Gamma tocotrienol targets tyrosine phosphatase SHP2 in mammospheres resulting in cell death through RAS/ERK pathway

Background There is increasing evidence supporting the concept of cancer stem cells (CSCs), which are responsible for the initiation, growth and metastasis of tumors. CSCs are thus considered the target for future cancer therapies. To achieve this goal, identifying potential therapeutic targets for CSCs is essential. Methods We used a natural product of vitamin E, gamma tocotrienol (gamma-T3), to treat mammospheres and spheres from colon and cervical cancers. Western blotting and real-time RT-PCR were employed to identify the gene and protein targets of gamma-T3 in mammospheres. Results We found that mammosphere growth was inhibited in a dose dependent manner, with total inhibition at high doses. Gamma-T3 also inhibited sphere growth in two other human epithelial cancers, colon and cervix. Our results suggested that both Src homology 2 domain-containing phosphatase 1 (SHP1) and 2 (SHP2) were affected by gamma-T3 which was accompanied by a decrease in K- and H-Ras gene expression and phosphorylated ERK protein levels in a dose dependent way. In contrast, expression of self-renewal genes TGF-beta and LIF, as well as ESR signal pathways were not affected by the treatment. These results suggest that gamma-T3 specifically targets SHP2 and the RAS/ERK signaling pathway. Conclusions SHP1 and SHP2 are potential therapeutic targets for breast CSCs and gamma-T3 is a promising natural drug for future breast cancer therapy.

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.

Morphogenetic movements at gastrulation require the SH2 tyrosine phosphatase Shp2

The SH2 domain-containing tyrosine phosphatase Shp2 plays a pivotal role during the gastrulation of vertebrate embryos. However, because of the complex phenotype observed in mouse mutant embryos, the precise role of Shp2 during development is unclear. To define the specific functions of this phosphatase, Shp2 homozygous mutant embryonic stem cells bearing the Rosa-26 LacZ transgene were isolated and used to perform a chimeric analysis. Here, we show that Shp2 mutant cells amass in the tail bud of embryonic day 10.5 chimeric mouse embryos and that this accumulation begins at the onset of gastrulation. At this early stage, Shp2 mutant cells collect in the primitive streak of the epiblast and thus show deficiencies in their contribution to the mesoderm lineage. In high-contribution chimeras, we show that overaccumulation of Shp2 mutant cells at the posterior end of the embryo results in two abnormal phenotypes: spina bifida and secondary neural tubes. Consistent with a failure to undergo morphogenic movements at gastrulation, Shp2 is required for embryo fibroblast cells to mount a positive chemotactic response to acidic fibroblast growth factor in vitro. Our results demonstrate that Shp2 is required at the initial steps of gastrulation, as nascent mesodermal cells form and migrate away from the primitive streak. The aberrant behavior of Shp2 mutant cells at gastrulation may result from their inability to properly respond to signals initiated by fibroblast growth factors.

Rôles de Gab 1/2 et de Shp2 dans l'établissement du phénotype transformé et invasif de cellules MDCK infectées par le virus du sarcome de Moloney

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

Rôles de Gab 1/2 et de Shp2 dans l'établissement du phénotype transformé et invasif de cellules MDCK infectées par le virus du sarcome de Moloney

Un document accompagne le mémoire et est disponible pour consultation au Centre de conservation des bibliothèques de l'Université de Montréal (http://www.bib.umontreal.ca/conservation/).

Targeting protein tyrosine phosphatase SHP2 for therapeutic intervention

Protein tyrosine phosphatases have been the focus of considerable research efforts aimed at developing novel therapeutics; however, these targets are often characterized as being ‘undruggable’ due to the challenge of achieving selectivity, potency and cell permeability. More recently, there has been renewed interest in developing inhibitors of the tyrosine phosphatase SHP2 (PTPN11) in the light of its broad role in cancer, specifically juvenile myelomonocytic leukemia, and recent studies that implicate SHP2 as a key factor in breast cancer progression. Recent significant advances in the field of SHP2 inhibitor development raise the question: are we on the verge of a new era of protein tyrosine phosphatase-directed therapeutics? This article critically appraises recent developments, assesses ongoing challenges and presents a perspective on possible future directions.

Feedback regulation of Gab2-dependent signaling by the Ras/MAPK pathway

La voie de signalisation des Récepteurs Tyrosine Kinase (RTK) occupe un rôle central dans la régulation de la croissance cellulaire, la prolifération, la différentiation et la motilité. Une régulation anormale des RTKs mène à plusieurs maladies humaines telles que le cancer du sein, la seconde cause de mortalité chez les femmes à cause de l’amplification et la mutation fréquente de la protéine tyrosine kinase HER2 (ERBB2). Grb2-associated binder (Gab) 2 est une protéine adaptatrice qui agit en aval de plusieurs RTKs, y compris HER2, pour réguler de multiples voies de signalisation. En réponse à la stimulation par de nombreux facteurs de croissances et cytokines, Gab2 est recruté à la membrane plasmique où il potentialise l’activation des voies de signalisation Ras/mitogen-activated protein kinase (MAPK) et PI3K (phosphatidylinositol-3-kinase)/Akt (protein kinase B). En plus d’occuper un rôle essentiel durant le développement du système hématopoïétique, Gab2 est souvent amplifié dans les cancers, notamment le cancer du sein et les mélanomes. Cependant, les mécanismes moléculaires qui régulent le fonctionnement de Gab2 sont peu connus. Il est établi que lors de l’activation des RTKs, Gab2 est phosphorylé au niveau de plusieurs résidus Tyrosine, menant à l’association de différentes protéines comme p85 et Shp2. En plus de la phosphorylation en Tyrosine, notre laboratoire ainsi que d’autres groupes de recherche avons identifié que Gab2 est aussi phosphorylé au niveau de résidus Ser/Thr suite à l’activation de la voie de signalisation MAPK. Cependant, la régulation des fonctions de Gab2 par ces modifications post-traductionnelles est encore peu connue. Dans le but de comprendre comment Gab2 est régulé par la voie de signalisation MAPK, nous avons utilisé différentes approches. Dans la première partie de ma thèse, nous avons déterminé un nouveau mécanisme démontrant que la voie de signalisation Ras/MAPK, par le biais des protéines kinases RSK (p90 ribosomal S6 kinase), phosphoryle Gab2. Ce phénomène se produit à la fois in vivo et in vitro au niveau de trois résidus Ser/Thr conservés. Des mutations au niveau de ces sites de phosphorylation entrainent le recrutement de Shp2 menant à l’augmentation de la motilité cellulaire, ce qui suggère que les protéines RSK restreignent les fonctions dépendantes de Gab2. Ce phénomène est le résultat de la participation de RSK dans la boucle de rétroaction négative de la voie de signalisation MAPK. Dans la seconde partie de ma thèse, nous avons démontré que les protéines ERK1/2 phosphorylent Gab2 au niveau de plusieurs résidus pS/T-P à la fois in vitro et in vivo, entrainant l’inhibition du recrutement de p85. De plus, nous avons établi pour la première fois que Gab2 interagit physiquement avec ERK1/2 dans des cellules lors de l’activation de la voie de signalisation MAPK. Par ailleurs, nous avons montré un nouveau domaine d’attache du module ERK1/2 sur Gab2. Des mutations sur les résidus essentiels de ce domaine d’attache n’entrainent pas seulement la dissociation de ERK1/2 avec Gab2, mais diminuent également la phosphorylation dépendante de ERK1/2 sur Gab2. Ainsi, nos données montrent que la voie de signalisation MAPK régule les fonctions de la protéine Gab2 par le biais des kinases RSK et ERK1/2. Cette thèse élabore par ailleurs un schéma complet des fonctions de Gab2 dépendantes de la voie de signalisation MAPK dans le développement de nombreux cancers.

Investigating the thymopoiesis stimulating property of interleukin-21 in aging mice

La vaccination est largement utilisée pour la génération de lymphocytes T spécifiques contre les tumeurs. Malheureusement, cette stratégie n'est pas adaptée aux personnes âgées car leur thymus régresse avec l'âge conduisant ainsi à une baisse dans la production de cellules T et à l'accumulation de cellules immunitaires âgées ayant des défauts liés à leurs stimulations. Comme il a été démontré auparavant que L’IL-21 est capable d’induire des fonctions thymiques, nous avons émis l’hypothèse que l’injection d’IL-21 à des souris âgées stimulera la thymopoïèse. Nos résultats montrent que l’administration de l’IL-21 augmente le nombre absolu de thymocytes chez les souris âgées et augmente la migration de ces cellules vers la périphérie ou ils contribuent à la diversité du TCR. De plus les cellules T en périphérie expriment un niveau plus élevé de miR181-a, et par conséquent moins de phosphatase comme SHP2, DUSP5/6 qui inhibent le TCR. En vaccinant des souris âgées avec le peptide Trp2, les souris traitées avec l’IL-21 montrent un retard dans la croissance des cellules B16 tumorales. Cette étude montre que l’IL-21 pourrait être utilisé comme stratégie pour le rétablissement du systeme immunitaire chez les personnes âgées.

Ramipril increases the protein level of skeletal muscle IRS-1 and alters protein tyrosine phosphatase activity in spontaneously hypertensive rats

To investigate mechanisms by which angiotensin converting enzyme (ACE)-inhibition increases insulin sensitivity, spontaneously hypertensive (SH) rats were treated with or without ramipril (1 mg/kg per day) for 12 weeks. Insulin binding and protein levels of insulin receptor substrate-1 (IRS-1), p85-subunit of phosphatidylinositol 3'-kinase (p85) and Src homology 2 domain-containing phosphatase-2 (SHP2) were then determined in hindlimb muscle and liver. Additionally, protein tyrosine phosphatase (PTPase) activities towards immobilized phosphorylated insulin receptor or phosphorylated IRS-1 of membrane (MF) and cytosolic fractions (CF) of these tissues were measured. Ramipril treatment increased IRS-1-protein content in muscle by 31+/-9% (P<0.05). No effects were observed on IRS-1 content in liver or on insulin binding or protein expression of p85 or SHP2 in both tissues. Ramipril treatment also increased dephosphorylation of insulin receptor by muscle CF (22.0+/-1.0%/60 min compared to 16.8+/-1.5%/60 min; P<0.05), and of IRS-1 by liver MF (37.2+/-1.7%/7.5 min compared to 33.8+/-1.7%/7.5 min; P<0.05) and CF (36.8+/-1.0%/7.5 min compared to 33.2+/-1.0%/7.5 min; P<0.05). We conclude that the observed effects of ACE-inhibition by ramipril on the protein expression of IRS-1 and on PTPase activity might contribute to its effect on insulin sensitivity.

Enhancing chemotherapy efficacy in Pten-deficient prostate tumors by activating the senescence-associated antitumor immunity

Prosenescence therapy has recently emerged as a novel therapeutic approach for treating cancer. However, this concept is challenged by conflicting evidence showing that the senescence-associated secretory phenotype (SASP) of senescent tumor cells can have pro- as well as antitumorigenic effects. Herein, we report that, in Pten-null senescent tumors, activation of the Jak2/Stat3 pathway establishes an immunosuppressive tumor microenvironment that contributes to tumor growth and chemoresistance. Activation of the Jak2/Stat3 pathway in Pten-null tumors is sustained by the downregulation of the protein tyrosine phosphatase PTPN11/SHP2, providing evidence for the existence of a novel PTEN/SHP2 axis. Importantly, treatment with docetaxel in combination with a JAK2 inhibitor reprograms the SASP and improves the efficacy of docetaxel-induced senescence by triggering a strong antitumor immune response in Pten-null tumors. Altogether, these data demonstrate that immune surveillance of senescent tumor cells can be suppressed in specific genetic backgrounds but also evoked by pharmacological treatments.

The TEL/platelet-derived growth factor β receptor (PDGFβR) fusion in chronic myelomonocytic leukemia is a transforming protein that self-associates and activates PDGFβR kinase-dependent signaling pathways

The TEL/PDGFβR fusion protein is the product of the t(5;12) translocation in patients with chronic myelomonocytic leukemia. The TEL/PDGFβR is an unusual fusion of a putative transcription factor, TEL, to a receptor tyrosine kinase. The translocation fuses the amino terminus of TEL, containing the helix-loop-helix (HLH) domain, to the transmembrane and cytoplasmic domain of the PDGFβR. We hypothesized that TEL/PDGFβR self-association, mediated by the HLH domain of TEL, would lead to constitutive activation of the PDGFβR tyrosine kinase domain and cellular transformation. Analysis of in vitro-translated TEL/PDGFβR confirmed that the protein self-associated and that self-association was abrogated by deletion of 51 aa within the TEL HLH domain. In vivo, TEL/PDGFβR was detected as a 100-kDa protein that was constitutively phosphorylated on tyrosine and transformed the murine hematopoietic cell line Ba/F3 to interleukin 3 growth factor independence. Transformation of Ba/F3 cells required the HLH domain of TEL and the kinase activity of the PDGFβR portion of the fusion protein. Immunoblotting demonstrated that TEL/PDGFβR associated with multiple signaling molecules known to associate with the activated PDGFβR, including phospholipase C γ1, SHP2, and phosphoinositol-3-kinase. TEL/PDGFβR is a novel transforming protein that self-associates and activates PDGFβR-dependent signaling pathways. Oligomerization of TEL/PDGFβR that is dependent on the TEL HLH domain provides further evidence that the HLH domain, highly conserved among ETS family members, is a self-association motif.

Identification of Tyrosine Residues in Constitutively Activated Fibroblast Growth Factor Receptor 3 Involved in Mitogenesis, Stat Activation, and Phosphatidylinositol 3-Kinase Activation

Fibroblast growth factor receptor 3 (FGFR3) mutations are frequently involved in human developmental disorders and cancer. Activation of FGFR3, through mutation or ligand stimulation, results in autophosphorylation of multiple tyrosine residues within the intracellular domain. To assess the importance of the six conserved tyrosine residues within the intracellular domain of FGFR3 for signaling, derivatives were constructed containing an N-terminal myristylation signal for plasma membrane localization and a point mutation (K650E) that confers constitutive kinase activation. A derivative containing all conserved tyrosine residues stimulates cellular transformation and activation of several FGFR3 signaling pathways. Substitution of all nonactivation loop tyrosine residues with phenylalanine rendered this FGFR3 construct inactive, despite the presence of the activating K650E mutation. Addition of a single tyrosine residue, Y724, restored its ability to stimulate cellular transformation, phosphatidylinositol 3-kinase activation, and phosphorylation of Shp2, MAPK, Stat1, and Stat3. These results demonstrate a critical role for Y724 in the activation of multiple signaling pathways by constitutively activated mutants of FGFR3.

Investigating the thymopoiesis stimulating property of interleukin-21 in aging mice

La vaccination est largement utilisée pour la génération de lymphocytes T spécifiques contre les tumeurs. Malheureusement, cette stratégie n'est pas adaptée aux personnes âgées car leur thymus régresse avec l'âge conduisant ainsi à une baisse dans la production de cellules T et à l'accumulation de cellules immunitaires âgées ayant des défauts liés à leurs stimulations. Comme il a été démontré auparavant que L’IL-21 est capable d’induire des fonctions thymiques, nous avons émis l’hypothèse que l’injection d’IL-21 à des souris âgées stimulera la thymopoïèse. Nos résultats montrent que l’administration de l’IL-21 augmente le nombre absolu de thymocytes chez les souris âgées et augmente la migration de ces cellules vers la périphérie ou ils contribuent à la diversité du TCR. De plus les cellules T en périphérie expriment un niveau plus élevé de miR181-a, et par conséquent moins de phosphatase comme SHP2, DUSP5/6 qui inhibent le TCR. En vaccinant des souris âgées avec le peptide Trp2, les souris traitées avec l’IL-21 montrent un retard dans la croissance des cellules B16 tumorales. Cette étude montre que l’IL-21 pourrait être utilisé comme stratégie pour le rétablissement du systeme immunitaire chez les personnes âgées.