Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

Epidermal growth factor-stimulated extravillous cytotrophoblast motility is mediated by the activation of PI3-K, Akt and both p38 and p42/44 mitogen-activated protein kinases

BACKGROUND: Trophoblast invasion is a temporally and spatially regulated scheme of events that can dictate pregnancy outcome. Evidence suggests that the potent mitogen epidermal growth factor (EGF) regulates cytotrophoblast (CTB) differentiation and invasion during early pregnancy. METHODS AND RESULTS: In the present study, the first trimester extravillous CTB cell line SGHPL-4 was used to investigate the signalling pathways involved in the motile component of EGF-mediated CTB migration/invasion. EGF induced the phosphorylation of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K)-dependent proteins, Akt and GSK-3β as well as both p42/44 MAPK and p38 mitogen-activated protein kinases (MAPK). EGF-stimulated motility was significantly reduced following the inhibition of PI3-K (P < 0.001), Akt (P < 0.01) and both p42/44 MAPK (P < 0.001) and p38 MAPKs (P < 0.001) but not the inhibition of GSK-3β. Further analysis indicated that the p38 MAPK inhibitor SB 203580 inhibited EGF-stimulated phosphorylation of Akt on serine 473, which may be responsible for the effect SB 203580 has on CTB motility. Although Akt activation leads to GSK-3β phosphorylation and the subsequent expression of β-catenin, activation of this pathway by 1-azakenpaullone was insufficient to stimulate the motile phenotype. CONCLUSION: We demonstrate a role for PI3-K, p42/44 MAPK and p38 MAPK in the stimulation of CTB cell motility by EGF, however activation of β-catenin alone was insufficient to stimulate cell motility.

Induction of heme oxygenase 1 by moderately oxidized low-density lipoproteins in human vascular smooth muscle cells: role of mitogen-activated protein kinases and Nrf2

Oxidized low-density lipoproteins (LDL) play a central role in atherogenesis and induce expression of the antioxidant stress protein heme oxygenase 1 (HO-1). In the present study we investigated induction of HO-1 and adaptive increases in reduced glutathione (GSH) in human aortic smooth muscle cells (SMC) in response to moderately oxidized LDL (moxLDL, 100 mu g protein/ml, 24 h), a species containing high levels of lipid hydroperoxides. Expression and activity of HO-1 and GSH levels were elevated to a greater extent by moxLDL than highly oxidized LDL but unaffected by native or acetylated LDL. Inhibitors of protein kinase C (PKC) or mitogen-activated protein kinases (MAPK) p38(MAPK) and MEK or c-jun-NH2-terminal kinase (JNK) significantly attenuated induction of HO-1. Phosphorylation of p38(MAPK), extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2), or JNK and nuclear translocation of the transcription factor Nrf2 were enhanced following acute exposure of SMC to rnoxLDL (100 mu g proteiri/ml, 1-2 h). Pretreatment of SMC with the antioxidant vitamin C (100 mu M, 24 h) attenuated the induction of HO-1 by moxLDL. Native and oxidized LDL did not alter basal levels of intracellular ATP, mitochondrial dehydrogenase activity, or expression of the lectin-like oxidized LDL receptor (LOX-1) in SMC. These findings demonstrate for the first time that activation of PKC, p38(MAPK), JNK, ERK1/2, and Nrf2 by oxidized LDL in human SMC leads to HO-1 induction, constituting an adaptive response against oxidative injury that can be ameliorated by vitamin C. (C) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Influência do exercício físico sobre o estresse oxidativo, as MAPK e o NF-kB no músculo sóleo de ratos com insuficiência cardíaca induzida por estenose aórtica

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Induction of tenascin-C by cyclic tensile strain versus growth factors: distinct contributions by Rho/ROCK and MAPK signaling pathways

Expression of the extracellular matrix (ECM) protein tenascin-C is induced in fibroblasts by growth factors as well as by tensile strain. Mechanical stress can act on gene regulation directly, or indirectly via the paracrine release of soluble factors by the stimulated cells. To distinguish between these possibilities for tenascin-C, we asked whether cyclic tensile strain and soluble factors, respectively, induced its mRNA via related or separate mechanisms. When cyclic strain was applied to chick embryo fibroblasts cultured on silicone membranes, tenascin-C mRNA and protein levels were increased twofold within 6 h compared to the resting control. Medium conditioned by strained cells did not stimulate tenascin-C mRNA in resting cells. Tenascin-C mRNA in resting cells was increased by serum; however, cyclic strain still caused an additional induction. Likewise, the effect of TGF-beta1 or PDGF-BB was additive to that of cyclic strain, whereas IL-4 or H2O2 (a reactive oxygen species, ROS) did not change tenascin-C mRNA levels. Antagonists for distinct mitogen-activated protein kinases (MAPK) inhibited tenascin-C induction by TGF-beta1 and PDGF-BB, but not by cyclic strain. Conversely, a specific inhibitor of Rho-dependent kinase strongly attenuated the response of tenascin-C mRNA to cyclic strain, but had limited effect on induction by growth factors. The data suggest that regulation of tenascin-C in fibroblasts by cyclic strain occurs independently from soluble mediators and MAPK pathways; however, it requires Rho/ROCK signaling.

Fluid shear stress inhibits TNF-α activation of JNK but not ERK1/2 or p38 in human umbilical vein endothelial cells: Inhibitory crosstalk among MAPK family members

Atherosclerosis preferentially occurs in areas of turbulent flow and low fluid shear stress, whereas laminar flow and high shear stress are atheroprotective. Inflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor-α (TNF-α) and IL-1 stimulate expression of endothelial cell (EC) genes that may promote atherosclerosis. TNF-α and IL-1 regulate gene expression in ECs, in part, by stimulating mitogen-activated protein kinases (MAPK), which phosphorylate transcription factors. We hypothesized that steady laminar flow inhibits cytokine-mediated activation of MAPK in EC. To test this hypothesis, we determined the effects of flow (shear stress = 12 dynes/cm2) on TNF-α and IL-1-stimulated activity of three MAPK in human umbilical vein ECs (HUVEC): extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2), p38, and c-Jun N-terminal kinase (JNK). Flow alone stimulated ERK1/2 and p38 activity but decreased JNK activity compared with static controls. TNF-α or IL-1 alone activated ERK1/2, p38, and JNK maximally at 15 min in HUVEC. Preexposing HUVEC for 10 min to flow inhibited TNF-α and IL-1 activation of JNK by 46% and 49%, respectively, but had no significant effect on ERK1/2 or p38 activation. Incubation of HUVEC with PD98059, which inhibits flow-mediated ERK1/2 activation, prevented flow from inhibiting cytokine activation of JNK. Phorbol 12-myristate 13-acetate, which strongly activates ERK1/2, also inhibited TNF-α activation of JNK. These findings indicate that fluid shear stress inhibits TNF-α-mediated signaling events in HUVEC via the activation of the ERK1/2 signaling pathway. Inhibition of TNF-α signal transduction represents a mechanism by which steady laminar flow may exert atheroprotective effects on the endothelium.

Integrin αvβ3 mediates upregulation of epidermal growth-factor receptor expression and activity in human ovarian cancer cells

Upon overexpression of integrin αvβ3 and its engagement by vitronectin, we previously showed enhanced adhesion, proliferation, and motility of human ovarian cancer cells. By studying differential expression of genes possibly related to these tumor biological events, we identified the epidermal growth-factor receptor (EGF-R) to be under control of αvβ3 expression levels. Thus in the present study we characterized αvβ3-dependent changes of EGF-R and found significant upregulation of its expression and activity which was reflected by prominent changes of EGF-R promoter activity. Upon disruption of DNA-binding motifs for the transcription factors p53, ETF, the repressor ETR, p50, and c-rel, respectively, we sought to identify DNA elements contributing to αvβ3-mediated EGF-R promoter induction. Both, the p53- and ETF-mutant, while exhibiting considerably lower EGF-R promoter activity than the wild type promoter, retained inducibility by αvβ3. Mutation of the repressor motif ETR, as expected, enhanced EGF-R promoter activity with a further moderate increase upon αvβ3 elevation. The p50-mutant displayed EGF-R promoter activity almost comparable to that of the wild type promoter with no impairment of induction by αvβ3. However, the activity of an EGF-R promoter mutant displaying a disrupted c-rel-binding motif did not only prominently decline, but, moreover, was not longer responsive to enhanced αvβ3, involving this DNA element in αvβ3-dependent EGF-R upregulation. Moreover, αvβ3 did not only increase the EGF-R but, moreover, also led to obvious co-clustering on the cancer cell surface. By studying αvβ3/EGF-R-effects on the focal adhesion kinase (FAK) and the mitogen activated protein kinases (MAPK) p44/42 (erk−1/erk−2), having important functions in synergistic crosstalk between integrins and growth-factor receptors, we found for both significant enhancement of expression and activity upon αvβ3/VN interaction and cell stimulation by EGF. Upregulation of the EGF-R by integrin αvβ3, both receptor molecules with a well-defined role as targets for cancer treatment, might represent an additional mechanism to adapt synergistic receptor signaling and crosstalk in response to an altered tumor cell microenvironment during ovarian cancer progression.

Gene expression profiles in liver of zebrafish treated with microcystin-LR

Microcystin-LR (MC-LR) is the most frequently studied cyclic heptatoxin produced by cyanobacteria, which has tremendous negative impacts on fish, while its molecular mechanism behind remained unclear at present. Here, Affymetrix Zebrafish GeneChip was used to identify alterations in gene expression of zebrafish (Danio rerio) after MC-LR exposure. Among the 14,900 transcripts in the microarray, 273 genes were differentially expressed, in which 243 genes were elevated and 30 were decreased. According to GOstat analysis, MC-LR mainly influenced the cell cycle and mitogen-activated protein kinases (MAPK) signaling pathways. In addition, many immune-related genes were also influenced. These data suggest that MC-LR could promote tumorigenesis and cause immunotoxicity in fish. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Multivariate Statistical Analysis Applied to an IL6 Signal Transduction Model in Hepatocytes

This paper introduces the application of linear multivariate statistical techniques, including partial least squares (PLS), canonical correlation analysis (CCA) and reduced rank regression (RRR), into the area of Systems Biology. This new approach aims to extract the important proteins embedded in complex signal transduction pathway models.The analysis is performed on a model of intracellular signalling along the janus-associated kinases/signal transducers and transcription factors (JAK/STAT) and mitogen activated protein kinases (MAPK) signal transduction pathways in interleukin-6 (IL6) stimulated hepatocytes, which produce signal transducer and activator of transcription factor 3 (STAT3).A region of redundancy within the MAPK pathway that does not affect the STAT3 transcription was identified using CCA. This is the core finding of this analysis and cannot be obtained by inspecting the model by eye. In addition, RRR was found to isolate terms that do not significantly contribute to changes in protein concentrations, while the application of PLS does not provide such a detailed picture by virtue of its construction.This analysis has a similar objective to conventional model reduction techniques with the advantage of maintaining the meaning of the states prior to and after the reduction process. A significant model reduction is performed, with a marginal loss in accuracy, offering a more concise model while maintaining the main influencing factors on the STAT3 transcription.The findings offer a deeper understanding of the reaction terms involved, confirm the relevance of several proteins to the production of Acute Phase Proteins and complement existing findings regarding cross-talk between the two signalling pathways.

Analysis of IL6 Signal Transduction Model using Reduced Rank Regression

This work presents the application of reduced rank regression to the field of systems biology. A computational approach is used to investigate the mechanisms of the janus-associated kinases/signal transducers and transcription factors (JAK/STAT) and mitogen activated protein kinases (MAPK) signal transduction pathways in hepatic cells stimulated by interleukin-6. The results obtained identify the contribution of individual reactions to the dynamics of the model. These findings are compared to previously available results from sensitivity analysis of the model which focused on the parameters involved and their effect. This application of reduced rank regression allows for an understanding of the individual reaction terms involved in the modelled signal transduction pathways and has the benefit of being computationally inexpensive. The obtained results complement existing findings and also confirm the importance of several protein complexes in the MAPK pathway which hints at benefits that can be achieved by further refining the model.

Dynamic single cell measurements of kinase activity by synthetic kinase activity relocation sensors.

BACKGROUND: Mitogen activated protein kinases (MAPK) play an essential role in integrating extra-cellular signals and intra-cellular cues to allow cells to grow, adapt to stresses, or undergo apoptosis. Budding yeast serves as a powerful system to understand the fundamental regulatory mechanisms that allow these pathways to combine multiple signals and deliver an appropriate response. To fully comprehend the variability and dynamics of these signaling cascades, dynamic and quantitative single cell measurements are required. Microscopy is an ideal technique to obtain these data; however, novel assays have to be developed to measure the activity of these cascades. RESULTS: We have generated fluorescent biosensors that allow the real-time measurement of kinase activity at the single cell level. Here, synthetic MAPK substrates were engineered to undergo nuclear-to-cytoplasmic relocation upon phosphorylation of a nuclear localization sequence. Combination of fluorescence microscopy and automated image analysis allows the quantification of the dynamics of kinase activity in hundreds of single cells. A large heterogeneity in the dynamics of MAPK activity between individual cells was measured. The variability in the mating pathway can be accounted for by differences in cell cycle stage, while, in the cell wall integrity pathway, the response to cell wall stress is independent of cell cycle stage. CONCLUSIONS: These synthetic kinase activity relocation sensors allow the quantification of kinase activity in live single cells. The modularity of the architecture of these reporters will allow their application in many other signaling cascades. These measurements will allow to uncover new dynamic behaviour that previously could not be observed in population level measurements.

Étude du rôle de la MAP Kinase non-conventionnelle ERK3 dans le développement thymique et l'activation des lymphocytes T

Les voies de signalisation des MAP kinases (MAPK) conventionnelles jouent des rôles essentiels pendant le développement des lymphocytes T (LT) ainsi que lors de leur activation suite à la reconnaissance antigénique. En raison de ses différences structurelles ainsi que de son mode de régulation, ERK3 fait partie des MAPK dites non-conventionnelles. Encore aujourd’hui, les événements menant à l’activation de ERK3, ses substrats ou partenaires ainsi que sa fonction physiologique demeurent peu caractérisés. Nous avons entrepris dans cette thèse d’étudier le rôle de ERK3 lors du développement et de l’activation des LT en utilisant un modèle de souris déficient pour l’expression de ERK3. Nous avons premièrement établi que ERK3 est exprimée chez les thymocytes. Ensuite, nous avons évalué le développement thymique chez la souris ERK3-déficiente et nous avons observé une diminution significative de la cellularité aux étapes DN1, DP et SP CD4+ du développement des LT. La création de chimères hématopoïétiques ERK3-déficientes nous a permis de démontrer que la diminution du nombre de cellules observée aux étapes DN1 et DP est autonome aux thymocytes alors que le phénotype observé à l’étape SP CD4+ est dépendant de l’abolition simultanée de ERK3 dans l’épithélium thymique et dans les thymocytes. Une étude plus approfondie de l’étape DP nous a permis de démontrer qu’en absence de ERK3, les cellules DP meurent plus abondamment et accumulent des cassures doubles brins (DSB) dans leur ADN. De plus, nous avons démontré que ces cassures dans l’ADN sont réalisées par les enzymes RAG et qu’en absence de ces dernières, la cellularité thymique est presque rétablie chez la souris ERK3-déficiente. Ces résultats suggèrent que ERK3 est impliquée dans un mécanisme essentiel à la régulation des DSB pendant le réarrangement V(D)J de la chaîne  du récepteur des cellules T (RCT). Dans le deuxième article présenté dans cette thèse, nous avons montré que ERK3 est exprimé chez les LT périphériques, mais seulement suite à leur activation via le RCT. Une fois activés in vitro les LT ERK3-déficients présentent une diminution marquée de leur prolifération et dans la production de cytokines. De plus, les LT ERK3-déficients survivent de façon équivalente aux LT normaux, mais étonnamment, ils expriment des niveaux plus faibles de la molécule anti-apoptotique Bcl-2. Ces résultats suggèrent que la prolifération réduite des LT ERK3-déficients est la conséquence d’une altération majeure de leur activation. Ainsi, nos résultats établissent que ERK3 est une MAPK qui joue des rôles essentiels et uniques dans le développement thymique et dans l’activation des lymphocytes T périphériques. Grâce à ces travaux, nous attribuons pour la toute première fois une fonction in vivo pour ERK3 au cours de deux différentes étapes de la vie d’un LT.

Angiopoietine-like 2 : un facteur circulant pro-oxydant et pro-inflammatoire qui contribue au développement de l’athérosclérose

L’athérosclérose est une maladie vasculaire inflammatoire chronique qui se développe progressivement au cours de la vie. Les mécanismes impliqués sont complexes et la recherche de nouveaux candidats impliqués dans l'athérogénèse est toujours d'actualité. L’Angiopoietine-like 2 (Angptl2) est une protéine relativement peu connue, aux propriétés pro-angiogéniques et pro-inflammatoires, qui appartient par homologie à la grande famille des angiopoietines, mais dont le récepteur n'est pas encore clairement identifié. Les situations pathologiques dans lesquelles l’Angptl2 jouerait un rôle crucial sont diverses, mais sa contribution moléculaire dans le développement de l’athérosclérose est inconnue. Par differential display, nous avons initialement identifié l'Angptl2 comme étant surexprimée dans des cellules endothéliales sénescentes, isolées et cultivées à partir d'artères mammaires internes de patients athérosclérotiques ayant subi un pontage coronarien. Cette découverte a été la à base de mon projet, et mes objectifs ont été 1) de déterminer l'implication de l’Angptl2 vasculaire en présence de facteurs de risques tels que le tabagisme et la dyslipidémie, 2) de produire et de purifier une protéine recombinante fonctionnelle de l’Angptl2 afin d'identifier in vitro de nouvelles propriétés cellulaires de l'Angptl2 et 3) d'étudier in vivo le potentiel pro-athérogénique de l'Angptl2 recombinante dans un modèle murin de dyslipidémie sévère. Nous avons montré que l’Angptl2 est sécrétée préférentiellement dans des conditions pro-oxydantes et pro-inflammatoires, avec une augmentation de son expression endothéliale de l’ordre de 6 fois chez des patients coronariens fumeurs atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique. Suite à ces résultats, nous avons émis l’hypothèse que l’Angptl2, en plus de ses fonctions pro-inflammatoires connues, possède des propriétés pro-oxydantes. Nous avons démontré que l’Angptl2 recombinante stimule en effet la production de radicaux libres dans des HUVEC en culture, via l’inhibition partielle de la voie cytoprotectrice antioxydante Nrf2/HO-1 et potentiellement via l'activation de kinase intracellulaire de type p38. A l'aide de souris dyslipidémiques LDLr-/-; hApoB-100+/+, nous avons démontré que le niveau d’Angptl2 plasmatique, vasculaire et dans les plaques athéromateuses, augmente parallèlement avec le développement de l’athérosclérose. De plus, une stimulation avec l’Angptl2 recombinante engendre chez ces souris une réponse inflammatoire évaluée par l’expression endothéliale de cytokines et de molécules d'adhésion et par l’infiltration de leucocytes sur l’endothélium vasculaire. Finalement, l’administration intraveineuse de la protéine recombinante d’Angptl2 pendant quatre semaines à des souris LDLr-/-; hApoB-100+/+ augmente de 10 fois l'expansion de la plaque athérosclérotique et double leur taux de cholestérol circulant. Nous avons aussi montré que chez des patients athérosclérotiques, l'Angptl2 plasmatique est 6 fois plus élevée que chez des sujets sains du même âge. Nos études semblent donc définir l’Angptl2 comme un facteur contribuant directement au développement de l'athérosclérose en favorisant la sénescence, l’inflammation et l’oxydation des cellules endothéliales. Ces propriétés pourraient globalement définir l'Angptl2, non seulement comme un nouveau biomarqueur circulant de l’athérosclérose, mais également comme l'un de ses promoteurs.

Ação de diferentes doses de triiodotironina (T3) sobre a expressão gênica dos receptores de hormônios tireoidianos e leptina em cultura celular de adipócitos, 3T3-L1

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Influência do bloqueio de receptores do tipo 1 (AT1) sobre o perfil metabólico, endócrino e cardiovascular de ratos obesos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)