THE ROLE OF TAK1 IN PANCREATIC CANCER DEVELOPMENT

Pancreatic cancer is the fourth leading cause of cancer-related mortality in the United States and the fifth leading cause of cancer-related mortality worldwide. Pancreatic cancer is a big challenge in large due to the lack of early symptoms. In addition, drug resistance is a major obstacle to the success of chemotherapy in pancreatic cancer. The underlying mechanism of drug resistance in human pancreatic cancers is not well understood. Better understanding of the mechanism of molecular pathways in human pancreatic cancers can help to identify the novel therapeutic target candidates, and develop the new preventive and clinic strategies to improve patient survival. We discovered that TAK1 is overexpressed in pancreatic cancer cell lines and patient tumor tissues. We demonstrated that the elevated activity of TAK1 is caused by its binding partner TAB1. Knocking down of TAK1 in pancreatic cancer cells with RNAi technique resulted in cell apoptosis and significantly reduces the size of tumors in mice and made a chemotherapy drug more potent. Targeting the kinase activity of TAK1 with the selective inhibitor LY2610956 strongly synergized in vitro with the antitumor activity of gemcitabine, oxaliplatin, or irinotecan on pancreatic cancer cells. These findings highlighted that TAK1 could be a potential therapeutic target for pancreatic cancer. We also demonstrated that TAK activity is regulated by its binding protein TAB1. We defined a minimum TAB1 sequence which is required and sufficient for TAK1 kinase activity. We created a recombinant TAK1-TAB1 C68 fusion form which has highly kinase activity. This active form could is used for screening TAK1 inhibitors. In addition, several posttranslational modifications were identified in our study. The acetylation of lysine 158 on TAK1 is required for kinase activity. This site is conserved throughout all of kinase. Our findings may reveal a new mechanism by which kinase activity is regulated.

Activation of NF-κB by nontypeable Hemophilus influenzae is mediated by toll-like receptor 2-TAK1-dependent NIK–IKKα/β–IκBα and MKK3/6–p38 MAP kinase signaling pathways in epithelial cells

Nontypeable Hemophilus influenzae (NTHi) is an important human pathogen in both children and adults. In children, it causes otitis media, the most common childhood infection and the leading cause of conductive hearing loss in the United States. In adults, it causes lower respiratory tract infections in the setting of chronic obstructive pulmonary disease, the fourth leading cause of death in the United States. The molecular mechanisms underlying the pathogenesis of NTHi-induced infections remain undefined, but they may involve activation of NF-κB, a transcriptional activator of multiple host defense genes involved in immune and inflammatory responses. Here, we show that NTHi strongly activates NF-κB in human epithelial cells via two distinct signaling pathways, NF-κB translocation-dependent and -independent pathways. The NF-κB translocation-dependent pathway involves activation of NF-κB inducing kinase (NIK)–IKKα/β complex leading to IκBα phosphorylation and degradation, whereas the NF-κB translocation-independent pathway involves activation of MKK3/6–p38 mitogen-activated protein (MAP) kinase pathway. Bifurcation of NTHi-induced NIK–IKKα/β-IκBα and MKK3/6–p38 MAP kinase pathways may occur at transforming growth factor-β activated kinase 1 (TAK1). Furthermore, we show that toll-like receptor 2 (TLR2) is required for NTHi-induced NF-κB activation. In addition, several key inflammatory mediators including IL-1β, IL-8, and tumor necrosis factor-α are up-regulated by NTHi. Finally, P6, a 16-kDa lipoprotein highly conserved in the outer membrane of all NTHi and H. influenzae type b strains, appears to also activate NF-κB via similar signaling pathways. Taken together, our results demonstrate that NTHi activates NF-κB via TLR2–TAK1-dependent NIK–IKKα/β-IκBα and MKK3/6–p38 MAP kinase signaling pathways. These studies may bring new insights into molecular pathogenesis of NTHi-induced infections and open up new therapeutic targets for these diseases.

Rôle de l'endogline et de la protéine kinase c-tak1 dans le cancer de la prostate

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de l'endogline et de la protéine kinase c-tak1 dans le cancer de la prostate

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ac2PIM-responsive miR-150 and miR-143 Target Receptor-interacting Protein Kinase 2 and Transforming Growth Factor Beta-activated Kinase 1 to Suppress NOD2-induced Immunomodulators

Specific and coordinated regulation of innate immune receptor-driven signaling networks often determines the net outcome of the immune responses. Here, we investigated the cross-regulation of toll-like receptor (TLR)2 and nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)2 pathways mediated by Ac2PIM, a tetra-acylated form of mycobacterial cell wall component and muramyl dipeptide (MDP), a peptidoglycan derivative respectively. While Ac2PIM treatment of macrophages compromised their ability to induce NOD2-dependent immunomodulators like cyclooxygenase (COX)-2, suppressor of cytokine signaling (SOCS)-3, and matrix metalloproteinase (MMP)-9, no change in the NOD2-responsive NO, TNF-alpha, VEGF-A, and IL-12 levels was observed. Further, genome-wide microRNA expression profiling identified Ac2PIM-responsive miR-150 and miR-143 to target NOD2 signaling adaptors, RIP2 and TAK1, respectively. Interestingly, Ac2PIM was found to activate the SRC-FAK-PYK2-CREB cascade via TLR2 to recruit CBP/P300 at the promoters of miR-150 and miR-143 and epigenetically induce their expression. Loss-of-function studies utilizing specific miRNA inhibitors establish that Ac2PIM, via the miRNAs, abrogate NOD2-induced PI3K-PKC delta-MAPK pathway to suppress beta-catenin-mediated expression of COX-2, SOCS-3, and MMP-9. Our investigation has thus underscored the negative regulatory role of Ac2PIM-TLR2 signaling on NOD2 pathway which could broaden our understanding on vaccine potential or adjuvant utilities of Ac2PIM and/or MDP.

DEAD-box helicase DP103 defines metastatic potential of human breast cancers

Despite advancement in breast cancer treatment, 30% of patients with early breast cancers experience relapse with distant metastasis. It is a challenge to identify patients at risk for relapse; therefore, the identification of markers and therapeutic targets for metastatic breast cancers is imperative. Here, we identified DP103 as a biomarker and metastasis-driving oncogene in human breast cancers and determined that DP103 elevates matrix metallopeptidase 9 (MMP9) levels, which are associated with metastasis and invasion through activation of NF-κB. In turn, NF-κB signaling positively activated DP103 expression. Furthermore, DP103 enhanced TGF-β-activated kinase-1 (TAK1) phosphorylation of NF-κB-activating IκB kinase 2 (IKK2), leading to increased NF-κB activity. Reduction of DP103 expression in invasive breast cancer cells reduced phosphorylation of IKK2, abrogated NF-κB-mediated MMP9 expression, and impeded metastasis in a murine xenograft model. In breast cancer patient tissues, elevated levels of DP103 correlated with enhanced MMP9, reduced overall survival, and reduced survival after relapse. Together, these data indicate that a positive DP103/NF-κB feedback loop promotes constitutive NF-κB activation in invasive breast cancers and activation of this pathway is linked to cancer progression and the acquisition of chemotherapy resistance. Furthermore, our results suggest that DP103 has potential as a therapeutic target for breast cancer treatment.

Caractérisation des processus moléculaires impliqués dans l’activation de la protéine IKKbeta par l'angiotensine II et son rôle dans la réponse phénotypique des CMLV.

Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) régule l’homéostasie de la contraction des artères. Or, suivant la liaison de l’angiotensine II (Ang II) à son récepteur AT1, le SRAA est également impliqué dans l’activation de voies de signalisation à l’origine de l’inflammation et de l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), soit deux processus participant au remodelage vasculaire caractéristique de diverses maladies cardiovasculaires, telles l’hypertension et l’athérosclérose. Ces pathologies sont les premières causes de mortalité naturelle en Amérique et les traitements les ciblant ne sont pas optimaux puisqu’ils visent seulement quelques facteurs de risque qui leur sont associés. Ainsi, la détermination des effecteurs intracellulaires régulant ces voies délétères est nécessaire à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques. L’inflammation Ang II-dépendante dans les CMLV est attribuée au facteur de transcription nuclear factor-kappa B (NF-κB). Cependant, les processus moléculaires couplant le récepteur AT1 à son activation sont peu caractérisés. L’étude abordant cette question démontre in vitro que NF-κB est activé par la protéine IκB kinase β (IKKβ) dans les CMLV exposées à l’Ang II et que cette kinase est régulée par deux voies de signalisation indépendantes, mais complémentaires afin d’assurer son activation rigoureuse et soutenue. L’une des voies est précoce et dépend des seconds messagers ainsi que de deux nouveaux effecteurs sous-jacents au récepteur AT1, soit la E3 ligase TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) et la IKK kinase transforming growth factor-beta-activated kinase 1 (TAK1) tandis que la seconde est tardive et résulte de la signalisation mitogen-activated protein kinase kinase 1/2 (MEK1/2) - extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) - ribosomal S6 kinase (RSK). L’inhibition conjointe de ces voies abroge complètement la réponse inflammatoire, ce qui indique qu’elles en sont la seule source. Ainsi, l’inhibition d’IKKβ pourrait suffire à contrer l’inflammation impliquée dans le remodelage vasculaire associé à une suractivation du SRAA. Une découverte des plus novatrices découle de cette étude, qui veut que la E3 ligase TRAF6 est un nouvel effecteur des récepteurs couplés aux protéines G et est à l’origine de la formation d’un nouveau type de second messager, soit des chaînes libres de poly-ubiquitines. Les mécanismes moléculaires à la base de l’hypertrophie Ang II-dépendante dans les CMLV sont également peu définis. Or, suivant la parution d’un article démontrant qu’IKKβ dans les cellules cancéreuses participe aux mécanismes d’initiation de la traduction en réponse au facteur de nécrose tumorale α (TNFα) via la phosphorylation de la protéine Tuberous sclerosis 1 (TSC1) et donc l’activation du complexe mammalian target of rapamycin (mTORC1), une hypothèse a été émise selon laquelle cette kinase serait impliquée dans la synthèse protéique Ang II-dépendante dans les CMLV. Les expériences effectuées in vitro dans des CMLV exposées à l’Ang II démontrent qu’IKKβ induit la phosphorylation de TSC1 ainsi que l’activation de mTORC1 et de ses substrats S6 kinase 1 (S6K1) et translational regulators eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein (4E-BP1), deux protéines impliquées directement dans l’hypertrophie. Par ailleurs, la synthèse protéique au niveau des CMLV exposées à l’Ang II est réduite de 75% suivant la diminution de l’expression d’IKKβ et suivant la surexpression d’un mutant de TSC1 dont le site consensus d’IKKβ a été modifié, faisant de cette kinase un médiateur majeur au niveau de ce processus. Ainsi, in vitro IKKβ en réponse à l’Ang II est en amont de deux processus impliqués dans un remodelage vasculaire à l’origine de maladies cardiovasculaires. De plus, plusieurs facteurs de risque de ces pathologies convergent à l’activation d’IKKβ, ce qui en fait une cible thérapeutique particulièrement attrayante. Qui plus est, l’administration d’un inhibiteur d’IKKβ à des rats diminue non seulement la synthèse protéique dépendante de l’Ang II au niveau de l’aorte et des artères mésentériques, mais également la synthèse de la protéine pro-inflammatoire VCAM-1 par les cellules composant l’aorte, ce qui confirme son envergure en tant que cible.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

Convergencia de vías de señalización en un modelo de apoptosis

La sepsis es un evento inflamatorio generalizado del organismo inducido por un daño causado generalmente por un agente infeccioso. El patógeno más frecuentemente asociado con esta entidad es el Staphylococcus aureus, responsable de la inducción de apoptosis en células endoteliales debida a la producción de ceramida. Se ha descrito el efecto protector de la proteína C activada (PCA) en sepsis y su relación con la disminución de la apoptosis de las células endoteliales. En este trabajo se analizó la activación de las quinasas AKT, ASK1, SAPK/JNK y p38 en un modelo de apoptosis endotelial usando las técnicas de Western Blotting y ELISA. Las células endoteliales (EA.hy926), se trataron con C2-ceramida (130μM) en presencia de inhibidores químicos de cada una de estas quinasas y PCA. La supervivencia de las células en presencia de inhibidores químicos y PCA fue evaluada por medio de ensayos de activación de las caspasas 3, 7 y 9, que verificaban la muerte celular por apoptosis. Los resultados evidencian que la ceramida reduce la activación de AKT y aumenta la activación de las quinasas ASK, SAPK/JNK y p38, en tanto que PCA ejerce el efecto contrario. Adicionalmente se encontró que la tiorredoxina incrementa la activación/fosforilación de AKT, mientras que la quinasa p38 induce la defosforilación de AKT.

Wirkung und Interaktion der Wachstumsfaktoren Myostatin und IGF-1 im murinen Herzen

Myostatin, ein Mitglied der TGF-β Familie von Wachstumsfaktoren, ist ein negativer Regulator des Skelettmuskelwachstums. Obwohl Myostatin nach einer Vielzahl pathologischer Zustände im Herzen massiv hochreguliert wird, ist die physiologische und pathophysiologische Funktion von Myostatin im Herzen noch kaum erforscht. Deshalb wurde im Rahmen dieser Dissertation die Funktion von Myostatin im adulten Herzen untersucht. Dazu wurden Mausmodelle, in denen Myostatin in Kardiomyozyten deletiert und überexprimiert wird, verwendet. Ich konnte zeigen, dass die akute Deletion von Myostatin in Kardiomyozyten zu einer erhöhten Lethalität, Herzinsuffizienz und Hypertrophie führt. Dabei konnte ich eine Aktivierung der AMP-aktivierten Kinase (AMPK) als Ursache der Hypertrophie identifizieren und mit Hilfe eines AMPK Inhibitors die Entstehung der Hypertrophie in vivo verhindern. Des Weiteren konnte ich in vivo und in vitro zeigen, dass Myostatin AMPK über die TGF-β-aktivierte Kinase 1 (TAK1) und seinen kanonischen Rezeptor inhibiert. Die akute Deletion von Myostatin hemmte auch die Expression von Rgs2, einem Inhibitor der Gq Signalkaskade, und führte dadurch zu einer Aktivierung dieses für Herzinsuffizienz elementaren Signalweges. Außerdem verbesserte die akute adulte Überexpression von Myostatin die Herzkontraktilität leicht, während eine langfristige Überexpression eine interstitielle Fibrose, die über TAK1 und p38 vermittelt wird, induzierte. Hiermit konnte ich Myostatin als neuen Regulator der Hypertrophie und Herzinsuffizienz etablieren.rn

Deciphering the C-Type Lectin Receptor Signaling Pathway in Macrophages in Response to Candida albicans

Candida albicans causes opportunistic fungal infections in humans and is a significant cause of mortality and morbidity in immune-compromised individuals. Dectin-2, a C-type lectin receptor, is required for recognition of C. albicans by innate immune cells and is required for initiation of the anti-fungal immune response. We set out to identify components of the intracellular signaling cascade downstream of Dectin-2 activation in macrophages and to understand their importance in mediating the immune response to C. albicans in vivo. Using macrophages derived from Phospholipase-C-gamma 1 and 2 (PLCγ1and PLCγ2) knockout mice, we demonstrate that PLCγ2, but not PLCγ1, is required for activation of NF-κB and MAPK signaling pathways after C. albicans stimulation, resulting in impaired production of pro-inflammatory cytokines and reactive oxygen species. PLCγ2-deficient mice are highly susceptible to infections with C. albicans, indicating the importance of this pathway to the anti-fungal immune response. TAK1 and TRAF6 are critical nodes in NF-κB and MAPK activation downstream of immune surveillance and may be critical to the signaling cascade initiated by C-type lectin receptors in response to C. albicans. Macrophages derived from both TAK1 and TRAF6-deficient mice were unable to activate NF-κB and MAPK and consequently failed to produce inflammatory cytokines characteristic of the response to C. albicans. In this work we have identified PLCγ2, TAK1 and TRAF6 as components of a signaling cascade downstream of C. albicans recognition by C-type lectin receptors and as critical mediators of the anti-fungal immune response. A mechanistic understanding of the host immune response to C. albicans is important for the development of anti-fungal therapeutics and in understanding risk-factors determining susceptibility to C. albicans infection.