugiperda 9 (Sf9) and in HEK293 cells - Analysis using co-immunoprecipitation and time-resolved fluorescence resonance energy transfer

Human D-2Long (D-2L) and D-2Short (D-2S) dopamine receptor isoforms were modified at their N-terminus by the addition of a human immunodeficiency virus (HIV) or a FLAG epitope tag. The receptors were then expressed in Spodoptera frugiperda 9 (Sf9) cells using the baculovirus system, and their oligomerization was investigated by means of co-immunoprecipitation and time-resolved fluorescence resonance energy transfer (FRET). [H-3] Spiperone labelled D-2 receptors in membranes prepared from Sf9 cells expressing epitope-tagged D-2L or D-2S receptors, with a pK(d) value of approximate to 10. Co-immunoprecipitation using antibodies specific for the tags showed constitutive homo-oligomerization of D-2L and D-2S receptors in Sf9 cells. When the FLAG-tagged D-2S and HIV-tagged D-2L receptors were co-expressed, co-immunoprecipitation showed that the two isoforms can also form hetero-oligomers in Sf9 cells. Time-resolved FRET with europium and XL665-labelled antibodies was applied to whole Sf9 cells and to membranes from Sf9 cells expressing epitope-tagged D-2 receptors. In both cases, constitutive homo-oligomers were revealed for D-2L and D-2S isoforms. Time-resolved FRET also revealed constitutive homo-oligomers in HEK293 cells expressing FLAG-tagged D-2S receptors. The D-2 receptor ligands dopamine, R-(-) propylnorapomorphine, and raclopride did not affect oligomerization of D-2L and D-2S in Sf9 and HEK293 cells. Human D-2 dopamine receptors can therefore form constitutive oligomers in Sf9 cells and in HEK293 cells that can be detected by different approaches, and D-2 oligomerization in these cells is not regulated by ligands.

β1- and β3- voltage-gated sodium channel subunits modulate cell surface expression and glycosylation of Nav1.7 in HEK293 cells

Voltage-gated sodium channels (Navs) are glycoproteins composed of a pore-forming α-subunit and associated β-subunits that regulate Nav α-subunit plasma membrane density and biophysical properties. Glycosylation of the Nav α-subunit also directly affects Navs gating. β-subunits and glycosylation thus comodulate Nav α-subunit gating. We hypothesized that β-subunits could directly influence α-subunit glycosylation. Whole-cell patch clamp of HEK293 cells revealed that both β1- and β3-subunits coexpression shifted V ½ of steady-state activation and inactivation and increased Nav1.7-mediated I Na density. Biotinylation of cell surface proteins, combined with the use of deglycosydases, confirmed that Nav1.7 α-subunits exist in multiple glycosylated states. The α-subunit intracellular fraction was found in a core-glycosylated state, migrating at ~250 kDa. At the plasma membrane, in addition to the core-glycosylated form, a fully glycosylated form of Nav1.7 (~280 kDa) was observed. This higher band shifted to an intermediate band (~260 kDa) when β1-subunits were coexpressed, suggesting that the β1-subunit promotes an alternative glycosylated form of Nav1.7. Furthermore, the β1-subunit increased the expression of this alternative glycosylated form and the β3-subunit increased the expression of the core-glycosylated form of Nav1.7. This study describes a novel role for β1- and β3-subunits in the modulation of Nav1.7 α-subunit glycosylation and cell surface expression.

Biochemical, single-channel, whole-cell patch clamp, and pharmacological analyses of endogenous TRPM4 channels in HEK293 cells

Human embryonic kidney cells 293 (HEK293) are widely used as cellular heterologous expression systems to study transfected ion channels. This work characterizes the endogenous expression of TRPM4 channels in HEK293 cells. TRPM4 is an intracellular Ca(2+)-activated non-selective cationic channel expressed in many cell types. Western blot analyses have revealed the endogenous expression of TRPM4. Single channel 22pS conductance with a linear current-voltage relationship was observed using the inside-out patch clamp configuration in the presence of intracellular Ca(2+). The channels were permeable to the monovalent cations Na(+) and K(+), but not to Ca(2+). The open probability was voltage-dependent, being higher at positive potentials. Using the whole-cell patch clamp "ruptured patch" configuration, the amplitude of the intracellular Ca(2+)-activated macroscopic current was dependent on time after patch rupture. Initial transient activation followed by a steady-increase reaching a plateau phase was observed. Biophysical analyses of the macroscopic current showed common properties with those from HEK293 cells stably transfected with human TRPM4b, with the exception of current time course and Ca(2+) sensitivity. The endogenous macroscopic current reached the plateau faster and required 61.9±3.5μM Ca(2+) to be half-maximally activated versus 84.2±1.5μM for the transfected current. The pharmacological properties, however, were similar in both conditions. One hundred μM of flufenamic acid and 9-phenanthrol strongly inhibited the endogenous current. Altogether, the data demonstrate the expression of endogenous TRMP4 channels in HEK293 cells. This observation should be taken into account when using this cell line to study TRPM4 or other types of Ca(2+)-activated channels.

Electrophysiological properties of mouse and epitope-tagged human cardiac sodium channel Na v1.5 expressed in HEK293 cells

Background: The pore-forming subunit of the cardiac sodium channel, Na v1.5, has been previously found to be mutated in genetically determined arrhythmias. Na v1.5 associates with many proteins that regulate its function and cellular localisation. In order to identify more in situ Na v1.5 interacting proteins, genetically-modified mice with a high-affinity epitope in the sequence of Na v1.5 can be generated. Methods: In this short study, we (1) compared the biophysical properties of the sodium current (I Na) generated by the mouse Na v1.5 (mNa v1.5) and human Na v1.5 (hNa v1.5) constructs that were expressed in HEK293 cells, and (2) investigated the possible alterations of the biophysical properties of the human Na v1.5 construct that was modified with specific epitopes. Results: The biophysical properties of mNa v1.5 were similar to the human homolog. Addition of epitopes either up-stream of the N-terminus of hNa v1.5 or in the extracellular loop between the S5 and S6 transmembrane segments of domain 1, significantly decreased the amount of I Na and slightly altered its biophysical properties. Adding green fluorescent protein (GFP) to the N-terminus did not modify any of the measured biophysical properties of hNa v1.5. Conclusions: These findings have to be taken into account when planning to generate genetically-modified mouse models that harbour specific epitopes in the gene encoding mNa v1.5.

Rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293

La possibilité de programmer une cellule dans le but de produire une protéine d’intérêt est apparue au début des années 1970 avec l’essor du génie génétique. Environ dix années plus tard, l’insuline issue de la plateforme de production microbienne Escherichia coli, fut la première protéine recombinante (r-protéine) humaine commercialisée. Les défis associés à la production de r-protéines plus complexes et glycosylées ont amené l’industrie biopharmaceutique à développer des systèmes d’expression en cellules de mammifères. Ces derniers permettent d’obtenir des protéines humaines correctement repliées et de ce fait, biologiquement actives. Afin de transférer le gène d’intérêt dans les cellules de mammifères, le polyéthylènimine (PEI) est certainement un des vecteurs synthétiques le plus utilisé en raison de son efficacité, mais aussi sa simplicité d’élaboration, son faible coût et sa stabilité en solution qui facilite son utilisation. Il est donc largement employé dans le contexte de la production de r-protéines à grande échelle et fait l’objet d’intenses recherches dans le domaine de la thérapie génique non virale. Le PEI est capable de condenser efficacement l’ADN plasmidique (vecteur d’expression contenant le gène d’intérêt) pour former des complexes de petites tailles appelés polyplexes. Ces derniers doivent contourner plusieurs étapes limitantes afin de délivrer le gène d’intérêt au noyau de la cellule hôte. Dans les conditions optimales du transfert de gène par le PEI, les polyplexes arborent une charge positive nette interagissant de manière électrostatique avec les protéoglycanes à héparane sulfate (HSPG) qui décorent la surface cellulaire. On observe deux familles d’HSPG exprimés en abondance à la surface des cellules de mammifères : les syndécanes (4 membres, SDC1-4) et les glypicanes (6 membres, GPC1-6). Si l’implication des HSPG dans l’attachement cellulaire des polyplexes est aujourd’hui largement acceptée, leur rôle individuel vis-à-vis de cet attachement et des étapes subséquentes du transfert de gène reste à confirmer. Après avoir optimisées les conditions de transfection des cellules de mammifères CHO et HEK293 dans le but de produire des r-protéines secrétées, nous avons entrepris des cinétiques de capture, d’internalisation des polyplexes et aussi d’expression du transgène afin de mieux comprendre le processus de transfert de gène. Nous avons pu observer des différences au niveau de ces paramètres de transfection dépendamment du système d’expression et des caractéristiques structurelles du PEI utilisé. Ces résultats présentés sous forme d’articles scientifiques constituent une base solide de l’enchaînement dans le temps des évènements essentiels à une transfection efficace des cellules CHO et HEK293 par le PEI. Chaque type cellulaire possède un profil d’expression des HSPG qui lui est propre, ces derniers étant plus ou moins permissifs au transfert de gène. En effet, une étude menée dans notre laboratoire montre que les SDC1 et SDC2 ont des rôles opposés vis-à-vis du transfert de gène. Alors que tous deux sont capables de lier les polyplexes, l’expression de SDC1 permet leur internalisation contrairement à l’expression de SDC2 qui l’inhibe. De plus, lorsque le SDC1 est exprimé à la surface des cellules HEK293, l’efficacité de transfection est augmentée de douze pourcents. En utilisant la capacité de SDC1 à induire l’internalisation des polyplexes, nous avons étudié le trafic intracellulaire des complexes SDC1 / polyplexes dans les cellules HEK293. De plus, nos observations suggèrent une nouvelle voie par laquelle les polyplexes pourraient atteindre efficacement le noyau cellulaire. Dans le contexte du transfert de gène, les HSPG sont essentiellement étudiés dans leur globalité. S’il est vrai que le rôle des syndécanes dans ce contexte est le sujet de quelques études, celui des glypicanes est inexploré. Grâce à une série de traitements chimiques et enzymatiques visant une approche « perte de fonction », l’importance de la sulfatation comme modification post-traductionnelle, l’effet des chaînes d’héparanes sulfates mais aussi des glypicanes sur l’attachement, l’internalisation des polyplexes, et l’expression du transgène ont été étudiés dans les cellules CHO et HEK293. L’ensemble de nos observations indique clairement que le rôle des HSPG dans le transfert de gène devrait être investigué individuellement plutôt que collectivement. En effet, le rôle spécifique de chaque membre des HSPG sur la capture des polyplexes et leur permissivité à l’expression génique demeure encore inconnu. En exprimant de manière transitoire chaque membre des syndécanes et glypicanes à la surface des cellules CHO, nous avons déterminé leur effet inhibiteur ou activateur sur la capture des polyplexes sans pouvoir conclure quant à l’effet de cette surexpression sur l’efficacité de transfection. Par contre, lorsqu’ils sont présents dans le milieu de culture, le domaine extracellulaire des HSPG réduit l’efficacité de transfection des cellules CHO sans induire la dissociation des polyplexes. Curieusement, lorsque chaque HSPG est exprimé de manière stable dans les cellules CHO, seulement une légère modulation de l’expression du transgène a pu être observée. Ces travaux ont contribué à la compréhension des mécanismes d'action du vecteur polycationique polyéthylènimine et à préciser le rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293.

Rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293

La possibilité de programmer une cellule dans le but de produire une protéine d’intérêt est apparue au début des années 1970 avec l’essor du génie génétique. Environ dix années plus tard, l’insuline issue de la plateforme de production microbienne Escherichia coli, fut la première protéine recombinante (r-protéine) humaine commercialisée. Les défis associés à la production de r-protéines plus complexes et glycosylées ont amené l’industrie biopharmaceutique à développer des systèmes d’expression en cellules de mammifères. Ces derniers permettent d’obtenir des protéines humaines correctement repliées et de ce fait, biologiquement actives. Afin de transférer le gène d’intérêt dans les cellules de mammifères, le polyéthylènimine (PEI) est certainement un des vecteurs synthétiques le plus utilisé en raison de son efficacité, mais aussi sa simplicité d’élaboration, son faible coût et sa stabilité en solution qui facilite son utilisation. Il est donc largement employé dans le contexte de la production de r-protéines à grande échelle et fait l’objet d’intenses recherches dans le domaine de la thérapie génique non virale. Le PEI est capable de condenser efficacement l’ADN plasmidique (vecteur d’expression contenant le gène d’intérêt) pour former des complexes de petites tailles appelés polyplexes. Ces derniers doivent contourner plusieurs étapes limitantes afin de délivrer le gène d’intérêt au noyau de la cellule hôte. Dans les conditions optimales du transfert de gène par le PEI, les polyplexes arborent une charge positive nette interagissant de manière électrostatique avec les protéoglycanes à héparane sulfate (HSPG) qui décorent la surface cellulaire. On observe deux familles d’HSPG exprimés en abondance à la surface des cellules de mammifères : les syndécanes (4 membres, SDC1-4) et les glypicanes (6 membres, GPC1-6). Si l’implication des HSPG dans l’attachement cellulaire des polyplexes est aujourd’hui largement acceptée, leur rôle individuel vis-à-vis de cet attachement et des étapes subséquentes du transfert de gène reste à confirmer. Après avoir optimisées les conditions de transfection des cellules de mammifères CHO et HEK293 dans le but de produire des r-protéines secrétées, nous avons entrepris des cinétiques de capture, d’internalisation des polyplexes et aussi d’expression du transgène afin de mieux comprendre le processus de transfert de gène. Nous avons pu observer des différences au niveau de ces paramètres de transfection dépendamment du système d’expression et des caractéristiques structurelles du PEI utilisé. Ces résultats présentés sous forme d’articles scientifiques constituent une base solide de l’enchaînement dans le temps des évènements essentiels à une transfection efficace des cellules CHO et HEK293 par le PEI. Chaque type cellulaire possède un profil d’expression des HSPG qui lui est propre, ces derniers étant plus ou moins permissifs au transfert de gène. En effet, une étude menée dans notre laboratoire montre que les SDC1 et SDC2 ont des rôles opposés vis-à-vis du transfert de gène. Alors que tous deux sont capables de lier les polyplexes, l’expression de SDC1 permet leur internalisation contrairement à l’expression de SDC2 qui l’inhibe. De plus, lorsque le SDC1 est exprimé à la surface des cellules HEK293, l’efficacité de transfection est augmentée de douze pourcents. En utilisant la capacité de SDC1 à induire l’internalisation des polyplexes, nous avons étudié le trafic intracellulaire des complexes SDC1 / polyplexes dans les cellules HEK293. De plus, nos observations suggèrent une nouvelle voie par laquelle les polyplexes pourraient atteindre efficacement le noyau cellulaire. Dans le contexte du transfert de gène, les HSPG sont essentiellement étudiés dans leur globalité. S’il est vrai que le rôle des syndécanes dans ce contexte est le sujet de quelques études, celui des glypicanes est inexploré. Grâce à une série de traitements chimiques et enzymatiques visant une approche « perte de fonction », l’importance de la sulfatation comme modification post-traductionnelle, l’effet des chaînes d’héparanes sulfates mais aussi des glypicanes sur l’attachement, l’internalisation des polyplexes, et l’expression du transgène ont été étudiés dans les cellules CHO et HEK293. L’ensemble de nos observations indique clairement que le rôle des HSPG dans le transfert de gène devrait être investigué individuellement plutôt que collectivement. En effet, le rôle spécifique de chaque membre des HSPG sur la capture des polyplexes et leur permissivité à l’expression génique demeure encore inconnu. En exprimant de manière transitoire chaque membre des syndécanes et glypicanes à la surface des cellules CHO, nous avons déterminé leur effet inhibiteur ou activateur sur la capture des polyplexes sans pouvoir conclure quant à l’effet de cette surexpression sur l’efficacité de transfection. Par contre, lorsqu’ils sont présents dans le milieu de culture, le domaine extracellulaire des HSPG réduit l’efficacité de transfection des cellules CHO sans induire la dissociation des polyplexes. Curieusement, lorsque chaque HSPG est exprimé de manière stable dans les cellules CHO, seulement une légère modulation de l’expression du transgène a pu être observée. Ces travaux ont contribué à la compréhension des mécanismes d'action du vecteur polycationique polyéthylènimine et à préciser le rôle des protéoglycanes à héparane sulfate dans le transfert de gène des cellules CHO et HEK293.

Nek5 Interacts With Mitochondrial Proteins And Interferes Negatively In Mitochondrial Mediated Cell Death And Respiration.

Mitochondria are involved in energy supply, signaling, cell death and cellular differentiation and have been implicated in several human diseases. Neks (NIMA-related kinases) represent a family of mammal protein kinases that play essential roles in cell-cycle progression, but other functions have recently been related. A yeast two-hybrid (Y2H) screen was performed to identify and characterize Nek5 interaction partners and the mitochondrial proteins Cox11, MTX-2 and BCLAF1 were retrieved. Apoptosis assay showed protective effects of stable hNek5 expression from Hek293-T's cell death after thapsigargin treatment (2μM). Nek5 silenced cells as well as cells expressing a kinase dead version of Nek5, displayed an increase in ROS formation after 4h of thapsigargin treatment. Mitochondrial respiratory chain activity was found decreased upon stable hNek5expression. Cells silenced for hNek5 on the other hand presented 1.7 fold increased basal rates of respiration, especially at the electrons transfer steps from TMPD to cytochrome c and at the complex II. In conclusion, our data suggest for the first time mitochondrial localization and functions for Nek5 and its participation in cell death and cell respiration regulation. Stable expression of hNek5 in Hek293T cells resulted in enhanced cell viability, decreased cell death and drug resistance, while depletion of hNek5by shRNA overcame cancer cell drug resistance and induced apoptosis in vitro. Stable expression of hNek5 also inhibits thapsigargin promoted apoptosis and the respiratory chain complex IV in HEK293T cells.

PAMM: A Redox Regulatory Protein That Modulates Osteoclast Differentiation

The central role of reactive oxygen species (ROS) in osteoclast differentiation and in bone homeostasis prompted us to characterize the redox regulatory system of osteoclasts. In this report, we describe the expression and functional characterization of PAMM, a CXXC motif-containing peroxiredoxin 2-like protein expressed in bone marrow monocytes on stimulation with M-CSF and RANKL. Expression of wild-type (but not C to G mutants of the CXXC domain) PAMM in HEK293 cells results in an increased GSH/GSSG ratio, indicating a shift toward a more reduced environment. Expression of PAMM in RAW264.7 monocytes protected cells from hydrogen peroxide-induced oxidative stress, indicating that PAMM regulates cellular redox status. RANKL stimulation of RAW 264.7 cells caused a decrease in the GSH/GSSG ratio (reflecting a complementary increase in ROS). In addition, RANKL-induced osteoclast formation requires phosphorylation and translocation of NF-kappa B and c-Jun. In stably transfected RAW 264.7 cells, PAMM overexpression prevented the reduction of GSH/GSSG induced by RANKL. Concurrently, PAMM expression completely abolished RANKL-induced p100 NF-kappa B and c-Jun activation, as well as osteoclast formation. We conclude that PAMM is a redox regulatory protein that modulates osteoclast differentiation in vitro. PAMM expression may affect bone resorption in vivo and help to maintain bone mass. Antioxid. Redox Signal. 13, 27-37.

Comparative surface accessibility of a pore-lining threonine residue (T6') in the glycine and GABA(A) receptors

The substituted cysteine accessibility method was used to probe the surface exposure of a pore-lining threonine residue (T6’) common to both the glycine receptor (GlyR) and GABAA receptor (GABAAR) chloride channels. This residue lies close to the channel activation gate, the ionic selectivity filter and the main pore blocker binding site. Recent studies have suggested that the GlyRs and GABAARs have divergent open state pore structures at the 6’ position. When both the human a1T6’C homomeric GlyR and the rat a1T6’Cb1T6’C heteromeric GABAAR were expressed in HEK293 cells, their 6’ residue surface accessibilities differed significantly in the closed state. However, when a soluble cysteine-modifying compound was applied in the presence of saturating agonist concentrations, both receptors were locked into the open state. This action was not induced by oxidising agents in either receptor. These results provide evidence for a conserved pore opening mechanism in anion-selective members of the ligand-gated ion channel family. The results also indicate that the GABAAR pore structure at the 6’ level may vary between different expression systems.

Subtype-selective noncompetitive or competitive inhibition of human alpha(1)-adrenergic receptors by rho-TIA

The 19-amino acid conopeptide (rho-TIA) was shown previously to antagonize noncompetitively alpha(1B)-adrenergic receptors (ARs). Because this is the first peptide ligand for these receptors, we compared its interactions with the three recombinant human alpha(1)-AR subtypes (alpha(1A), alpha(1B), and alpha(1D)). Radioligand binding assays showed that rho-TIA was 10-fold selective for human alpha(1B)- over alpha(1A)- and alpha(1D)-ARs. As observed with hamster alpha(1B)-ARs, rho-TIA decreased the number of binding sites (B-max) for human alpha(1B)-ARs without changing affinity (K-D), and this inhibition was unaffected by the length of incubation but was reversed by washing. However, rho-TIA had opposite effects at human alpha(1A)-ARs and alpha(1D)-ARs, decreasing KD without changing Bmax, suggesting it acts competitively at these subtypes. rho-TIA reduced maximal NE-stimulated [H-3] inositol phosphate formation in HEK293 cells expressing human alpha(1B)-ARs but competitively inhibited responses in cells expressing alpha(1A)- or alpha(1D)-ARs. Truncation mutants showed that the amino-terminal domains of alpha(1B)- or alpha(1D)-ARs are not involved in interaction with rho-TIA. Alanine-scanning mutagenesis of rho-TIA showed F18A had an increased selectivity for alpha(1B)-ARs, and F18N also increased subtype selectivity. I8A had a slightly reduced potency at alpha(1B)-ARs and was found to be a competitive, rather than noncompetitive, inhibitor in both radioligand and functional assays. Thus rho-TIA noncompetitively inhibits alpha(1B)-ARs but competitively inhibits the other two subtypes, and this selectivity can be increased by mutation. These differential interactions do not involve the receptor amino termini and are not because of the charged nature of the peptide, and isoleucine 8 is critical for its noncompetitive inhibition at alpha(1B)-ARs.

Genetic association and cellular function of MC1R variant alleles in human pigmentation

We have examined MC1R variant allele frequencies in the general population of South East Queensland and in a collection of adolescent dizygotic and monozygotic twins and family members to define statistical associations with hair and skin color, freckling, and mole count. Results of these studies are consistent with a linear recessive allelic model with multiplicative penetrance in the inheritance of red hair. Four alleles, D84E, R151C, R160W, and D294H, are strongly associated with red hair and fair skin with multinomial regression analysis showing odds ratios of 63, 118, 50, and 94, respectively. An additional three low-penetrance alleles V60L, V92M, and R163Q have odds ratios 6, 5, and 2 relative to the wild-type allele. To address the cellular effects of MC1R variant alleles in signal transduction, we expressed these receptors in permanently transfected HEK293 cells. Measurement of receptor activity via induction of a cAMP-responsive luciferase reporter gene found that the R151C and R160W receptors were active in the presence of NDP-MSH ligand, but at much reduced levels compared with that seen with the wild-type receptor. The ability to stimulate phosphorylation of the cAMP response element binding protein (CREB) transcription factor was also apparent in all stimulated MC1R variant allele-expressing HEK293 cell extracts as assessed by immunoblotting. In contrast, human melanoma cell lines showed wide variation in the their ability to undergo cAMP-mediated CREB phosphorylation. Culture of human melanocytes of known MC1R genotype may provide the best experimental approach to examine the functional consequences for each MC1R variant allele. With this objective, we have established more than 300 melanocyte cell strains of defined MC1R genotype.