Heat Shock Protein 90 as a Drug Target against Protozoan Infections Biochemical characterization of HSP90 From plasmodium falciparum and trypanosoma evansi and evaluation of its inhibitor as a candidate drug

Using a pharmacological inhibitor of Hsp90 in cultured malarial parasite, we have previously implicated Plasmodium falciparum Hsp90 (PfHsp90) as a drug target against malaria. In this study, we have biochemically characterized PfHsp90 in terms of its ATPase activity and interaction with its inhibitor geldanamycin (GA) and evaluated its potential as a drug target in a preclinical mouse model of malaria. In addition, we have explored the potential of Hsp90 inhibitors as drugs for the treatment of Trypanosoma infection in animals. Our studies with full-length PfHsp90 showed it to have the highest ATPase activity of all known Hsp90s; its ATPase activity was 6 times higher than that of human Hsp90. Also, GA brought about more robust inhibition of PfHsp90 ATPase activity as compared with human Hsp90. Mass spectrometric analysis of PfHsp90 expressed in P. falciparum identified a site of acetylation that overlapped with Aha1 and p23 binding domain, suggesting its role in modulating Hsp90 multichaperone complex assembly. Indeed, treatment of P. falciparum cultures with a histone deacetylase inhibitor resulted in a partial dissociation of PfHsp90 complex. Furthermore, we found a well known, semisynthetic Hsp90 inhibitor, namely 17-(allylamino)-17-demethoxygeldanamycin, to be effective in attenuating parasite growth and prolonging survival in a mouse model of malaria. We also characterized GA binding to Hsp90 from another protozoan parasite, namely Trypanosoma evansi. We found 17-(allylamino)-17-demethoxygeldanamycin to potently inhibit T. evansi growth in a mouse model of trypanosomiasis. In all, our biochemical characterization, drug interaction, and animal studies supported Hsp90 as a drug target and its inhibitor as a potential drug against protozoan diseases.

Inhibition of p38 pathway leads to OA-like changes in a rat animal model

Objectives The p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) signal transduction pathway is involved in a variety of inflammatory responses, including cytokine generation, cell differentiation proliferation and apoptosis. Here, we examined the effects of systemic p38 MAPK inhibition on cartilage cells and osteoarthritis (OA) disease progression by both in vitro and in vivo approaches. Methods p38 kinase activity was evaluated in normal and OA cartilage cells by measuring the amount of phosphorylated protein. To examine the function of p38 signaling pathway in vitro, normal chondrocytes were isolated and differentiated in the presence or absence of p38 inhibitor; SB203580 and analysed for chondrogenic phenotype. Effect of systemic p38 MAPK inhibition in normal and OA (induced by menisectomy) rats were analysed by treating animals with vehicle alone (DMS0) or p38 inhibitor (SB203580). Damage to the femur and tibial plateau was evaluated by modified Mankin score, histology and immunohistochemistry. Results Our in vitro studies have revealed that a down-regulation of chondrogenic and increase of hypertrophic gene expression occurs in the normal chondrocytes, when p38 is neutralized by a pharmacological inhibitor. We further observed that the basal levels of p38 phosphorylation were decreased in OA chondrocytes compared with normal chondrocytes. These findings together indicate the importance of this pathway in the regulation of cartilage physiology and its relevance to OA pathogenesis. At in vivo level, systematic administration of a specific p38 MAPK inhibitor, SB203580, continuously for over a month led to a significant loss of proteoglycan; aggrecan and cartilage thickness. On the other hand, SB203580 treated normal rats showed a significant increase in TUNEL positive cells, cartilage hypertrophy markers such as Type 10 collagen, Runt-related transcription factor and Matrix metalloproteinase-13 and substantially induced OA like phenotypic changes in the normal rats. In addition, menisectomy induced OA rat models that were treated with p38 inhibitor showed aggravation of cartilage damage. Conclusions In summary, this study has provided evidence that the component of the p38 MAPK pathway is important to maintain the cartilage health and its inhibition can lead to severe cartilage degenerative changes. The observations in this study highlight the possibility of using activators of the p38 pathway as an alternative approach in the treatment of OA.

A Novel C-Terminal Homologue of Aha1 Co-Chaperone Binds to Heat Shock Protein 90 and Stimulates Its ATPase Activity in Entamoeba histolytica

Cytosolic heat shock protein 90 (Hsp90) has been shown to be essential for many infectious pathogens and is considered a potential target for drug development. In this study, we have carried out biochemical characterization of Hsp90 from a poorly studied protozoan parasite of clinical importance, Entamoeba histolytica. We have shown that Entamoeba Hsp90 can bind to both ATP and its pharmacological inhibitor, 17-AAG (17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin), with K-d values of 365.2 and 10.77 mu M, respectively, and it has a weak ATPase activity with a catalytic efficiency of 4.12 x 10(-4) min(-1) mu M-1. Using inhibitor 17-AAG, we have shown dependence of Entamoeba on Hsp90 for its growth and survival. Hsp90 function is regulated by various co-chaperones. Previous studies suggest a lack of several important co-chaperones in E. histolytica. In this study, we describe the presence of a novel homologue of co-chaperone Aha1 (activator of Hsp90 ATPase), EhAha1c, lacking a canonical Aha1 N-terminal domain. We also show that EhAha1c is capable of binding and stimulating ATPase activity of EhHsp90. In addition to highlighting the potential of Hsp90 inhibitors as drugs against amoebiasis, our study highlights the importance of E. histolytica in understanding the evolution of Hsp90 and its co-chaperone repertoire. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

ICln, a novel integrin alpha(11b)beta3-associated protein, functionally regulates platelet activation.

A critical role for the conserved -integrin cytoplasmic motif, KVGFFKR, is recognized in the regulation of activation of the platelet integrin IIb3. To understand the molecular mechanisms of this regulation, we sought to determine the nature of the protein interactions with this cytoplasmic motif. We used a tagged synthetic peptide, biotin-KVGFFKR, to probe a high density protein expression array (37,200 recombinant human proteins) for high affinity interactions. A number of potential integrin-binding proteins were identified. One such protein, a chloride channel regulatory protein, ICln, was characterized further because its affinity for the integrin peptide was highest as was its expression in platelets. We verified the presence of ICln in human platelets by PCR, Western blots, immunohistochemistry, and its co-association with IIb3 by surface plasmon resonance. The affinity of this interaction was 82.2 ± 24.4 nM in a cell free assay. ICln co-immunoprecipitates with IIb3 in platelet lysates demonstrating that this interaction is physiologically relevant. Furthermore, immobilized KVGFFKR peptides, but not control KAAAAAR peptides, specifically extract ICln from platelet lysates. Acyclovir (100 µM to 5 mM), a pharmacological inhibitor of the ICln chloride channel, specifically inhibits integrin activation (PAC-1 expression) and platelet aggregation without affecting CD62 P expression confirming a specific role for ICln in integrin activation. In parallel, a cell-permeable peptide corresponding to the potential integrin-recognition domain on ICln (AKFEEE, 10–100 µM) also inhibits platelet function. Thus, we have identified, verified, and characterized a novel functional interaction between the platelet integrin and ICln, in the platelet membrane.

Post-Translational Inhibition of IP-10 Secretion in IEC by Probiotic Bacteria: Impact on Chronic Inflammation

Background: Clinical and experimental studies suggest that the probiotic mixture VSL#3 has protective activities in the context of inflammatory bowel disease (IBD). The aim of the study was to reveal bacterial strain-specific molecular mechanisms underlying the anti-inflammatory potential of VSL#3 in intestinal epithelial cells (IEC).

Methodology/Principal Findings: VSL#3 inhibited TNF-induced secretion of the T-cell chemokine interferon-inducible protein (IP-10) in Mode-K cells. Lactobacillus casei (L. casei) cell surface proteins were identified as active anti-inflammatory components of VSL#3. Interestingly, L. casei failed to block TNF-induced IP-10 promoter activity or IP-10 gene transcription at the mRNA expression level but completely inhibited IP-10 protein secretion as well as IP-10-mediated T-cell transmigration. Kinetic studies, pulse-chase experiments and the use of a pharmacological inhibitor for the export machinery (brefeldin A) showed that L. casei did not impair initial IP-10 production but decreased intracellular IP-10 protein stability as a result of blocked IP-10 secretion. Although L. casei induced IP-10 ubiquitination, the inhibition of proteasomal or lysosomal degradation did not prevent the loss of intracellular IP-10. Most important for the mechanistic understanding, the inhibition of vesicular trafficking by 3-methyladenine (3-MA) inhibited IP-10 but not IL-6 expression, mimicking the inhibitory effects of L. casei. These findings suggest that L. casei impairs vesicular pathways important for the secretion of IP-10, followed by subsequent degradation of the proinflammatory chemokine. Feeding studies in TNF Delta ARE and IL-10(-/-) mice revealed a compartimentalized protection of VSL#3 on the development of cecal but not on ileal or colonic inflammation. Consistent with reduced tissue pathology in IL-10(-/-) mice, IP-10 protein expression was reduced in primary epithelial cells.

Conclusions/Significance: We demonstrate segment specific effects of probiotic intervention that correlate with reduced IP-10 protein expression in the native epithelium. Furthermore, we revealed post-translational degradation of IP-10 protein in IEC to be the molecular mechanism underlying the anti-inflammatory effect.

Translation suppression promotes stress granule formation and cell survival in response to cold shock

Cells respond to different types of stress by inhibition of protein synthesis and subsequent assembly of stress granules (SGs), cytoplasmic aggregates that contain stalled translation preinitiation complexes. Global translation is regulated through the translation initiation factor eukaryotic initiation factor 2a (eIF2a) and the mTOR pathway. Here we identify cold shock as a novel trigger of SG assembly in yeast and mammals. Whereas cold shock-induced SGs take hours to form, they dissolve within minutes when cells are returned to optimal growth temperatures. Cold shock causes eIF2a phosphorylation through the kinase PERK in mammalian cells, yet this pathway is not alone responsible for translation arrest and SG formation. In addition, cold shock leads to reduced mitochondrial function, energy depletion, concomitant activation of AMP-activated protein kinase (AMPK), and inhibition of mTOR signaling. Compound C, a pharmacological inhibitor of AMPK, prevents the formation of SGs and strongly reduces cellular survival in a translation-dependent manner. Our results demonstrate that cells actively suppress protein synthesis by parallel pathways, which induce SG formation and ensure cellular survival during hypothermia.

Evaluation of quinazolin-4-piperidine sulfamides as inhibitors of human NPP1: relevance in the treatment of pathologic mineralization of valve interstitial cells

Le rétrécissement valvulaire aortique calcifié (RAC) est le trouble valvulaire le plus fréquent chez les personnes âgées des pays développés. La seule option de traitement possible le remplacement de la valve aortique. L’identification du rôle de l’enzyme ecto-nucleotidase NPP1 dans le processus de calcification suggère que cette enzyme pourrait être une cible potentielle pour le développement d’un inhibiteur pharmacologique contre la calcification de la valve aortique. Jusqu’à présent, les composés qui ont été développés en tant qu’inhibiteurs de NPP1 manquent de puissance et de spécificité. Dans la présente étude, nous avons démontré que les dérivés de sulfonamides quinazolin-4-pipéridine sont des inhibiteurs puissants, spécifiques, et non-compétitifs de NPP1. In vitro, dans des cellules isolées de valve aortique nous avons fourni des preuves que l’inhibition de NPP1 par ces dérivés bloque la minéralisation, l’apoptose et la transition ostéogénique des cellules interstitielles de valve aortique.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Étude des déterminants moléculaires de la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G et développement d'outils pour l'étude de l'effecteur bêta-arrestine.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) constituent la plus grande famille de protéines membranaires du génome humain. Ils transmettent les signaux extracellulaires provenant de plusieurs stimuli comme les odeurs, les ions, les hormones et les neurotransmetteurs, à l'intérieur des cellules. En se liant aux RCPGs, ces molécules contribuent à la stabilisation des changements conformationnels activateurs qui se propagent jusqu'au domaine intracellulaire des récepteurs. Ces derniers engagent ensuite un ou plusieurs effecteurs, comme les protéines G hétérotrimériques et les β-arrestines (βarrs), qui activent une cascade d'événements moléculaires menant à la réponse cellulaire.Récemment, la publication de structures cristallines de RCPGs liant des ligands diffusibles a offert une opportunité de raffiner à une résolution atomique les modèles des mécanismes de transduction des signaux. Dans la première partie de cette thèse, nous avons donc exploré les déterminants de la signalisation du récepteur prototypique β2-adrénergique (β2AR), induite par les β-bloqueurs. En ne tenant compte que de leur efficacités sur le β2AR dans les voies de l'adénylate cyclase (AC) et des protéines kinases activées par les facteurs mitogéniques (MAPK), les β-bloqueurs peuvent être classés en 3 groupes distincts (agoniste inverse AC / agoniste MAPK, antagoniste neutre AC / agoniste MAPK et agoniste inverse AC / agoniste inverse MAPK). Afin de déterminer le lien entre leur efficacité et leur mode de liaison, nous avons réalisé des expériences d'arrimages moléculaires in silico entre des β-bloqueurs de chacun des groupes et la structure cristalline du β2AR liée au carazolol. De manière intéressante, les ligands à l'intérieur d'un groupe partagent un mode de liaison, alors que ceux des ligands entre les groupes divergent, suggérant que le mode de liaison des β-bloqueurs pourrait être utilisé pour prédire leur l'efficacité. En accord avec cette hypothèse, nous avons prédit et confirmé l'efficacité agoniste MAPK du carazolol, un inverse agoniste AC du β2AR se liant au récepteur de manière similaire au groupe inverse agoniste AC / agoniste MAPK. De manière intéressante, le groupement aryl des ligands agonistes inverses agonistes AC / agoniste MAPK, le seul groupement chimique variable de ce groupe, est prédite pour lier la région des 3e et 5e hélices transmembranaires (TM3 et TM5). Nous avons donc émis l'hypothèse que cette région pourrait être un déterminant de l'efficacité de ces ligands. En accord avec cette dernière, la mutation de 2 résidus (T118I, S203A) localisés proches du site de liaison des groupements aryls des β-bloqueurs, prévient l'efficacité agoniste inverse de l'ICI-118551 sur la voie de l'AC sans affecter l'efficacité d'un agoniste, indiquant que cette région est importante pour la transmission de l'effet agoniste inverse, du moins sur la voie de l'AC. Les βarrs sont des protéines d'échafaudage qui coordonnent la formation de complexes avec plusieurs dizaines d'effecteurs de signalisation. Originalement identifiées pour leur rôle dans la désensibilisation et l'internalisation des RCPGs, elles sont aussi d'importants effecteurs de la signalisation des RCPGs indépendante des protéines G hétérotrimériques. Cependant, contrairement aux protéines G hétérotrimériques, il n'existe que peu d'outils pour les étudier. Ainsi, la deuxième partie de la thèse est dédiée au développement d'outils pour l'étude des βarrs. À cette fin, nous avons d'abord tenté de transposer une méthode de mesure de l'interaction entre 2 protéines par la technologie de transfert d'énergie de bioluminescence par résonance (BRET) en microscopie et chez des souris transgéniques afin de mesurer de manière subcellulaire et dans un contexte natif l'engagement de la βarr à des RCPGs. Ainsi, nous avons établi les preuves de principe que le BRET peut être utilisé pour localiser l'interaction entre la βarr et le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) sur une cellule au microscope et pour détecter l'interaction entre la βarr et le β2AR sur des tissus de souris transgéniques exprimant ces protéines fusionnées avec des partenaires BRET. Finalement, il n'existe aucun inhibiteur pharmacologique ciblant les βarrs. Ainsi, grâce à la combinaison d'approches de criblage virtuel sur un modèle de la structure des βarrs et d'essais de validation cellulaire, nous avons développé un inhibiteur pharmacologique des βarrs. À l'aide de cet outil, nous avons confirmé l'implication des βarrs dans l'activation des MAPK par le V2R, mais aussi montré un nouveau rôle des βarrs dans le recyclage du β2AR. Les connaissances et outils développés dans cette thèse permettront de mieux comprendre les déterminants moléculaires de la signalisation des RCPGs et entre autres, grâce à des nouvelles approches pour étudier le rôle cellulaire et physiologique des βarrs.

A sensitized RNA interference screen identifies a novel role for the PI3K p110γ isoform in medulloblastoma cell proliferation and chemoresistance

Medulloblastoma is the most common malignant brain tumor in children and is associated with a poor outcome. We were interested in gaining further insight into the potential of targeting the human kinome as a novel approach to sensitize medulloblastoma to chemotherapeutic agents. A library of small interfering RNA (siRNA) was used to downregulate the known human protein and lipid kinases in medulloblastoma cell lines. The analysis of cell proliferation, in the presence or absence of a low dose of cisplatin after siRNA transfection, identified new protein and lipid kinases involved in medulloblastoma chemoresistance. PLK1 (polo-like kinase 1) was identified as a kinase involved in proliferation in medulloblastoma cell lines. Moreover, a set of 6 genes comprising ATR, LYK5, MPP2, PIK3CG, PIK4CA, and WNK4 were identified as contributing to both cell proliferation and resistance to cisplatin treatment in medulloblastoma cells. An analysis of the expression of the 6 target genes in primary medulloblastoma tumor samples and cell lines revealed overexpression of LYK5 and PIK3CG. The results of the siRNA screen were validated by target inhibition with specific pharmacological inhibitors. A pharmacological inhibitor of p110γ (encoded by PIK3CG) impaired cell proliferation in medulloblastoma cell lines and sensitized the cells to cisplatin treatment. Together, our data show that the p110γ phosphoinositide 3-kinase isoform is a novel target for combinatorial therapies in medulloblastoma.

Cathepsin D primes caspase-8 activation by multiple intra-chain proteolysis

During the resolution of inflammatory responses, neutrophils rapidly undergo apoptosis. A direct and fast activation of caspase-8 by cathepsin D was shown to be crucial in the initial steps of neutrophil apoptosis. Nevertheless, the activation mechanism of caspase-8 remains unclear. Here, by using site-specific mutants of caspase-8, we show that both cathepsin D-mediated proteolysis and homodimerization of caspase-8 are necessary to generate an active caspase-8. At acidic pH, cathepsin D specifically cleaved caspase-8 but not the initiator caspase-9 or -10 and significantly increased caspase-8 activity in dimerizing conditions. These events were completely abolished by pepstatin A, a pharmacological inhibitor of cathepsin D. The cathepsin D intra-chain proteolysis greatly stabilized the active site of caspase-8. Moreover, the main caspase-8 fragment generated by cathepsin D cleavage could be affinity-labeled with the active site probe biotin-VAD-fluoromethyl ketone, suggesting that this fragment is enzymatically active. Importantly, in an in vitro cell-free assay, the addition of recombinant human caspase-8 protein, pre-cleaved by cathepsin D, was followed by caspase-3 activation. Our data therefore indicate that cathepsin D is able to initiate the caspase cascade by direct activation of caspase-8. As cathepsin D is ubiquitously expressed, this may represent a general mechanism to induce apoptosis in a variety of immune and nonimmune cells.

RNA interference screening identifies a novel role for PCTK1/CDK16 in medulloblastoma with c-Myc amplification.

Medulloblastoma (MB) is the most common malignant brain tumor in children and is associated with a poor outcome. cMYC amplification characterizes a subgroup of MB with very poor prognosis. However, there exist so far no targeted therapies for the subgroup of MB with cMYC amplification. Here we used kinome-wide RNA interference screening to identify novel kinases that may be targeted to inhibit the proliferation of c-Myc-overexpressing MB. The RNAi screen identified a set of 5 genes that could be targeted to selectively impair the proliferation of c-Myc-overexpressing MB cell lines: AKAP12 (A-kinase anchor protein), CSNK1α1 (casein kinase 1, alpha 1), EPHA7 (EPH receptor A7) and PCTK1 (PCTAIRE protein kinase 1). When using RNAi and a pharmacological inhibitor selective for PCTK1, we could show that this kinase plays a crucial role in the proliferation of MB cell lines and the activation of the mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway. In addition, pharmacological PCTK1 inhibition reduced the expression levels of c-Myc. Finally, targeting PCTK1 selectively impaired the tumor growth of c-Myc-overexpressing MB cells in vivo. Together our data uncover a novel and crucial role for PCTK1 in the proliferation and survival of MB characterized by cMYC amplification.

The role of SRC family kinase activation in prostate cancer growth and lymph node metastasis

Aberrant expression and/or activation of Src Family of non-receptor protein tyrosine kinases (SFKs) occur frequently during progressive stages of multiple types of human malignancies, including prostate cancer. Two SFKs, Src and Lyn, are expressed and implicated in prostate cancer progression. Work in this dissertation investigated the specific roles of Src and Lyn in the prostate tumor progression, and the effects of SFK inhibition on prostate tumor growth and lymph node metastasis in pre-clinical mouse models. ^ Firstly, using a pharmacological inhibitor of SFKs in clinical trials, dasatinib, I demonstrated that SFK inhibition affects both cellular migration and proliferation in vitro. Systemic administration of dasatinib reduced primary tumor growth, as well as development of lymph node metastases, in both androgen-sensitive and -resistant orthotopic prostate cancer mouse models. Immunohistochemical analysis of the primary tumors revealed that dasatinib treatment decreased SFK phosphorylation but not expression, resulting in decreased cellular proliferation and increased apoptosis. For this analysis of immunohistochemical stained tissues, I developed a novel method of quantifying immunohistochemical stain intensity that greatly reduced the inherent bias in analyzing staining intensity. ^ To determine if Src and Lyn played overlapping or distinct roles in prostate cancer tumor growth and progression, Src expression alone was inhibited by small-interfering RNA. The resulting stable cell lines were decreased in migration, but not substantially affected in proliferation rates. In contrast, an analogous strategy targeting Lyn led to stable cell lines in which proliferation rates were significantly reduced. ^ Lastly, I tested the efficacy of a novel SFK inhibitor (KX2-391) targeting peptide substrate-binding domain, on prostate cancer growth and lymph node metastasis in vivo. I demonstrated that KX2-391 has similar effects as dasatinib, an ATP-competitive small molecular inhibitor, on both the primary tumor growth and development of lymph node metastasis in vivo, work that contributed to the first-in-man Phase I clinical trial of KX2-391. ^ In summary, studies in this dissertation provide the first demonstration that Src and Lyn activities affect different cellular functions required for prostate tumor growth and metastasis, and SFK inhibitors effectively reduce primary tumor growth and lymph node metastasis. Therefore, I conclude that SFKs are promising therapeutic targets for treatment of human prostate cancer. ^

The Multisubstrate Docking Site of the MET Receptor Is Dispensable for MET-mediated RAS Signaling and Cell Scattering

The scatter factor/hepatocyte growth factor regulates scattering and morphogenesis of epithelial cells through activation of the MET tyrosine kinase receptor. In particular, the noncatalytic C-terminal tail of MET contains two autophosphorylation tyrosine residues, which form a multisubstrate-binding site for several cytoplasmic effectors and are thought to be essential for signal transduction. We show here that a MET receptor mutated on the four C-terminal tyrosine residues, Y1311F, Y1347F, Y1354F, and Y1363F, can induce efficiently a transcriptional response and cell scattering, whereas it cannot induce cell morphogenesis. Although the mutated receptor had lost its ability to recruit and/or activate known signaling molecules, such as GRB2, SHC, GAB1, and PI3K, by using a sensitive association–kinase assay we found that the mutated receptor can still associate and phosphorylate a ∼250-kDa protein. By further examining signal transduction mediated by the mutated MET receptor, we established that it can transmit efficient RAS signaling and that cell scattering by the mutated MET receptor could be inhibited by a pharmacological inhibitor of the MEK-ERK (MAP kinase kinase–extracellular signal-regulated kinase) pathway. We propose that signal transduction by autophosphorylation of the C-terminal tyrosine residues is not the sole mechanism by which the activated MET receptor can transmit RAS signaling and cell scattering.

Characterization of SKT1, an Inwardly Rectifying Potassium Channel from Potato, by Heterologous Expression in Insect Cells

A cDNA encoding a novel, inwardly rectifying K+ (K+in) channel protein, SKT1, was cloned from potato (Solanum tuberosum L.). SKT1 is related to members of the AKT family of K+in channels previously identified in Arabidopsis thaliana and potato. Skt1 mRNA is most strongly expressed in leaf epidermal fragments and in roots. In electrophysiological, whole-cell, patch-clamp measurements performed on baculovirus-infected insect (Spodoptera frugiperda) cells, SKT1 was identified as a K+in channel that activates with slow kinetics by hyperpolarizing voltage pulses to more negative potentials than −60 mV. The pharmacological inhibitor Cs+, when applied externally, inhibited SKT1-mediated K+in currents half-maximally with an inhibitor concentration (IC50) of 105 μm. An almost identical high Cs+ sensitivity (IC50 = 90 μm) was found for the potato guard-cell K+in channel KST1 after expression in insect cells. SKT1 currents were reversibly activated by a shift in external pH from 6.6 to 5.5, which indicates a physiological role for pH-dependent regulation of AKT-type K+in channels. Comparative studies revealed generally higher current amplitudes for KST1-expressing cells than for SKT1-expressing insect cells, which correlated with a higher targeting efficiency of the KST1 protein to the insect cell's plasma membrane, as demonstrated by fusions to green fluorescence protein.