An investigation of the C77G and C772T variations within the human protein tyrosine phosphatase receptor type C gene for association with multiple sclerosis in an Australian population

Multiple sclerosis (MS) is a common cause of neurological disability in young adults. The disease generally manifests in early to middle adulthood and causes various neurological deficits. Autoreactive T lymphocytes and their associated antigens have long been presumed important features of MS pathogenesis. The Protein tyrosine phosphatase receptor type C gene (PTPRC) encodes the T-cell receptor CD45. Variations within PTPRC have been previously associated with diseases of autoimmune origin such as type 1 diabetes mellitus and Graves' disease. We set out to investigate two variants within the PTPRC gene, C77G and C772T in subjects with MS and matched healthy controls to determine whether significant differences exist in these markers in an Australian population. We employed high resolution melt analysis (HRM) and restriction length polymorphism (RFLP) techniques to determine genotypic and allelic frequencies. Our study found no significant difference between frequencies for PTPRC C77G by either genotype (Χ2 = 0.65, P = 0.72) or allele (Χ2 = 0.48, P = 0.49). Similarly, we did not find evidence to suggest an association between PTPRC C772T by genotype (Χ2 = 1.06, P = 0.59) or allele (Χ2 = 0.20, P = 0.66). Linkage disequilibrium (LD) analysis showed strong linkage disequilibrium between the two tested markers (D' = 0.9970, SD = 0.0385). This study reveals no evidence to suggest that these markers are associated with MS in the tested Australian Caucasian population. Although the PTPRC gene has a significant role in regulating CD4+ and CD8+ autoreactive T-cells, interferon-beta responsiveness, and potentially other important processes, our study does not support a role for the two tested variants of this gene in MS susceptibility in the Australian population.

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.

Inhibition of a Protein Tyrosine Phosphatase Using Mesoporous Oxides

The feasibility of utilizing mesoporous matrices of alumina and silica for the inhibition of enzymatic activity is presented here. These studies were performed on a protein tyrosine phosphatase by the name chick retinal tyrosine phosphotase-2 (CRYP-2), a protein that is identical in sequence to the human glomerular epithelial protein-1 and involved in hepatic carcinoma. The inhibition of CRYP-2 is of tremendous therapeutic importance. Inhibition of catalytic activity was examined using the Sustained delivery of p-nitrocatechol sulfate (pNCS) from bare and amine functionalized mesoporous silica (MCM-48) and mesoporous alumina (Al2O3). Among the various mesoporous matrices employed, amine functionalized MCM-48 exhibited the best release of pNCS and also inhibition of CRYP-2. The maximum speed of reaction nu(max) (= 160 +/- 10 mu mol/mnt/mg) and inhibition constant K-i (=85.0 +/- 5.0 mu mol) estimated using a competitive inhibition model were Found to be very similar to inhibition activities of protein tyrosine phosphatases using other methods.

Conformational Basis for Substrate Recruitment in Protein Tyrosine Phosphatase 10D

The coordinated activity of protein tyrosine phosphatases (PTPs) is crucial for the initiation, modulation, and termination of diverse cellular processes. The catalytic activity of this protein depends on a nucleophilic cysteine at the active site that mediates the hydrolysis of the incoming phosphotyrosine substrate. While the role of conserved residues in the catalytic mechanism of PTPs has been extensively examined, the diversity in the mechanisms of substrate recognition and modulation of catalytic activity suggests that other, less conserved sequence and structural features could contribute to this process. Here we describe the crystal structures of Drosophila melanogaster PTP10D in the apo form as well as in a complex with a substrate peptide and an inhibitor. These studies reveal the role of aromatic ring stacking interactions at the boundary of the active site of PTPs in mediating substrate recruitment. We note that phenylalanine 76, of the so-called KNRY loop, is crucial for orienting the phosphotyrosine residue toward the nucleophilic cysteine. Mutation of phenylalanine 76 to leucine results in a 60-fold decrease in the catalytic efficiency of the enzyme. Fluorescence measurements with a competitive inhibitor, p-nitrocatechol sulfate, suggest that Phe76 also influences the formation of the enzyme-substrate intermediate. The structural and biochemical data for PTP10D thus highlight the role of relatively less conserved residues in PTP domains in both substrate recruitment and modulation of reaction kinetics.

Inter-domain interactions influence the stability and catalytic activity of the bi-domain protein tyrosine phosphatase PTP99A

The two protein tyrosine phosphatase (PTP) domains in bi-domain PTPs share high sequence and structural similarity. However, only one of the two PIP domains is catalytically active. Here we describe biochemical studies on the two tandem PTP domains of the bi-domain PTP, PTP99A. Phosphatase activity, monitored using small molecule as well as peptide substrates, revealed that the inactive (D2) domain activates the catalytic (D1) domain. Thermodynamic measurements suggest that the inactive D2 domain stabilizes the bi-domain (D1-D2) protein. The mechanism by which the D2 domain activates and stabilizes the bi-domain protein is governed by few interactions at the inter-domain interface. In particular, mutating Lys990 at the interface attenuates inter-domain communication. This residue is located at a structurally equivalent location to the so-called allosteric site of the canonical single domain PIP, PTP1B. These observations suggest functional optimization in bi-domain PTPs whereby the inactive PTP domain modulates the catalytic activity of the bi-domain enzyme. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Redox regulation of protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B): Importance of steric and electronic effects on the unusual cyclization of the sulfenic acid intermediate to a sulfenyl amide

The redox regulation of protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) via the unusual transformation of its sulfenic acid (PTP1B-SOH) to a cyclic sulfenyl amide intermediate is studied by using small molecule chemical models. These studies suggest that the sulfenic acids derived from the H2O2-mediated reactions o-amido thiophenols do not efficiently cyclize to sulfenyl amides and the sulfenic acids produced in situ can be trapped by using methyl iodide. Theoretical calculations suggest that the most stable conformer of such sulfenic acids are stabilized by n(O) -> sigma* (S-OH) orbital interactions, which force the -OH group to adopt a position trans to the S center dot center dot center dot O interaction, leading to an almost linear arrangement of the O center dot center dot center dot S-O moiety and this may be the reason for the slow cyclization of such sulfenic acids to their corresponding sulfenyl amides. On the other hand, additional substituents at the 6-position of o-amido phenylsulfenic acids that can induce steric environment and alter the electronic properties around the sulfenic acid moiety by S center dot center dot center dot N or S center dot center dot center dot O nonbonded interactions destabilize the sulfenic acids by inducing strain in the molecule. This may lead to efficient the cyclization of such sulfenic acids. This model study suggests that the amino acid residues in the close proximity of the sulfenic acid moiety in PTP1B may play an important role in the cyclization of PTP1B-SOH to produce the corresponding sulfenyl amide.

Different protein tyrosine phosphatase superfamilies resulting from different gene reading frames

Protein tyrosine phosphatases (PTPs) are comprised of two superfamilies, the phosphatase I superfamily containing a single low-molecular-weight PTP (lmwPTP) family and the phosphatase II superfamily including both the higher-molecular-weight PTP (hmwPTP) and the dual-specificity phosphatase (DSP) families. The phosphatase I and H superfamilies are often considered to be the result of convergent evolution. The PTP sequence and structure analyses indicate that lmwPTPs, hmwPTPs, and DSPs share similar structures, functions, and a common signature motif, although they have low sequence identities and a different order of active sites in sequence or a circular permutation. The results of this work suggest that lmwPTPs and hmwPTPs/DSPs are remotely related in evolution. The earliest ancestral gene of PTPs could be from a short fragment containing about 90similar to120 nucleotides or 30similar to40 residues; however, a probable full PTP ancestral gene contained one transcript unit with two lmwPTP genes. All three PTP families may have resulted from a common ancestral gene by a series of duplications, fusions, and circular permutations. The circular permutation in PTPs is caused by a reading frame difference, which is similar to that in DNA methyltransferases. Nevertheless, the evolutionary mechanism of circular permutation in PTP genes seems to be more complicated than that in DNA methyltransferase genes. Both mechanisms in PTPs and DNA methyltransferases can be used to explain how some protein families and superfamilies came to be formed by circular permutations during molecular evolution.

A Burkholderia cenocepacia gene encoding a non-functional tyrosine phosphatase is required for the delayed maturation of the bacteria-containing vacuoles in macrophages

Burkholderia cenocepacia infects patients with cystic fibrosis. We have previously shown that B. cenocepacia can survive in macrophages within membrane vacuoles (BcCVs) that preclude fusion with the lysosome. The bacterial factors involved in B. cenocepacia intracellular survival are not fully elucidated. We report here that deletion of BCAM0628, encoding a predicted low-molecular weight protein tyrosine phosphatase (LMW-PTP) that is restricted to B. cenocepacia strains of the transmissible ET-12 clone, accelerates the maturation of the BcCVs. Compared to parental strain and deletion mutants in other LMW-PTPs that are widely conserved in Burkholderia species, a greater proportion of BcCVs containing the BCAM0628 mutant were targeted to the lysosome. Accelerated BcCV maturation was not due to reduced intracellular viability since BCAM0628 survived and replicated in macrophages similarly to the parental strain. Therefore, BCAM0628 was referred to as dpm (delayed phagosome maturation). We provide evidence that the Dpm protein is secreted during growth in vitro and upon macrophage infection. Dpm secretion requires an N-terminal signal peptide. Heterologous expression of Dpm in B. multivorans confers to this bacterium a similar phagosomal maturation delay as found with B. cenocepacia. We demonstrate that Dpm is an inactive phosphatase, suggesting that its contribution to phagosomal maturation arrest must be unrelated to tyrosine phosphatase activity.

The prognostic significance of protein tyrosine phosphatase 4A2 in breast cancer

Although PTP4A3 has been shown to be a very important factor in promoting cancer progression, the role of its close family member PTP4A2 is still largely unknown. Recent reports have shown contradicting results on the role of PTP4A2 in breast cancer progression. Considering this, we aimed to investigate the prognostic value of PTP4A2 in five independent breast cancer data sets (minimum 198 patients per cohort, totaling 1,124 patients) in the Gene Expression Omnibus Database. We found that high expression of PTP4A2 was a favorable prognostic marker in all five independent breast cancer data sets, as well as in the combined cohort, with a hazard ratio of 0.68 (95% confidence interval =0.56-0.83; P<0.001). Low PTP4A2 expression was associated with estrogen receptor-negative tumors and tumors with higher histological grading; furthermore, low expression was inversely correlated with the expression of genes involved in proliferation, including MKI67 and the MCM gene family encoding the minichromosome maintenance proteins. These findings suggest that PTP4A2 may play a role in breast cancer progression by dysregulating cell proliferation. PTP4A2 expression was positively correlated with ESR1, the gene encoding estrogen receptor-alpha, and inversely correlated with EGFR expression, suggesting that PTP4A2 may be involved in these two important oncogenic pathways. Together, our results suggest that expression of PTP4A2 is a favorable prognostic marker in breast cancer.

A minimal version of a Protein Tyrosine Phosphatase

Phosphatase and tensin homologue (PTEN) protein belongs to the family of protein tyrosine phos-phatase. Mutations on the phosphatase and tensin homologue (PTEN) protein are highly observed in diverse types of human tumors, being mostly identified on the phosphatase domain of the protein. Although PTEN is a modular protein composed by a phosphatase domain and a C2 domain for mem-brane anchoring, this work aimed at developing a minimal version of PTEN´s phosphatase domain. The minimal version (Small Domain) comprises a 28 residue peptide, with the PTEN 8-mer catalytic peptide accommodated between a α-helix and β-turn as observed in PTEN native structure. Firstly, a de novo prediction of the Small Domain´s secondary structure was carried out by molecular modeling tools. The stability of the predicted structures were then evaluated by Molecular Dynamics. Automated molecular docking of PTEN natural substrate PIP3, its analogue (Inositol) and a PTEN inhibitor (L-tar-tare) were performed with the modeled structure, and PTEN used as a positive control. The gene en-coding for Small Domain was designed and cloned into an expression vector at N-terminal of Green Fluorescence Protein (GFP) encoding gene. The fusion protein was then expressed in Escherichia coli cells. Different expression conditions have been explored for the production of the fusion protein to minimize the formation of inclusion bodies.

Rôle de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans la régulation du programme angiogénique induit par le VEGF

Depuis la découverte de la première protéine possédant une activité tyrosine kinase (protein tyrosine kinase [PTK]) dans les années 1980, l’importance des PTKs et de la phosphorylation sur résidu tyrosine dans la régulation des événements de signalisation intracellulaire est bien établie. Quant aux protéines qui possèdent une activité tyrosine phosphatase (protein tyrosine phosphatase [PTP]), dont l’existence n’a été dévoilée qu’une dixaine d’années plus tard, elles ont longtemps été perçues comme des enzymes dont le rôle ne se résumait qu'à contrecarrer passivement les activités des PTKs. Il est maintenant clair que les activités des PTPs sont spécifiques, hautement régulées, et qu’elles doivent être coordonnées avec celles des PTKs pour une régulation adéquate des événements de signalisation intracellulaire. En dépit de cette évidence, la contribution des PTPs à la régulation des différents processus physiologiques fondamentaux demeure encore peu caractérisée. C’est le cas, notamment, de l’angiogenèse, le processus par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins sont formés à partir de ceux préexistants. Le VEGF (Vascular endothelial growth factor), un des facteurs angiogéniques les plus importants, est connu pour induire majoritairement ses effets biologiques via l’activation du récepteur à activité tyrosine kinase VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). Puisque l’angiogenèse est impliquée dans le développement d’une multitude de pathologies, dont la progression tumorale, une meilleure caractérisation des PTPs qui assurent la qualité de la réponse angiogénique en agissant de pair avec le VEGFR2 s’avère cruciale et ce, afin de raffiner les outils thérapeutiques actuels. L’expression de la PTP DEP-1 corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2 localisé au niveau des jonctions cellules-cellules et contribue à l’inhibition de la prolifération des cellules endothéliales en réponse au VEGF lorsque les cellules sont à confluence. Par contre, la contribution spécifique de DEP-1 à la régulation des voies de signalisation et des réponses biologiques induites par le VEGF demeurait toujours inconnue. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent tout d’abord que DEP-1 régule négativement l’activité tyrosine kinase de VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement les résidus tyrosine Y1054/Y1059 de sa boucle d’activation. Cette déphosphorylation mène par conséquent à une diminution générale de la phosphorylation du récepteur et à une atténuation de la plupart des voies de signalisation induites par le VEGF, incluant la voie mitogénique PLCγ-ERK1/2. Par ailleurs, malgré ce rôle négatif global, nos travaux révèlent étonnement, et pour la première fois, que DEP-1 contribue d’une manière positive à la promotion de la survie des cellules endothéliales via l’activation de la voie Src-Gab1-Akt en aval du récepteur VEGFR2. Ce pouvoir pro-survie de DEP-1 dans les cellules endothéliales réside avant tout dans sa capactié à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529). Au cours de notre étude, nous avons pu identifier deux résidus tyrosine au niveau de l’extrémité carboxy-terminale de DEP-1, Y1311 et Y1320, dont la phosphorylation est dépendante de Src. Nos travaux révèlent par ailleurs que ces deux résidus tyrosine phosphorylés lient le domaine SH2 de Src et que la Y1320 est principalement requise pour l’activation de Src et d’Akt en réponse au VEGF dans les cellules endothéliales. Ces résultats constituent donc une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels DEP-1 peut réguler le programme angiogénique dépendant du VEGF. De plus, cette découverte d’un rôle positif pour DEP-1 dans la survie des cellules endothéliales pourrait mener à l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à inhiber cette fonction spécifique de DEP-1 pour bloquer l'angiogenèse pathologique.

Implication de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans la perméabilité vasculaire induite par le VEGF

La perméabilité vasculaire est une caractéristique cruciale de l’angiogenèse. Les acteurs principaux sont les cellules endothéliales qui la régulent en réponse à divers facteurs perméabilisant, tels que le « Vascular Endothelial Growth Factor » (VEGF). Dans le contexte pathologique du cancer, les cellules tumorales produisent de grandes quantités de VEGF qui stimulent la perméabilité, ce qui leur permet d’infiltrer le réseau vasculaire. Il est connu que la tyrosine kinase Src contrôle cette modulation de la perméabilité. Puisque notre laboratoire a préalablement démontré que la phosphatase de type récepteur (PTP) DEP-1 est impliquée dans l’activation de Src en réponse au VEGF, nous avons émis l'hypothèse que DEP-1 pourrait aussi jouer un rôle dans la perméabilité des cellules endothéliales. Grâce à des expériences de transfections d’ARN interférant, nous démontrons que DEP-1 est important pour la régulation de la phosphorylation de la VE-Cadhérine, un médiateur critique de la perméabilité. L’impact de DEP-1 sur la dissociation de jonctions intercellulaires est également démontré par microscopie à immunofluorescence de cellules endothéliales. DEP-1 est également nécessaire à l’augmentation de la perméabilité induite par VEGF in vitro. Deux résidus tyrosine retrouvés dans la queue carboxy-terminale de DEP-1 sont essentiels à l’activation de Src en réponse au VEGF. Suite à la transfection d’un plasmide encodant DEP-1 muté pour ces deux résidus, nous démontrons aussi leur implication dans la régulation de la perméabilité in vitro par DEP-1. Ces travaux permettent ainsi d’approfondir nos connaissances sur un nouveau régulateur potentiel de la perméabilité vasculaire.

Role of the protein tyrosine phosphatase DEP-1 in Src activation and the mediation of biological cell functions of endothelial and breast cancer cells

L’implication des protéines tyrosines phosphatases (PTPs) dans la régulation de la signalisation et la médiation des fonctions cellulaires a été bien établie dans les dernières années. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les PTPs régulent les processus fondamentaux tels que l’angiogenèse demeurent méconnus. Il a été rapporté que l’expression de la PTP DEP-1 (Density-enhanced phosphatase 1) augmente avec la densité cellulaire et corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2. Cette déphosphorylation contribue à l’inhibition de contact dans les cellules endothéliales à confluence et diminue l’activité du VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement ses résidus catalytiques Y1054/1059. De plus, la plupart des voies de signalisation en aval du VEGFR2 sont diminuées sauf la voie Src-Gab1-AKT. DEP-1 déphosphoryle la Y529 de Src et contribue à la promotion de la survie dans les cellules endothéliales. L’objectif de cette thèse est de mieux définir le rôle de DEP-1 dans la régulation de l’activité de Src et les réponses biologiques dans les cellules endothéliales. Nous avons identifié les résidus Y1311 et Y1320 dans la queue C-terminale de DEP-1 comme sites majeurs de phosphorylation en réponse au VEGF. La phosphorylation de ces résidus est requise pour l’activation de Src et médie le remodelage des jonctions cellules-cellules dépendantes de Src. Ce remodelage induit la perméabilité, l’invasion et la formation de capillaires en réponse au VEGF. Nos résultats démontrent que la phosphorylation de DEP-1 sur résidu tyrosine est requise pour diriger la spécificité de DEP-1 vers son substrat Src. Les travaux révèlent pour la première fois un rôle positif de DEP-1 sur l’induction du programme angiogénique des cellules endothéliales. En plus de la phosphorylation sur tyrosine, DEP-1 est constitutivement phosphorylé sur la thréonine 1318 situé à proximité de la Y1320 en C-terminal. Cette localisation de la T1318 suggère que ce résidu pourrait être impliqué dans la régulation de la Y1320. En effet, nous avons observé que la T1318 de DEP-1 est phosphorylée potentiellement par CK2, et que cette phosphorylation régule la phosphorylation de DEP-1 sur tyrosine et sa capacité de lier et d’activer Src. En accord avec ces résultats, nos travaux révèlent que la surexpression du mutant DEP-1 T1318A diminue le remodelage des jonctions cellules-cellules et par conséquent la perméabilité. Nos résultats suggèrent donc que la T1318 de DEP-1 constitue un nouveau mécanisme de contrôle de la phosphorylation sur tyrosine et que ceci résulte en l’activation de Src et l’induction des fonctions biologiques des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Suite à ces travaux dans les cellules endothéliales qui démontrent un rôle positif de DEP-1 dans la médiation des réponses angiogéniques, nous avons voulu approfondir nos connaissances sur l’implication potentielle de DEP-1 dans les cellules cancéreuses où l’activité de Src est requise pour la progression tumorale. Malgré le rôle connu de DEP-1 comme suppresseur tumoral dans différents types de cancer, nous avons émis l’hypothèse que DEP-1 pourrait promouvoir les fonctions biologiques dépendantes de Src telles que la migration et l’invasion dans les cellules cancéreuses. Ainsi, nous avons observé que l’expression de DEP-1 est plus élevée dans les lignées basales de cancer du sein qui sont plus invasives comparativement aux lignées luminales peu invasives. Dans les lignées basales, DEP-1 active Src, médie la motilité cellulaire dépendante de Src et régule la localisation des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette. L’analyse d’un micro-étalage de tissu a révélé que l’expression de DEP-1 est associée avec une réduction tendencielle de survie des patients. Nos résultats proposent donc, un rôle de promoteur tumoral pour DEP-1 dans la progression du cancer du sein. Les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que DEP-1 peut agir comme promoteur des réponses angiogéniques et du phénotype pro-invasif des lignées basales du cancer du sein probablement du à sa capacité d’activer Src. Nos résultats suggèrent ainsi que l’expression de DEP-1 pourrait contribuer à la progression tumorale et la formation de métastases. Ces découvertes laissent donc entrevoir que DEP-1 représente une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrer l’angiogenèse et le développement du cancer.