The E3 ubiquitin ligase Itch regulates sorting nexin 9 through an unconventional substrate recognition domain.

The level of intracellular proteins is mainly regulated through modifications by ubiquitin ligases that target them for degradation. Members of the NEDD4 family of E3 ubiquitin ligases, such as Itch (atrophin-1 interacting protein 4), possess up to four WW domains for specific association with PY motif-containing substrates. We have identified sorting nexin 9 (SNX9), a protein involved in endocytic processes, as a new substrate of Itch. Itch ubiquitylates SNX9 and regulates intracellular SNX9 levels. Using truncated proteins, we found that the interaction with SNX9 is mediated by the proline-rich domain (PRD) of Itch, a domain distinct from the conventional WW recognition domain, and the SH3 domain of SNX9. Interaction with the PRD of Itch is essential for SNX9 ubiquitylation and degradation. Furthermore, this effect is specific for Itch, as NEDD4, a related PRD-containing E3 ligase, does not bind SNX9. SNX18, a second member of the SNX family containing an SH3 domain, was also found to bind to Itch. Our results indicate that the pool of substrates of NEDD4 family E3 ubiquitin ligases extends beyond proteins containing PY motifs.

Importance de la phosphorylation de la ligase Itch dans la reconnaissance et l'ubiquitylation des protéines à domaine SH3

Itch est une ligase de l’ubiquitine impliquée dans la reconnaissance et la dégradation des protéines par le protéasome. Itch contient trois sites phosphorylés par JNK et il a été démontré que la phosphorylation de ces résidus est nécessaire pour que Itch puisse reconnaître et ubiquityler les protéines c-Jun et JunB. Ces sites de phosphorylation se retrouvent dans le domaine PRD responsable des interactions de Itch avec les protéines à domaine SH3. Si la phosphorylation de Itch par JNK est importante pour réguler son activité avec c-Jun et JunB, on connaît peu de choses sur les interactions de Itch avec les protéines à domaine SH3 ainsi que l’implication de la phosphorylation dans leur régulation. Nous avons donc créé des mutants de Itch par mutagenèse dirigée où les sites de phosphorylation étaient remplacés par des alanines (mutant non phosphorylable) et où l’un des trois sites était remplacé par un acide aspartique (mutant constitutivement phosphorylé). Ces mutants sont utilisés dans des tests d’interaction et d’ubiquitylation, dans le but de déterminer l’impact de la phosphorylation de Itch dans la reconnaissance et l’ubiquitylation des protéines SH3. Nos résultats montrent que, contrairement au modèle proposé, la phosphorylation de Itch n’est pas essentielle à l’interaction de Itch avec l’endophiline, mais la phosphorylation de Itch module l’ubiquitylation ainsi que la dégradation de l’endophiline. La régulation de l’interaction de Itch avec ses substrats est donc différente selon le substrat.

Influence de l'ubiquitylation initiale des substrats SH3 sur leur régulation par la ligase Itch

Ce projet de recherche explore un nouveau mécanisme de régulation de l’activité du domaine HECT de la ligase Itch. Ce domaine est responsable de la polyubiquitylation des protéines impliquant le plus souvent leur dégradation par le protéasome. Itch est une ligase de l’ubiquitine de la famille CWH contenant un domaine HECT catalytique en C-terminal, quatre domaines WW, et un domaine C2 N-terminal qui est important pour sa localisation cellulaire. Les ligases CWH interagissent par leur domaine WW avec leurs ligands. Un mécanisme proposé pour ces ligases est que la première molécule d’ubiquitine liée au substrat active le domaine HECT de manière à former une chaine d’ubiquitine sur le substrat. Itch a une particularité dans la famille CWH, car elle possède un domaine riche en proline qui lui permet d’interagir avec plusieurs protéines à domaine SH3. Dans cette étude, nous avons déterminé l’effet de l’ubiquitylation initiale des protéines SH3 sur l’activité du domaine HECT de la ligase Itch, et sur la régulation de ces substrats.

Influence de l'ubiquitylation initiale des substrats SH3 sur leur régulation par la ligase Itch

Ce projet de recherche explore un nouveau mécanisme de régulation de l’activité du domaine HECT de la ligase Itch. Ce domaine est responsable de la polyubiquitylation des protéines impliquant le plus souvent leur dégradation par le protéasome. Itch est une ligase de l’ubiquitine de la famille CWH contenant un domaine HECT catalytique en C-terminal, quatre domaines WW, et un domaine C2 N-terminal qui est important pour sa localisation cellulaire. Les ligases CWH interagissent par leur domaine WW avec leurs ligands. Un mécanisme proposé pour ces ligases est que la première molécule d’ubiquitine liée au substrat active le domaine HECT de manière à former une chaine d’ubiquitine sur le substrat. Itch a une particularité dans la famille CWH, car elle possède un domaine riche en proline qui lui permet d’interagir avec plusieurs protéines à domaine SH3. Dans cette étude, nous avons déterminé l’effet de l’ubiquitylation initiale des protéines SH3 sur l’activité du domaine HECT de la ligase Itch, et sur la régulation de ces substrats.

Caractérisation des interactions établies par la région riche en prolines de la ligase de l’ubiquitine Itch.

Itch est un membre de la famille des ligases de l’ubiquitine de type CWH (C2-WW- HECT) impliqué dans le contrôle de la signalisation inflammatoire, des facteurs de transcription et le tri des récepteurs membranaires. La fonction d’Itch implique généralement sa capacité à induire la dégradation de ses substrats. Pour accomplir cette fonction, Itch doit d’abord interagir avec ses cibles. Itch possède quatre domaines WW lui permettant d’accomplir la majorité de ses fonctions. En plus de ces domaines, Itch possède une PRR (région riche en prolines) unique parmi les ligases CWH. Cette région est bien conservée chez les vertébrés, ce qui suggère son importance. Cette région permet à Itch d’interagir avec des protéines contenant un domaine SH3 (Src homology 3). Plusieurs partenaires SH3 furent identifiés, cependant l’on connait peu de choses concernant la fonction et l’établissement de ces complexes. Dans ce projet, nous avons analysé les propriétés de liaison d’un sous-groupe de protéines à domaine SH3 impliquées dans l’endocytose et la signalisation cellulaire. Nos travaux ont permis d’identifier de nouveaux partenaires et aussi de déterminer que différents domaines SH3 ciblent la même région riche en prolines, mais impliquent des résidus distincts. Ces résultats démontrent la variété des propriétés de liaison démontrées par la PRR d’Itch et sa préférence marquée pour l’Endophiline. Parmi les partenaires identifiés, Grb2 (Growth factor receptor-bound protein 2) est particulièrement intéressant en raison de son rôle crucial dans la signalisation cellulaire. Nous avons démontré ici qu’Itch ubiquityle Grb2, mais ne cause pas sa dégradation, contrairement à l’Endophiline. Nos travaux démontrent que la PRR d’Itch est versatile quant à ses interactions et leurs conséquences.

Caractérisation des interactions établies par la région riche en prolines de la ligase de l’ubiquitine Itch

Itch est un membre de la famille des ligases de l’ubiquitine de type CWH (C2-WW- HECT) impliqué dans le contrôle de la signalisation inflammatoire, des facteurs de transcription et le tri des récepteurs membranaires. La fonction d’Itch implique généralement sa capacité à induire la dégradation de ses substrats. Pour accomplir cette fonction, Itch doit d’abord interagir avec ses cibles. Itch possède quatre domaines WW lui permettant d’accomplir la majorité de ses fonctions. En plus de ces domaines, Itch possède une PRR (région riche en prolines) unique parmi les ligases CWH. Cette région est bien conservée chez les vertébrés, ce qui suggère son importance. Cette région permet à Itch d’interagir avec des protéines contenant un domaine SH3 (Src homology 3). Plusieurs partenaires SH3 furent identifiés, cependant l’on connait peu de choses concernant la fonction et l’établissement de ces complexes. Dans ce projet, nous avons analysé les propriétés de liaison d’un sous-groupe de protéines à domaine SH3 impliquées dans l’endocytose et la signalisation cellulaire. Nos travaux ont permis d’identifier de nouveaux partenaires et aussi de déterminer que différents domaines SH3 ciblent la même région riche en prolines, mais impliquent des résidus distincts. Ces résultats démontrent la variété des propriétés de liaison démontrées par la PRR d’Itch et sa préférence marquée pour l’Endophiline. Parmi les partenaires identifiés, Grb2 (Growth factor receptor-bound protein 2) est particulièrement intéressant en raison de son rôle crucial dans la signalisation cellulaire. Nous avons démontré ici qu’Itch ubiquityle Grb2, mais ne cause pas sa dégradation, contrairement à l’Endophiline. Nos travaux démontrent que la PRR d’Itch est versatile quant à ses interactions et leurs conséquences.

E3 ubiquitin ligase Praja1 inhibits the development of a neuronal phenotype in PC12 cells

Magdeburg, Univ., Med. Fak., Diss., 2015

Regulation of the voltage-gated sodium channel Nav1.7 by ubiquitin ligase Nedd4-2

Background and aim: Neuropathic pain (NP) is a frequent and disabling disorder occurring as a consequence of a direct lesion of the nervous system and recurrently associated with a positive shift toward nervous system excitability. Peripheral nerve activity is mainly carried by voltage-gated sodium channels (VGSC), with Nav1.7 isoform being an important candidate since loss of function mutations of its gene is associated with congenital inability to experience pain. Interestingly, ubiquitin ligases from the Nedd4 family are well known proteins that regulate the turnover of many membrane proteins such as VGSC and we showed Nedd2-2 is downregualted in experimental models of chronic pain. The aim of this study was to investigate the importance of Nedd4-2 in the modulation of Nav1.7 at the membrane. Methods: In vitro: whole cell patch clamp on HEK293 cell line stably expressing Nav1.7 was used to record sodium currents (INa), where the peak current of INa reflects the quantity of functional Nav1.7 expressed at the membrane. The possibility that Nedd4-2 modulates the currents was assessed by investigating the effect of its cotransfection on INa. Biotinylation of cell surface was used to isolate membrane-targeted Nav1.7. Furthermore, as the interaction between Nedd4-2 and Nav isoforms was previously reported to rely on an xPPxYx sequence (PY-motif), we mutated this latter to study its impact in the specific interaction between Nav1.7 and Nedd4-2. GST-fusion proteins composed of the Nav1.7 c terminal 66 amino acids (wild-type or PY mutated) and GST were used to pull-down Nedd4-2 from lysates. Results: Co-transfection of Nav1.7 with Nedd4-2 reduced the Nav1.7 current amplitude by ~80% (n = 36, p <0.001), without modifying the biophysical properties of INa. In addition, we show that the quantity of Nav1.7 at the membrane was decreased when Nedd4-2 was present. This effect was dependent on the PY-motif since mutations in this sequence abolished the down-regulatory effect of Nedd4-2. The importance of this motif was further confirmed by pull down experiments since the PY mutant completely eliminate the interaction with Nedd4-2. Perspectives: Altogether, these results point to the importance of Nedd4-2 as a Nav1.7 regulator through cell surface modulation of this sodium channel. Further experiments in freshly dissociated neurons from wild type and Scn1bflox/Nedd4-2Cre mice are needed to confirm in vivo these preliminary data.

Characterization of Nedd4-2 ubiquitin ligase expression in experimental neuropathic pain

Background: Neuropathic pain is associated with altered expression of voltage-gated sodium channels (VGSCs). The ubiquitin ligase Nedd4-2 regulates sodium channels and we have previously demonstrated in expression systems that this protein decreases the Nav1.7 current. Nav1.7 is the most abundant VGSC in dorsal root ganglion (DRG) and is a major contributor to pain perception. We hypothesize that Nedd4-2 modulates Nav1.7 channel density at the neuronal cell membrane and the goal of this present experiment is to characterize Nav1.7 and Nedd4-2 expression in the context of neuropathic pain. Methods: Biotinylation, Western Blot and Immunohistochemistry experiments for Nav1.7 and Nedd4-2 were performed in HEK transfected cells or in rodent DRGs 7 days after SNI surgery. We used antibodies against Nedd4-2 and Nav1.7 and several comarkers of DRG neurons (Peripherin for nociceptors, NF-200 for large myelinated cells, ATF3 for injured neurons). Data are expressed in proportion of positive cells (%) and protein signal ratio } SEM, n = 3-4 in each condition. Results: In HEK293 cells, upon co-expression of Nedd4-2, a decrease of 50% of Nav1.7 signal at the membrane is demonstrated (p ≤0.005). Immunofluorescence on DRGs neurons reveals a decreased number of positive Nedd4-2 cells in the SNI model (27.0 } 1.2%) versus sham group (43.4 } 3.5%) (p <0.005). Nedd4-2 is mainly colocalized with markers of small neurons and almost absent in large neurons. In addition, Nedd4-2 is predominantly decreased in injured ATF3 positive cells. Conclusion: Our results indicate that Nedd4-2 decreases Nav1.7 channels and currents at the cell membrane and that it is mainly expressed in nociceptors and downregulated after nerve injury. Taken together, our data suggest that the reduction of Nedd4-2, after nerve injury, modulates Nav1.7 activity and can contribute to neuropathic pain. We will further try to restore a normal level of Nedd4.2 via a gene therapy approach with viral vectors in order to soothe symptoms of neuropathic pain.

The E3-Ubiquitin Ligase TRIM50 Interacts with HDAC6 and p62, and Promotes the Sequestration and Clearance of Ubiquitinated Proteins into the Aggresome.

In this study we report that, in response to proteasome inhibition, the E3-Ubiquitin ligase TRIM50 localizes to and promotes the recruitment and aggregation of polyubiquitinated proteins to the aggresome. Using Hdac6-deficient mouse embryo fibroblasts (MEF) we show that this localization is mediated by the histone deacetylase 6, HDAC6. Whereas Trim50-deficient MEFs allow pinpointing that the TRIM50 ubiquitin-ligase regulates the clearance of polyubiquitinated proteins localized to the aggresome. Finally we demonstrate that TRIM50 colocalizes, interacts with and increases the level of p62, a multifunctional adaptor protein implicated in various cellular processes including the autophagy clearance of polyubiquitinated protein aggregates. We speculate that when the proteasome activity is impaired, TRIM50 fails to drive its substrates to the proteasome-mediated degradation, and promotes their storage in the aggresome for successive clearance.

Lats2, a novel regulator of Elongin BC ubiquitin ligase

Résumé : Le Large tumor suppressor, Lats2, est une protéine humaine homologue au suppresseur de tumeur Warts (Lats) de Drosophila melanogaster, qui réprime la prolifération des cellules en altérant leur cycle au niveau des transitions Gl/S et G2/M, et en induisant l'apoptose. Pourtant, la voie moléculaire par laquelle Lats2, une sériase-thréonine kinase, déclenche l'arrêt du cycle cellulaire, est toujours inconnue. Notre équipe a d'abord déterminé que Lats2 était un gène de réponse à la protéine p53 (Kostic et al., 2000). Par la suite, nous avons identifié des protéines interagissant avec Lats2, notamment les modules de reconnaissance du substrat des ligases Colline E3 (des protéines contenant Socs box ou F box) ainsi que deux Bous-unités du Signalosome CSN: CSN4 et CSNS. En outre, Lats2 est connue pour s'associer au Super-complexe composé de CSN et des ligases Colline E3 (Rongere, thesis, 2004; Rongere, unpublished results, 2005). Le travail présenté ici sur Lats2 a confirmé que cette protéine est une kinase associée à CSN. Nous avons caractérisé les interactions spécifiques de domaines de Lats2 avec hSocs3, hWsb 1 (des protéines Socs box) et hFBX-7 (une protéine F box), ainsi que les conséquences physiologiques des interactions avec hSocs3, hWsb1 et hSocs1. Des expériences de GST pull-down ont montré que les deux domaines, N-terminal et kinase, de Lats2 interagissent avec hSocs3, hWsb1 et hFBX-7, ce qui suggère aussi que l'ensemble de la protéine Lats2 est impliqué dans ces interactions. Une étude approfondie des interactions entre Lats2 et hSocs3 indique que le domaine kinase de Lats2 interagit avec la région de hSocs3 contenant un domaine SH2, situé en amont du domaine Socs box de hSocs3. Par ailleurs, Lats2 phosphoryle des régions spécifiques entre les domaines N-terminal et SH2 (Sl), et, entre les domaines SH2 et Socs box (S3) de la protéine hSocs3. Ces résultats révèlent que hSocs3 est un.nouveau substrat de Lats2. Des modifications de l'activité kinase ont aussi révélé que la protéine sauvage Lats2 (wt Lats2) était capable de phosphoryler hSocs3, alors qu'un mutant dead du domaine kinase Lats (poche ATP délétée, Lats2OATP) non. L'analyse des mutations a permis d'identifier deux résidus sériase situés aux positions 1441145 (S3), spécifiquement phosphorylés par wt Lats2. La phosphorylation des protéines représentant un signal de dégradation protéolytique, nous avons envisagé que Lats2 pouvait cibler hSocs3 pour une dégradation protéasomale. Lorsque wt Lats2 est surexprimée dans des cellules HEK293T et COS7, la demi-vie de hSocs3, un élément de la ligase Elongine BC-Colline É3 (ligase EBC), diminue significativement, effet que n'a pas la surexpression de Lats2OATP. De plus, la stabilité de hSocs3 dépend de la phosphorylation des résidus sériase aux positions 144/145 par wt Lats2. Bien que les sites de phosphorylation ne soient pas définis pour les deux autres modules de reconnaissance du substrat de la ligase EBC: hWsb 1 et hSocsl, leurs demi-vies diminuent également quand wt Lats2 est surexprimée. Pour les tests in vivo, nous avons synthétisé des esiRNA pour diminuer l'expression du gène endogène lats2, ce qui a entraîné une augmentation d'un facteur 2 de la demi-vie de hSocs3 et de hWsbl dans les cellules HEK293T. En conclusion, nos résultats suggérent que Lats2, une kinase associée au CSN, est un nouveau régulateur de la fonction des ligases EBC, agissant sur le renouvellement des protéines hSocs3, hSocs1 et hWsb1. Ainsi, Lats2 altère la spécificité et la capacité des ligases EBC, régulant par là même la stabilité de nombreuses protéines, ciblées par les ligases EBC pour une dégradation protéasomale. D'autres études devraient révéler si la modification observée de la fonction de la ligase EBC par Lats2, associée au Super-complexe, est également responsable du renouvellement des régulateurs du cycle cellulaire et des changements dans ce même cycle observés lors de la surexpression de Lats2. Summary : The Large tumor suppressor 2 (Lats2) is a human homologue of the Drosophila melanogaster tumor suppressor Warts (Cats) who negatively regulates cell proliferation by altering cell cycle Gl/S and G2/M transition and inducing apoptosis. However, the molecular pathway by which Lats2, a serine-threonine kinase, mediates cell cycle arrest is still unknown. Lats2 was initially identified to be a p53 response gene by our group (Kostic et al., 2000). Subsequently, our group identified interacting candidates of Lats2, including substrate recognition modules of Cullin-based E3 ligases (Socs box or F-box containing proteins) as well as two subunits of the Signalosome (CSN), CSN4 and CSNS. Additionally, Lats2 was shown to associate with a Super-complex, composed of CSN and Cullin-based E3 ligases (Rongere, thesis, 2004; Rongere, unpublished results, 2005) We hypothesized that Lats2 may perform its physiological function through interaction with CSN and Cullin-based E3 ligases. The present work on Lats2 has confirmed that Lats2 is a CSN associated kinase. We defined the domain specific interactions of Lats2 with hSocs3, hWsb1 (Sots box proteins) and hFBX-7 (F box protein), as well as the physiological consequences of interaction with hSocs3, hWsb1 and hSocs1. Both the N-terminal and the kinase domains of Lats2 interact with full-length hSocs3, hWsb1 and hFBX-7, determined in GST pull-down assays suggesting that full-length Lats2 protein is involved in interactions. Refinement of the Lats2 interaction with hSocs3 indicated that the kinase domain of Lats2 interacts with a region of hSocs3 containing a SH2 domain located upstream of the Socs box domain of the hSocs3. Moreover, Lats2 phosphorylated specific regions between the N-terminal and SH2 domain (S l) as well as between the SH2 domain and Socs box domain of hSocs3 (S3).These results indicate that hSocs3 is a novel Lats2 substrate. The kinase assay has also demonstrated that wt Lats2 was able to phosphorylate hSocs3, but not Lats2 kinase dead mutant (deleted ATP pocket, Lats20ATP). Mutational analysis identified two serine residues located at positions 144/145 (S3) to be specifically phosphorylated by wt Lats2. Phosphorylation of proteins has been shown to be a signal for proteolytic degradation of many characterized proteins. Thus we hypothesized that Lats2 could target hSocs3 for proteasomal degradation. When wt Lats2 was over-expressed in HEK293T cells and COST cells, the half-life of hSocs3, as a component of Elongin BC Cullin-based E3 ubiquitin ligase (EBC ligase), decreased significantly. In contrast, aver-expression of the Lats2OATP did not alter the half-life of hSocs3. Furthermore, the stability of hSocs3 depended on phosphorylation of serine residues at positions 144/145 by wt Lats2. Although the sites of phosphorylation were not defined for two other substrate recognition modules of EBC ligasehWsbl and hSocsl, their half-lives also decreased when wt Lats2 was over-expressed. To test in vivo, we synthesized esiRNA to knock-down endogenous Lats2 and subsequently we measured the half-lives of hSocs3 and hVVsb l . Here we demonstrated that the half-lives of hSocs3 and hWsbl were increased by the factor of two in Lats2-depleted HEK293T cells. In conclusion, our findings suggest that Lats2, a CSN associated kinase, is a novel regulator of EBC ligase function by regulating the turn-over of hSocs3, hSocs1 and hWsb1. Thus, Lats2 alters the specificity and capacity of EBC ligases regulating thereby the stability of numerous proteins which are targeted by EBC ligases for proteasomal degradation. Further studies should reveal whether the observed modulation of EBC ligase function by Lats2 associated with a Super-complex is also responsible for the turn-over of cell cycle regulators and the observed alteration in cell cycle by Lats2 over-expression.

Salt-sensitive hypertension and cardiac hypertrophy in mice deficient in the ubiquitin ligase Nedd4-2.

Nedd4-2 has been proposed to play a critical role in regulating epithelial Na+ channel (ENaC) activity. Biochemical and overexpression experiments suggest that Nedd4-2 binds to the PY motifs of ENaC subunits via its WW domains, ubiquitinates them, and decreases their expression on the apical membrane. Phosphorylation of Nedd4-2 (for example by Sgk1) may regulate its binding to ENaC, and thus ENaC ubiquitination. These results suggest that the interaction between Nedd4-2 and ENaC may play a crucial role in Na+ homeostasis and blood pressure (BP) regulation. To test these predictions in vivo, we generated Nedd4-2 null mice. The knockout mice had higher BP on a normal diet and a further increase in BP when on a high-salt diet. The hypertension was probably mediated by ENaC overactivity because 1) Nedd4-2 null mice had higher expression levels of all three ENaC subunits in kidney, but not of other Na+ transporters; 2) the downregulation of ENaC function in colon was impaired; and 3) NaCl-sensitive hypertension was substantially reduced in the presence of amiloride, a specific inhibitor of ENaC. Nedd4-2 null mice on a chronic high-salt diet showed cardiac hypertrophy and markedly depressed cardiac function. Overall, our results demonstrate that in vivo Nedd4-2 is a critical regulator of ENaC activity and BP. The absence of this gene is sufficient to produce salt-sensitive hypertension. This model provides an opportunity to further investigate mechanisms and consequences of this common disorder.

Neuronal expression of the ubiquitin ligase Nedd4-2 in rat dorsal root ganglia: Modulation in the spared nerve injury model of neuropathic pain.

Neuronal hyperexcitability following peripheral nerve lesions may stem from altered activity of voltage-gated sodium channels (VGSCs), which gives rise to allodynia or hyperalgesia. In vitro, the ubiquitin ligase Nedd4-2 is a negative regulator of VGSC α-subunits (Na(v)), in particular Na(v)1.7, a key actor in nociceptor excitability. We therefore studied Nedd4-2 in rat nociceptors, its co-expression with Na(v)1.7 and Na(v)1.8, and its regulation in pathology. Adult rats were submitted to the spared nerve injury (SNI) model of neuropathic pain or injected with complete Freund's adjuvant (CFA), a model of inflammatory pain. L4 dorsal root ganglia (DRG) were analyzed in sham-operated animals, seven days after SNI and 48h after CFA with immunofluorescence and Western blot. We observed Nedd4-2 expression in almost 50% of DRG neurons, mostly small and medium-sized. A preponderant localization is found in the non-peptidergic sub-population. Additionally, 55.7±2.7% and 55.0±3.6% of Nedd4-2-positive cells are co-labeled with Na(v)1.7 and Na(v)1.8 respectively. SNI significantly decreases the proportion of Nedd4-2-positive neurons from 45.9±1.9% to 33.5±0.7% (p<0.01) and the total Nedd4-2 protein to 44%±0.13% of its basal level (p<0.01, n=4 animals in each group, mean±SEM). In contrast, no change in Nedd4-2 was found after peripheral inflammation induced by CFA. These results indicate that Nedd4-2 is present in nociceptive neurons, is downregulated after peripheral nerve injury, and might therefore contribute to the dysregulation of Na(v)s involved in the hyperexcitability associated with peripheral nerve injuries.

Nedd4-2 ubiquitin ligase: a contributor to experimental neuropathic pain?

Background: Neuropathic pain is associated with altered expression of voltage-gated sodium channels (VGSCs) leading to peripheral nerve hyperexcitability. Interestingly, in cell expression systems, the ubiquitin ligase Nedd4-2 regulates the cell membrane density of the most abundant peripheral and pain-related VGSC, namely Nav1.7, and decreases its sodium current. Yet nothing is known about the involvement of Nedd4-2 in nociception and chronic pain. Therefore, the goal of this study is (i) to characterize Nedd4-2 and Nav1.7 expression in an experimental model of neuropathic pain (ii) to design by viral vector-mediated gene therapy an approach to depict the implication of Nedd4-2 in chronic pain. Methods: Western Blot and immunohistochemistry experiments detecting Nav1.7 and Nedd4-2 were performed in rodent DRGs 7 days after spared nerve injury (SNI). For the viral vector-mediated gene therapy, a recombinant Adeno-Associated Virus (rAAV2/6) was generated expressing the Nedd4-2 gene. Intrathecal injection of rAAV2/6 was followed 2 weeks after by the SNI surgery. Data are expressed in mean ± SEM, n = 4 in each condition. Results: Immunofluorescence on DRGs neurons reveals a decreased number of positive Nedd4-2 cells in the SNI model (27.0 ± 1.2%) versus sham group (43.4 ± 3.5%; p <0.005), as well as an increase in positive Nav1.7 cells in SNI (50.1 ± 2.9%) versus Sham (41.6 ± 1.8%; p <0.05). The change of Nedd4-2 expression was confirmed by western-blot analysis. In addition, we show that Nedd4-2 and Nav1.7 are largely expressed in overlapping cell populations, chiefly colocalizing with markers of small nociceptive neurons. Furthermore, we report that intrathecal injection of rAAV is able to counteract the reduction of Nedd4-2 expression in SNI animals. Conclusion: Our results indicate that Nedd4-2 is mainly expressed in nociceptors and downregulated after nerve injury. Moreover, our data suggest that the reduction of Nedd4-2, after nerve injury, may modulate Nav1.7 activity and contribute to hyperexcitability in neuropathic pain. A normal level of Nedd4-2 can be restored using a viral vector and we will further assess its functional effect on pain sensitivity.

The Cul3-KLHL21 E3 ubiquitin ligase targets aurora B to midzone microtubules in anaphase and is required for cytokinesis.

Cul3 (Cullin3)-based E3 ubiquitin ligases recently emerged as critical regulators of mitosis. In this study, we identify two mammalian BTB (Bric-a-brac-Tramtrack-Broad complex)-Kelch proteins, KLHL21 and KLHL22, that interact with Cul3 and are required for efficient chromosome alignment. Interestingly, KLHL21 but not KLHL22 is necessary for cytokinesis and regulates translocation of the chromosomal passenger complex (CPC) from chromosomes to the spindle midzone in anaphase, similar to the previously described BTB-Kelch proteins KLHL9 and KLHL13. KLHL21 directly binds to aurora B and mediates ubiquitination of aurora B in vitro. In contrast to KLHL9 and KLHL13, KLHL21 localizes to midzone microtubules in anaphase and recruits aurora B and Cul3 to this region. Together, our results suggest that different Cul3 adaptors nonredundantly regulate aurora B during mitosis, possibly by ubiquitinating different pools of aurora B at distinct subcellular localizations.