The effect of protein tyrosine phosphatase SHP1 on tumorigenicity of the MDA -MB231 breast cancer cells

SHP1 is a cytosolic protein tyrosine phosphatase that contains two SH2 domains. It is highly expressed in hematopoietic cells and expressed in normal epithelium at lower levels. While SHP1 in hematopoietic cells is thought to be a negative regulator of cellular signaling by associating with and dephosphorylating various receptors and their downstream effectors after they become activated, its precise function in epithelium remains to be understood. The potential involvement of SHP1 in human tumorigenesis has been hypothesized from the findings that SHP1 can interact with, dephosphorylate, and regulate the activity of several protein tyrosine kinases (PTKs) implicated in human cancer. These PTKs include epidermal growth factor receptor (EGFR) and Src. Such speculation is also supported by the report that SHP1 is overexpressed in human ovarian cancers. ^ Here we report, for the first time, that the levels of SHP1 expression and activity are altered in human breast cancer cells in comparison with normal breast epithelium. In particular, SHP1 expression is nearly lost in the breast cancer cell lines MDA-MB231 and MDA-MB435. After the re-introduction of SHP1 both in wild type (wt) and enzymatically inactive (dn) forms, into the MDA-MB231 cells, we observed no changes in cellular proliferation. However, the overexpression of wt SHP1 led to increased anchorage-independent growth in the MDA-MB231 cells. SHP1 phosphatase activity is essential for such an increase since the overexpression of dn SHP1 had no effect. Enhanced turnorigenicity in nude mice was also observed in the MDA-MB231 cells overexpressing wt SHP1, but not dn SHP1, suggesting the crucial function of SHP1 enzymatic activity in this process. Our observations in this study indicate that SHP1 promotes tumorigenesis by a mechanism or mechanisms apart from enchancing angiogenesis. In addition, we have found no evidence that the overexpression of SHP1 could affect metastatic potential in the MDA-MB231 cells. ^ In the MDA-MB231 cells stably transfected with either wt or dn SHP1 the peak level of EGFR tyrosine phosphorylation induced by EGF, as well as the sensitivity to EGF stimulation, was not altered. However, the overexpression of wt SHP1 led to a slight increase in the kinetics of EGFR dephosphorylation, whereas the overexpression of dn SHP1 led to slightly delayed kinetics of EGFR dephosphorylation. The overexpression of either the wt or dn SHP1 did not lead to any significant increase in Src kinase activity. ^ In NIH3T3 cells, the transient overexpression of SHP1 led to no significant changes in MAP kinase (ERK2) activation by EGF or Akt activation by PDGF. In 3T3H4 cells, the transient overexpression of SHP1 led to no significant changes in MAP kinase (ERK2) activation by heregulin. The transient overexpression of wt SHP1 in the MDA-MB231 cells caused an apparent increase, ranging from 10% to 20%, in the G0/G1 population of the cells with a corresponding decrease in the S phase population. ^ In order to understand the mechanisms by which SHP1 exerts its positive effect on the tumorigenic potential of the MDA-MB231 cells, we employed two-dimensional electrophoresis in an attempt to identify cellular protein(s) with significantly altered tyrosine phosphorylation level upon wt SHP1 overexpression. The overexpression of wt SHP1 but not dn SHP1, leads increased tyrosine phosphorylation of a protein with a molecular weight of approximately 40 kDa and a pI between 5.9 to 6.6. ^

Signalling pathways in skin homeostasis

SUMMARY The results presented here contribute to a better understanding of the crucial molecular relationships and signalling cues exchanged by several fundamental cell types (epidermal keratinocytes, dermal fibroblasts, immune and endothelial cells) of the skin. Importantly we provide evidence to directly implicate Wnt/ß-catenin signalling as a putative player in different cell types (keratinocytes and neutrophils) in mediation of the cutaneous inflammatory response (Fart A). Finally we highlight the importance of several molecules, specifically expressed in the hair follicle stem cell niche to the morphogenesis and homeostasis of the hair follicle (Part B). PART A Currently the body of work pertaining to Wnt signalling and immune cells largely focuses on Wnt signalling in the development of these cells. The data presented here suggests a novel mechanism in which Wnt signalling appears to modulate immune cell recruitment to the skin. Keratinocytes are major contributors to early inflammatory responses by the release of chemokines which recruit immune cells. The resultant inflammatory response is a dynamic process of sequentially infiltrating immune cells governed by a network of growth factors, chemokines and cytokines. In wild type mice the response is typified by a rapid and substantial infiltration of neutrophils followed at later time points by macrophages and Tcells. The expression of the canonical Wnt pathway activating ligand, Wnt3a, is able to induce a strong neutrophil infiltration in the dermis. This response originates in keratinocytes, as it is abrogated upon keratinocyte-specific ablation of ß-catenin. Notably, this suggests that the crucial cross talk between these resident cells and recruited immune cells is, in part, mediated by Wnt signalling. In corroboration of this role of Wnt-mediated recruitment of neutrophils, expression of the Wnt inhibitory ligand sFRPI during acute inflammation results in a dramatic 'dampening' of immune cell infiltration in particular of neutrophil chemoattraction. Importantly, an intrinsic Wnt signalling pathway is essential for neutrophil chemoattraction in response to inflammatory stimuli. There is a marked reduction of neutrophil infiltration in mice grafted with a ß-catenin deficient bone marrow upon TPA induced cutaneous inflammation. Additionally, neutrophils lacking Wnt/ß-catenin fail to respond to IFNγ, an early inflammatory cue, in vitro. In combination, these data indicate a potent function of Wnt signalling in immune cell recruitment and the modulation of the inflammatory response. PART B Tissue specific stem cells form the cellular base on which tissue homeostasis and repair of adult tissue relies. The maintenance of this stem cell pool is highly dependent on the immediate environment or niche. We have identified three genes, the fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1), serpin protease inhibitor (serpin F1) and the haematopoietic cell phosphatase (Hcph) to be specifically expressed in a small population of stromal cells which are in close contact to bulge stem cells. These specialized stromal cells might represent an essential mesenchymal component of the skin stem cell niche and may regulate stem cell proliferation and differentiation. Multiple FGFR1 isoforms are generated through alternate transcript splicing and are able to interact with both FGFs and cell adhesion molecules. Two predominant forms of the receptor are FGFR1-α and FGFR1-ß. Expression of a dominant negative form of the alpha isoform prevents hair follicle morphogenesis altogether. Given that FGFR1-ß signals principally through the FGF ligands, this data indicates that FGF signalling is dispensable for follicle morphogenesis. Moreover the loss of follicular morphogenesis upon suggests a requirement for signalling via cell adhesion molecule association with the receptor as FGFR1 α has a greater affinity for these molecules. The expression of the second candidate niche gene serpin f1, lead to the complete ablation of hair follicle morphogenesis. The serpin f1 product, pigment-epithelial derived factor (PEDF) has potent anti-angiogenic effects. Immunohistochemical analysis using CD31, a endothelial cell marker, revealed that although these cells are present, they have are disorganised and do not form vessels. Interestingly, endothelial cells have been found to contribute to the neuronal stem cell niche and our results suggest a similar mechanism in the skin. SHP1, the Hcph gene product, is a phosphatase which acts in the haematopoetic system. Motheaten mice carrying spontaneous mutations in the Hcph gene have patchy alopecia in their skin and severe defects in their haematopoietic system. However the haematopoietic rescue of the mouse does not result in normal follicular homeostasis. Additionally, ablation of Hcph in either the dermal or keratinocyte compartments of the skin produces hair follicles with abberant morphologies. This data indicates that although SHP1 is not essential for hair follicle morphogenesis it is required in both epidermal and dermal compartments to maintain follicular morphology. RÉSUMÉ PARTIE A Jusqu'à présent, les travaux dédiés à l'étude de la voie de signalisation Wnt dans le système immunitaire se sont essentiellement concentrés sur son rôle dans le développement des cellules immunitaires. Les données présentées ici suggèrent fortement et de manière nouvelle, l'existence d'un mécanisme par lequel la voie de signalisation Wnt/ß-caténine module le recrutement de cellules immunitaires dans un tissu périphérique, la peau, et ainsi la réponse inflammatoire cutanée. La réponse inflammatoire cutanée est un processus dynamique d'infiltration séquentielle de diverses cellules immunitaires, orchestré par un réseau de facteurs de croissance, chémokines et cytokines. Les kératinocytes sont des contributeurs majeurs à la réponse inflammatoire précoce par la libération de chémokines qui permettent ensuite de recruter les cellules immunitaires. Dans des souris sauvages, la réponse est d'abord caractérisée par une infiltration rapide et substantielle de neutrophiles, suivie par celle des macrophages et des lymphocytes T. L'expression d'un ligand activateur de le voie canonique de signalisation Wnt (après injection infra-dermique de fibroblastes sur-exprimant Wnt-3a) induit une infiltration dermique très marquée de neutrophiles. De plus, la réponse est éliminée en l'absence de ß-caténine spécifiquement dans les kératinocytes, indiquant que ces cellules sont à l'origine de la réponse. De manière remarquable, ceci suggère qu'une signalisation cruciale entre ces cellules résidentes de la peau et les cellules immunitaires recrutées est, au moins en partie, médiée par la voie Wnt. Corroborant ce rôle de la voie Wnt/ß-caténine dans le recrutement des neutrophiles, l'expression d'un ligand inhibiteur de la voie (sFRP1) résulte au cours d'une inflammation aigüe en une réduction spectaculaire de l'infiltration des cellules immunitaires en général, et des neutrophiles en particulier. De manière importante, la voie de signalisation Wnt est intrinsèquement requise pour la chémoattraction des neutrophiles en réponse à un stimulus inflammatoire. En effet, suite à une inflammation cutanée induite par un ester de phorbol (TPA), une réduction notable de l'infiltration des neutrophiles est observée dans des souris préalablement greffées avec de la moelle osseuse constituée de cellules déficientes en ß-caténine. De plus, in vitro, les neutrophiles sans ß-caténine ne répondent pas à une stimulation par l'interféron γ, qui est pourtant un signal inflammatoire établi in vivo. En conclusion, nos données indiquent que la voie de signalisation Wnt/ß-caténine joue une fonction active dans le recrutement des cellules immunitaires vers un organe périphérique, la peau, ainsi que dans la modulation, à plusieurs niveaux, de la réponse inflammatoire cutanée. PARTIE B Les cellules souches tissu-spécifiques forment la base cellulaire sur laquelle repose l'homéostase et la réparation tissulaires chez l'adulte. La maintenance de ce réservoir de cellules souches est hautement dépendante de leur environnement cellulaire immédiat, encore appelé «niche des cellules souches». Dans la peau, ces cellules stromales spécialisées représentent un compartiment mésenchymateux essentiel de la niche des cellules souches en régulant leurs prolifération et différentiation. Nous avons identifié trois gènes, le «récepteur 1 àux facteurs de croissance des fibroblastes » (Fgfr1 ), l' «inhibiteur de protéase à sérine » (serpinf1 ou pedf) et la « phosphatase des cellules hématopoiétiques » (Hcph ou Ptpn6), comme spécifiquement exprimés par une petite population de cellules stromales qui sont étroitement associées aux cellules souches de la peau (localisées au niveau du bombement du follicule pileux). Pour analyser leur fonction dans ce contexte, nous avons utilisé un test de reconstitution complète de peau murine en combinaison à des. transductions géniques basées sur l'utilisation de lentivirus. Ce test repose sur le mélange de deux compartiments cellulaires, épidermique (kératinocytes) et dermique (fibroblastes), greffés sur une zone ouverte de peau du dos d'une souris pour ensemble reconstituer la peau. Des isoformes multiples de FGFR1 sont générées par épissage alternatif de transcrits et sont capables d'interagir à la fois avec les FGFs (facteurs de croissance des fibroblastes) et les molécules d'adhésion cellulaires. Les deux formes prédominantes du récepteur, FGFR1-α et FGFR1-ß, ne différent que par le «domaine ressemblant aux immunoglobulines 1 » (immunoglobulin-like 1 domain), absent de FGFR1-ß. De plus, FGFR1-ß a une affinité plus grande pour les FGFs et plus faible pour les molécules d'adhésion cellulaires telles que la Ncadhérine (connue pour activer FGFR). La sur-expression de l'une ou l'autre des formes n'empêche pas la morphogenèse folliculaire mais conduit à la formation de follicules aberrants. Toutefois, une différence phénotypique majeure est observée lorsqu'une forme «Dominant-Négatif » (DN) est exprimée dans le compartiment dermique. La sur-expression de FGFR1-ß DN conduit en effet à la formation de follicules petits et tronqués, avec des gaines épithéliales et un bulbe élargis ainsi qu'une petite papille dermique. Par contre, l'expression de FGFR1-α DN abolit complètement la morphogenèse folliculaire. Etant donné que la signalisation par FGFR1-ß est principalement dépendante des ligands FGFs, ces données indiquent que la signalisation par ceux-cì est non-nécessaire à la morphogenèse folliculaire. De plus, l'abolition du processus par la sur-expression de FGFR1-a DN suggëre une signalisation nécessaire entre le récepteur FGFR1 et une ou des molécules d'adhésion cellulaire. L'expression de notre second candidat comme gène spécifique de la niche des cellules souches de la peau, serpinf1, prévient la morphogenèse folliculaire. Seules de petites structures ressemblant à des cystes sont observées après reconstitution de la peau. De plus, dans ces transplants, aucune cellule CD34-positive (marqueur des cellules souches) n'est retrouvée associé à ces cystes. Le produit du gène serpin f1, le «facteur dérivé d'épithélium pigmentaire » (PEDF) est un puissant facteur anti-angiogénique. Nous avons donc analysé la vascularisation des transplants par immunohistochirnies utilisant CD31, un marqueur des cellules endothéliales. Nos résultats révèlent que les cellules endothéliales sont bien présentes, mais de manière désorganisée et ne formant pas de vaisseaux. De manière intéressante, les cellules endothéliales contribuent activement à la niche des cellules souches neuronales, et nos résultats suggèrent donc l'existence possible d'un mécanisme similaire dans la peau. SHP1, le produit du gène Hcph, est une phosphatase quì agit dans le système hématopoiétique. Les souris « motheaten »qui portent des mutations spontanées du gène ont une alopécie inégale au niveau de la peau et de sévères troubles du système hématopoiétique. Pour s'assurer que le phénotype observé au niveau de la peau n'est pas une conséquence d'un défaut du système hématopoiétique, nous avons transplanté des souris Hcph -/- avec de la moelle osseuse sauvage afin de restaurer la fonction de SHP 1 dans le système hématopoiétique. Toutefois, le défaut de morphologie folliculaire est maintenu. De plus, l'ablation d'Hcph dans le compartiment dermique ou épidermique d'essais de reconstitution de peau conduit à la production de follicules pileux avec des morphologies aberrantes. Ces données indiquent que SHP1 n'est pas essentiel à la morphogenèse folliculaire mais est toutefois requis à la fois dans les compartiments épidermiques et dermiques pour la maintenance de la forme du follicule.

The Protein-tyrosine-phosphatase SHP2 is phosphorylated on serine residues 576 and 591 by protein kinase C isoforms alpha, beta 1, beta 2, and eta

To study whether protein kinase C (PKC) isoforms can interact with protein-tyrosine-phosphatases (PTPs) which are connected to the insulin signaling pathway, we co-overexpressed PKC isoforms together with insulin receptor, docking proteins, and the PTPs SHP1 and SHP2 in human embryonic kidney (HEK) 293 cells. After phorbol ester induced activation of PKC isoforms alpha, beta 1, beta 2, and eta, we could show a defined gel mobility shift of SHP2, indicating phosphorylation on serine/threonine residues. This phosphorylation was not dependent on insulin receptor or insulin receptor substrate-1 (IRS-1) overexpression and did not occur for the closely related phosphatase SHP1. Furthermore, PKC phosphorylation of SHP2 was completely blocked by the PKC inhibitor bisindolylmaleimide and was not detectable when SHP2 was co-overexpressed with kinase negative mutants of PKC beta 1 and -beta 2. The phosphorylation also occurred on endogenous SHP2 in Chinese hamster ovary (CHO) cells stably overexpressing PKC beta 2. Using point mutants of SHP2, we identified serine residues 576 and 591 as phosphorylation sites for PKC. However, no change of phosphatase activity by TPA treatment was detected in an in vitro assay. In summary, SHP2 is phosphorylated on serine residues 576 and 591 by PKC isoforms alpha, beta 1, beta 2, and eta.

CROSSTALK BETWEEN R1175 METHYLATION AND Y1173 PHOSPHORYLATION NEGATIVELY MODULATES EGFR-MEDIATED ERK ACTIVATION

Post-translational protein modifications are critical regulators of protein functions as they expand the signaling potentials of the modified proteins, leading to diverse physiological consequences. Currently, increasing evidence suggests that protein methylation is as important as other post-translational modifications in the regulation of various biological processes. This drives us to ask whether methylation is involved in the EGFR (epidermal growth factor receptor) signaling, a biological process extensively regulated by multiple post-translational modifications including phosphorylation, glycosylation and ubiquitination. We found that EGFR R1175 is methylated by a protein arginine methyltransferase named PRMT5. During EGFR activation, PRMT5-mediated R1175 methylation specifically enhances EGF-induced EGFR autophosphorylation at Y1173 residue. This novel modification crosstalk increases SHP1 recruitment to EGFR and suppresses EGFR-mediated ERK activation, resulting in inhibition of cell proliferation, migration, and invasion of EGFR-expressing cells. Based on these findings, we provide the first link between arginine methylation and tyrosine phosphorylation and identify R1175 methylation as an inhibitory modification specifically against EGFR-mediated ERK activation.