Heterogeneous distribution of isoactins in cultured vascular smooth muscle cells does not reflect segregation of contractile and cytoskeletal domains

We have previously demonstrated that or-smooth muscle (alpha -SM) actin is predominantly distributed in the central region and beta -non-muscle (beta -NM) actin in the periphery of cultured rabbit aortic smooth muscle cells (SMCs). To determine whether this reflects a special form of segregation of contractile and cytoskeletal components in SMCs, this study systematically investigated the distribution relationship of structural proteins using high-resolution confocal laser scanning fluorescent microscopy. Not only isoactins but also smooth muscle myosin heavy chain, alpha -actinin, vinculin, and vimentin were heterogeneously distributed in the cultured SMCs. The predominant distribution of beta -NM actin in the cell periphery was associated with densely distributed vinculin plaques and disrupted or striated myosin and ol-actinin aggregates, which may reflect a process of stress fiber assembly during cell spreading and focal adhesion formation. The high-level labeling of alpha -SM actin in the central portion of stress fibers was related to continuous myosin and punctate alpha -actinin distribution, which may represent the maturation of the fibrillar structures. The findings also suggest that the stress fibers, in which actin and myosin filaments organize into sar-comere-like units with alpha -actinin-rich dense bodies analogous to Z-lines, are the contractile vimentin structures of cultured SMCs that link to the network of vimentin-containing intermediate alpha -actinin filaments through the dense bodies and dense plaques.

Helicobacter pylori attachment to gastric cells induces cytoskeletal rearrangements and tyrosine phosphorylation of host cell proteins.

The consequences of Helicobacter pylori attachment to human gastric cells were examined by transmission electron microscopy and immunofluorescence microscopy. H. pylori attachment resulted in (i) effacement of microvilli at the site of attachment, (ii) cytoskeletal rearrangement directly beneath the bacterium, and (iii) cup/pedestal formation at the site of attachment. Double-immunofluorescence studies revealed that the cytoskeletal components actin, alpha-actinin, and talin are involved in the process. Immunoblot analysis showed that binding of H. pylori to AGS cells induced tyrosine phosphorylation of two host cell proteins of 145 and 105 kDa. These results indicate that attachment of H. pylori to gastric epithelial cells resembles that of enteropathogenic Escherichia coli. Coccoid H. pylori, which are thought to be terminally differentiated bacterial forms, are capable of binding and inducing cellular changes of the same sort as spiral H. pylori, including tyrosine phosphorylation of host proteins.

The subcellular fractionation properties and function of insulin receptor substrate-1 (IRS-1) are independent of cytoskeletal integrity

Efficient insulin action requires spatial and temporal coordination of signaling cascades. The prototypical insulin receptor substrate, IRS-1 plays a central role in insulin signaling. By subcellular fractionation IRS-1 is enriched in a particulate fraction, termed the high speed pellet (HSP), and its redistribution from this fraction is associated with signal attenuation and insulin resistance. Anecdotal evidence suggests the cytoskeleton may underpin the localization of IRS-1 to the HSP. In the present study we have taken a systematic approach to examine whether the cytoskeleton contributes to the subcellular fractionation properties and function of IRS-1. By standard microscopy or immunoprecipitation we were unable to detect evidence to support a specific interaction between IRS-1 and the major cytoskeletal components actin (microfilaments), vimentin (intermediate filaments), and tubulin (microtubules) in 3T3-L1 adipocytes or in CHO.IR.IRS-1 cells. Pharmacological disruption of microfilaments and microtubules, individually or in combination, was without effect on the subcellular distribution of IRS-1 or insulin-stimulated tyrosine phosphorylation in either cell type. Phosphorylation of Akt was modestly reduced (20-35%) in 3T3-L1 adipocytes but not in CHO.IR.IRS-1 cells. In cells lacking intermediate filaments (Vim(-/-)) IRS-1 expression, distribution and insulin-stimulated phosphorylation appeared normal. Even after depolymerisation of microfilaments and microtubules, insulin-stimulated phosphorylation of IRS-1 and Akt were maintained in Vim-/- cells. Taken together these data indicate that the characteristic subcellular fractionation properties and function of IRS-1 are unlikely to be mediated by cytoskeletal networks and that proximal insulin signaling does not require an intact cytoskeleton. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Role of divalent cations, pH, cytoskeleton componentes and surface charge on the adhesion of Trichomonas vaginalis to a polystyrene substrate

The process of adhesion of three different strains of Trichomonas vaginalis to a polystyrene substrate was analysed. The process of adhesion was dependent on the time of incubation and the pH of the phosphate-buffered solution (PBS) in which the parasites were suspended. The highest indices of adhesion were observed after an incubation time of 60 min at pH 6.6. The adhesion index increased when the parasites were incubated in the presence of culture media or when Ca++ or Mg++ was added to the PBS solution, whereas cytochalasin B, trypsin or neuraminidase reduced adhesion. Incubation of the parasites in the presence of poly-L-lysine facilitated the process of adhesion. Incubation of the parasites or polystyrene beads in the presence of poly-L-lysine led to important changes in their surface charge.

Characterization of the neuronal microtubule regulator SCG10 in transfected cells and " in vivo "

SUMMARY The ability of neuronal processes to find their way along complex paths and to establish appropriate connections depends on continual rearrangements of the cytoskeletal components. The regulation of microtubules plays an important role for morphological changes underlying nevrite outgrowth, axonal elongation, and growth cone steering. SCG10 (superior cervical ganglion clone 10) is a neuronal growthassociated protein developmentally regulated and highly enriched in the neuronal growth cones. SCG10 presents a microtubule destabilizing activity that could participate to the regulation of microtubule dynamics and thus explain microtubule behaviors in the growth cone during axonal elongation and turning. It is here suggested that a tight control of the opposite effects on microtubules of SCG10 and the stabilizing microtubule-associated protein MAP1B allows a fine tuning of cytoskeletal rearrangement and may provide the required microtubule dynamic instability to promote axonal growth. Moreover, antibodyblockade of SCG10 function, that leads to growth cone pauses similar as those triggered by the guidance molecule EphB, and the modulation of SCG10 activity by the Rho GTPase Rnd1 suggest a potential role for SCG10 in the signal transduction pathways of extracellular guidance cues. The identification of the active zone protein Bassoon as a potential interaction partner for the SCG10-related protein NPC2, using atomic force microscopy as well as COS-7 and neuronal cell cultures, also gives new insights for a role of this protein family into the processes of synapse genesis or plasticity. Finally, SCG10 mutant mice generated by gene targeting and expressing a soluble form of the protein have been characterized during early postnatal development and in the adulthood. Due to the deletion of its membrane binding domain, SCG10 specific subcellular targeting to growth cones is compromised and results in impairments of motor and coordination development. Further histological analysis in the sciatic nerve reveal that these symptoms are associated with neurodegenerative signs. RESUME Une navigation correcte des prolongements cellulaires neuronaux leur permettant de former des connections appropriées repose sur de continuels réarrangements des constituants de leur cytosquelette. La régulation des microtubules joue notamment un rôle important dans les changements morphologiques qui accompagnent la croissance axonale et les réorientations du cône de croissance. SCG10 (superior cervical ganglion clone 10) est une protéine étroitement associée à la croissance neuronale, hautement régulée durant le développement et abondante au niveau du cône de croissance. SCG10 présente une activité déstabilisatrice sur les microtubules qui pourrait permettre une régulation des paramètres dynamiques propres aux microtubules et ainsi expliquer leur comportement durant la navigation du cône de croissance. Il est ici proposé qu'un contrôle précis des effets opposés de SCG10 et d'une autre protéine stabilisante associée aux microtubules (MAP1 B) permette un réglage fin des réarrangements du cytosquelette et puisse ainsi produire l'instabilité dynamique nécessaire à la croissance anale. Par ailleurs, le blocage de la fonction de SCG10 par un anticorps spécifique, conduisant à des pauses du cônes de croissance similaires à celles provoquées par la molécule de guidage EphB, ainsi que la modulation de l'activité de SCG10 par la Rho GTPase Rnd1 suggèrent une potentielle implication de SCG10 dans les voies de transduction des signaux provenant de molécules de guidage extracellulaires. L'identification d'une interaction de la protéine synaptique Bassoon avec la protéine NPC2 apparentée à SCG10, au moyen de la microscopie à force atomique et dans des cultures de cellules neuronales et COS-7, ouvre des perspectives concernant ces protéines dans la formation et la plasticité synaptiques. Finalement, des souris mutantes pour SCG10 produites par ciblage de gène et exprimant une forme soluble de la protéine ont été caractérisées durant la phase précoce du développement et à l'âge adulte. La délétion du domaine permettant l'ancrage de SCG10 aux membranes compromet sa sub-localisation au niveau du cône de croissance et résulte en l'apparition de troubles moteurs et de la coordination. Des analyses histologiques complémentaires au niveau du nerf sciatique montrent que ces symptômes sont associés avec des signes neurodégénératifs.

Measles virus infection – Interplay between virus and host cells

Measles, caused by measles virus (MV), is a highly contagious viral disease causing severe respiratory infection and a typical rash. Despite the availability of a protective vaccine, measles is still the leading vaccine-preventable cause of childhood mortality worldwide. The high mortality associated with the disease is mainly due to an increased susceptibility to secondary infections during the period of immunosuppression that continues for several weeks after recovery. The present study was undertaken to elucidate the role of cytoskeletal components in the regulation of MV infection. The most interesting finding was that MV replication was activated in unstimulated peripheral blood mononuclear cells (PBMC) when globular actin was converted into the filamentous form with jasplakinolide. This provides a new aspect in our understanding of MV infection in PBMC. In the second part of the thesis we investigated MV-induced structural changes of cellular nuclear matrix, which is a proteinaceous framework of the nucleus similar to the cytoskeleton in the cytoplasm. We showed that cleavage of nuclear markers was virusspecific and a general caspase inhibitor rescued MV-infected cells from cell death. Furthermore, we studied MV-induced innate immune mechanisms in lung epithelial and endothelial cells. Our results showed that MV infection resulted in activation of the double stranded RNA (dsRNA) binding molecules melanoma differentiation-associated gene 5 (mda-5), retinoic acid inducible gene I (RIG-I), and toll-like receptor 3 (TLR3) gene expression, followed by high expression of antiviral cytokine mRNA.

Cell death and lumen formation in spheroids of MCF-7 cells

3D (three-dimensional) cell culture permits a more integrated analysis of the relationship between cells, inserting them into a structure more closely resembling the cellular microenvironment in vivo. The development of in vitro parameters to approximate in vivo 3D cellular environments makes a less reductionist interpretation of cell biology possible. For breast cells, in vitro 3D culture has proven to be an important tool for the analysis of luminal morphogenesis. A greater understanding of this process is necessary because alterations in the lumen arrangement are associated with carcinogenesis. Following lumen formation in 3D cell culture using laser scanning confocal microscopy, we observed alterations in the arrangement of cytoskeletal components (F-actin and microtubules) and increasing levels of cell death associated with lumen formation. The formation of a polarized monolayer facing the lumen was characterized through 3D reconstructions and the use of TEM (transmission electron microscopy), and this process was found to occur through the gradual clearing of cells from the medullary region of the spheroids. This process was associated with different types of cell death, such as apoptosis, autophagy and entosis. The present study showed that changes in the extracellular matrix associated with long periods of time in 3D cell culture lead to the formation of a lumen in MCF-7 cell spheroids and that features of differentiation such as lumen and budding formation occur after long periods in 3D culture, even in the absence of exogenous extracellular compounds.

Citocompatibilidade, propriedades antibiofilme e físicas e cimentos endodônticos associados à amoxilina

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Molekulare Charakterisierung der Centrin-Isoformen in der Retina von Säugetieren

Centrine sind Mitglieder einer hoch konservierten Überfamilie von Ca2+-bindenden Proteinen mit EF-Hand Motiven. Bislang sind vier Centrin-Isoformen bei Säugern beschrieben worden, die in diversen Zellen in der Regel mit Centriolen von Centrosomen oder Centrosomen-verwandten Strukturen assoziiert sind. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die vier Centrin-Isoformen bezüglich der Expression in verschiedenen Geweben untersucht. Dabei lag der Hauptfokus auf Untersuchungen der Centrine in den Photorezeptorzellen der Retina. Analysen auf subzellulärer Ebene brachten Klarheit über die differenzielle Lokalisation der verschiedenen Isoformen in der Retina. Mit Hilfe von verschiedenen Methoden konnten Wechselwirkungspartner in der Retina identifiziert werden, die eine Rolle in der visuellen Signaltransduktionskaskade spielen. Dabei könnten Centrine einem Regelmechanismus angehören, der wichtige Translokationsprozesse dieser Proteine regelt. In den Photorezeptorzellen der Säugetierretina werden die vier Isoformen exprimiert, die in den Strukturen des Cilienapparates differenziell lokalisiert sind. Dabei beschränkt sich ihre Lokalisation entweder auf den Basalkörper (Centrin 4), auf das Verbindungscilium (Centrin 1) oder sie sind in beiden Strukturen zu finden (Centrin 2 und 3). In den nicht- Photorezeptorzellen der Retina sind die Isoformen Centrin 2 und 3 zudem an den Centriolen der Centrosomen lokalisiert. In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal gezeigt, dass alle Centrin-Isoformen in ein und derselben Zelle, der Photorezeptorzelle, koexprimiert werden und dabei subzellulär kolokalisiert sind. Im Weiteren konnte die ubiquitäre Expression von Centrin 2 und 3 in allen untersuchten Geweben an Centrosomen bestätigt werden. Centrin 1 und 4 hingegen werden nur in Geweben mit Cilien-tragenden Zellen exprimiert. Die Funktion der Centrine wird nicht nur durch Bindung von Ca2+, sondern auch durch Phosphorylierungen reguliert. Alle Sequenzen der Centrine weisen diverse mögliche Phosphorylierungsstellen für unterschiedliche Proteinkinasen auf. Die Ergebnisse aller durchgeführten in vitro und ex vivo Phosphorylierungs „Assays“ zeigen eine licht-abhängige Phosphorylierung der Centrin-Isoformen in der Retina. Dabei war in der dunkel-adaptierten Retina die Phosphorylierung vor allem von Centrin 1 und 2 erhöht. Weiterführende Experimente mit Kinase-Inhibitoren wiesen darauf hin, dass vor allem die Proteinkinase CKII eine bedeutende Rolle bei der Centrin-Phosphorylierung in der Retina einnimmt. Centrine sind die ersten Cytoskelettkomponenten, deren Phosphorylierungsgrad lichtabhängig moduliert wird. Diese Ergebnisse weisen auf einen Signalweg, der zwischen der visuellen Signaltransduktionskaskade und der Regulation der Centrin-Aktivität vermittelt, hin. Bei der Suche nach Centrin-Bindungspartnern gelang mit Hilfe von Centrin 1 Blot „Overlay Assays“ der Durchbruch. Der neuartige Ansatz zeigte, dass ausschließlich Ca2+-aktiviertes Centrin 1 mit Proteinen aus der Retina interagierte. Nach der Identifikation eines 37 kDa-Proteins als die β-Untereinheit des visuellen G-Proteins Transducin wurden die Untersuchungen auf diesen Interaktionspartner fokussiert. Die Ergebnisse der hier durchgeführten biochemischen und biophysikalischen Protein-Protein Interaktionsexperimente zeigen insgesamt folgendes: ⇒ Alle vier Centrine interagieren mit Transducin, wobei Centrin 3 die geringste Affinität zu Transducin hat. ⇒ Die Assemblierung der Centrin•G-Protein-Komplexe ist strikt Ca2+-abhängig. ⇒ Die Centrine binden sowohl an das isolierte Gtβγ-Heterodimer als auch an den heterotrimeren Gt-holo-Proteinkomplex, nicht aber an Gtα. Die quantitativen immunoelektronenmikroskopischen Analysen zeigen im Weiteren, dass sich die Komplexe aus Transducin und Centrin 1 bis 3 wahrscheinlich in einer Subdomäne des Verbindungsciliums der Photorezeptorzellen ausbilden. Dabei dürfte die Ausbildung der Komplexe an der Regulation der lichtinduzierten Translokation von Transducin zwischen Innen- und Außensegment der Photorezeptorzellen beteiligt sein. Dieser Translokationsmechanismus wird als ein wichtiger Bestandteil der Langzeitadaption der Signaltransduktionskaskade der Säugerretina diskutiert. Der neuartige Regelmechanismus der molekularen Translokationen, in dem Centrine involviert sind, ist außergewöhnlich und dürfte über die speziellen Photorezeptorzellen hinaus von weit reichender Bedeutung sein.

Entstehung und Dynamik des Keratinfilament-Netzwerks

Das zytoplasmatische Zytoskelett besteht aus drei Filamentsystemen, die aus Aktin, Tubulin und Intermediärfilamentproteinen aufgebaut sind und dreidimensionale Netzwerke ausbilden. Das Intermediärfilamentsystem, dem vor allem mechanische Stabilisierungsfunktionen zugesprochen werden, unterscheidet sich von den anderen durch seine Fähigkeit, spontan aus seinen Polypeptiduntereinheiten ohne weitere Kofaktoren zu polymerisieren und durch seinen unpolaren Aufbau. Es ist bis heute unbekannt, wie Intermediärfilamentnetzwerke in vivo moduliert werden und wie ihre Anordnung in den Kontext des Gesamtzytoskeletts koordiniert wird. Am Beispiel der epithelialen Intermediärfilamentproteine, den Keratinen, sollte daher untersucht werden, wie und wo neue Intermediärfilamente entstehen, welche Bedeutung den anderen Filamentsystemen bei dem Netzwerkaufbau und –Turn-Over zukommen und wie die Netzwerkbildung gesteuert wird. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wurden Zellklone hergestellt, die fluoreszierende Keratine synthetisieren. In der Zelllinie SK8/18-2, deren gesamtes Netzwerk aus derartigen Chimären aufgebaut ist, konnten anhand von mikroskopischen Zeitrafferaufnahmen der Fluoreszenzmuster Keratinfilamentvorläufer (KFP) identifiziert und deren Dynamik direkt in lebenden Zellen verfolgt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die KFP in einem Plasmamembran-nahen Bereich entstehen, in dem sie zuerst als punktförmige Partikel detektiert werden. Nach einer initialen, sphäroidalen Wachstumsphase elongieren die Partikel zu kleinen Filamentstückchen. Diese können miteinander fusionieren und werden über ihre Enden in das periphere Netzwerk integriert. Der Wachstumsprozess ist gekoppelt an eine kontinuierliche, langsame Bewegung in Richtung auf das Zellzentrum. Diese Motilität sistiert vollständig nach pharmakologisch induziertem Abbau der Aktinfilamente. In Zeitraffer-aufnahmen kann jedoch in derartig behandelten Zellen ein wesentlich schnellerer Transport, der in verschiedene Richtungen verläuft und durch lange Ruhephasen unterbrochen wird, beobachtet werden. Dieser Modus, der gelegentlich auch in unbehandelten Zellen gefunden wurde, ist abhängig von intakten Mikrotubuli. Erst durch Zerstörung der Aktinfilamente und der Mikrotubuli erlischt die Motilität der KFPs vollständig. Bei der Suche nach Regulatoren der Keratinnetzwerkbildung wurde die p38 MAPK als zentraler Faktor identifiziert. Erstmals konnte eine direkte räumliche und zeitliche Korrelation zwischen einer spezifischen Enzymaktivität durch Nachweis der phosphorylierten p38 MAPK, der daraus folgenden Phosphorylierung eines Keratins, hier Serin 73 des Keratin 8, und der daraus resultierenden Veränderung des Netzwerkaufbaus, d. h. der Ausbildung von Keratingranula, nachgewiesen werden. Diese koordinierten Veränderungen wurden in unterschiedlichen Stresssituationen in verschiedenen Zellsystemen und in Zellen mit mutierten Keratinen beobachtet. Genetische (shRNA) und pharmakologische Manipulationen der p38 MAPK-Aktivität deuten auf einen engen kausalen Zusammenhang hin.

Die Rolle von GABA- und Glyzinrezeptoren während der radialen Migration kortikaler Neurone in der pränatalen Maus

Für die Entwicklung des zerebralen Kortex ist die radiale Migration von Neuronen von elementarer Bedeutung. Für diese radiale Migration sind extrazelluläre Signale, die mit den Neuronen interagieren und eine Umgestaltung des Zytoskeletts vermitteln, notwendig. Zu den extrazellulären Signalen gehört auch der Neurotransmitter GABA, der über Depolarisation der Neurone einen Ca2+-Einstrom vermittelt und dadurch die Modulation der Migration über Ca2+-abhängige Signalwege ermöglicht. Auch von Taurin ist bekannt, dass es die neuronale Migration beeinflusst. Frühere Studien zeigten, dass die Depolarisation von GABAA-Rezeptoren durch GABA zu einem Migrationsstop führt, wohingegen Picrotoxin-sensitive Rezeptoren die Migration von der Ventrikulären Zone in die Intermediäre Zone des pränatalen Kortex vermitteln. Obwohl zu den Picrotoxin-sensitiven Rezeptoren GABAA-, GABAC- und bestimmte Glyzinrezeptoren gehören, wurde die Rolle von GABAC- und Glyzinrezeptoren während der radialen Migration nie überprüft. Ziel dieser Dissertation war deshalb, den Einfluss von GABAC- und Glyzinrezeptoren auf die radiale Migration zu untersuchen. Unter Verwendung von Migrationsanalysen, Fluoreszenzmessungen, molekularbiologischen und histologischen Methoden wurde gezeigt, dass GABAC-Rezeptoren im unteren Bereiche des präfrontalen Kortex exprimiert werden, ihre Aktivierung durch GABA in der Intermediären Zone zu einer Depolarisation führt, dass GABAC-Rezeptoren die Migration fördern und dieser Effekt über den migrationsstoppenden Effekt der GABAA-Rezeptoren dominiert. Durch Aktivierung der Glyzinrezeptoren fördert Taurin die Migration.

Abolishing myofibroblast arrhythmogeneicity by pharmacological ablation of α-smooth muscle actin containing stress fibers

Rationale: Myofibroblasts typically appear in the myocardium after insults to the heart like mechanical overload and infarction. Apart from contributing to fibrotic remodeling, myofibroblasts induce arrhythmogenic slow conduction and ectopic activity in cardiomyocytes after establishment of heterocellular electrotonic coupling in vitro. So far, it is not known whether α-smooth muscle actin (α-SMA) containing stress fibers, the cytoskeletal components that set myofibroblasts apart from resident fibroblasts, are essential for myofibroblasts to develop arrhythmogenic interactions with cardiomyocytes. Objective: We investigated whether pharmacological ablation of α-SMA containing stress fibers by actin-targeting drugs affects arrhythmogenic myofibroblast–cardiomyocyte cross-talk. Methods and Results: Experiments were performed with patterned growth cell cultures of neonatal rat ventricular cardiomyocytes coated with cardiac myofibroblasts. The preparations exhibited slow conduction and ectopic activity under control conditions. Exposure to actin-targeting drugs (Cytochalasin D, Latrunculin B, Jasplakinolide) for 24 hours led to disruption of α-SMA containing stress fibers. In parallel, conduction velocities increased dose-dependently to values indistinguishable from cardiomyocyte-only preparations and ectopic activity measured continuously over 24 hours was completely suppressed. Mechanistically, antiarrhythmic effects were due to myofibroblast hyperpolarization (Cytochalasin D, Latrunculin B) and disruption of heterocellular gap junctional coupling (Jasplakinolide), which caused normalization of membrane polarization of adjacent cardiomyocytes. Conclusions: The results suggest that α-SMA containing stress fibers importantly contribute to myofibroblast arrhythmogeneicity. After ablation of this cytoskeletal component, cells lose their arrhythmic effects on cardiomyocytes, even if heterocellular electrotonic coupling is sustained. The findings identify α-SMA containing stress fibers as a potential future target of antiarrhythmic therapy in hearts undergoing structural remodeling.

Fatty acylated proteins and the protein kinase C signaling pathway

Numerous proteins in intracellular signaling pathways are known to be covalently modified by long chain fatty acids. The objective of this project was to identify potentially novel components of the protein kinase C signaling pathway by virtue of their fatty acylation. A 64 kDa palmitoylated protein (p64) was identified that became deacylated following stimulation of quiescent cells with serum, FGF, or PDBu, suggesting that stimulus-dependent deacylation might alter interactions between p64 and other membrane/cytoskeletal components. A myristoylated protein of 68 kDa observed during these studies was identified as the "80K" PKC substrate. This protein was acylated cotranslationally with myristate through an amide linkage. The majority of the 80K protein was tightly associated with the plasma membrane, with approximately 20% in the cytosol. Although phosphorylation of the membrane-bound and soluble forms of the protein was increased 6-fold in response to PDBu, no changes in the subcellular distribution or myristoylation of the protein were observed. A cDNA encoding the murine form of this protein was cloned, and its deduced amino acid sequence revealed the presence of an N-terminal myristoylation consensus and five potential sites for phosphorylation by PKC. A mutant in which the N-terminal glycine residue was changed to alanine was no longer a substrate for NMT and consequently lost its membrane-binding potential. However, its ability to be phosphorylated in response to purified growth factors and phorbol esters was unimpaired. These results indicate that the myristoylated N-terminus of the 80K protein is required for its association with the plasma membrane, and that the cytoplasmic form of the protein can be phosphorylated independently of the membrane-bound form. Mutants of PKC were constructed in which the regulatory domain was removed and replaced by the N-terminus of the 80K or Al proteins. Unexpectedly, both the myristoylated and nonmyristoylated fusion proteins were tightly associated with the nuclear envelope. Further deletion analyses mapped nuclear targeting signals to the hinge region and a portion of the catalytic domain of PKC, explaining the ability of PKC to be translocated to the nucleus in response to certain stimuli. ^

Phosphorylation of protein kinase N by phosphoinositide-dependent protein kinase-1 mediates insulin signals to the actin cytoskeleton

Growth factors such as insulin regulate phosphatidylinositol 3-kinase-dependent actin cytoskeleton rearrangement in many types of cells. However, the mechanism by which the insulin signal is transmitted to the actin cytoskeleton remains largely unknown. Yeast two-hybrid screening revealed that the phosphatidylinositol 3-kinase downstream effector phosphoinositide-dependent protein kinase-1 (PDK1) interacted with protein kinase N (PKN), a Rho-binding Ser/Thr protein kinase potentially implicated in a variety of cellular events, including phosphorylation of cytoskeletal components. PDK1 and PKN interacted in vitro and in intact cells, and this interaction was mediated by the kinase domain of PDK1 and the carboxyl terminus of PKN. In addition to a direct interaction, PDK1 also phosphorylated Thr774 in the activation loop and activated PKN. Insulin treatment or ectopic expression of the wild-type PDK1 or PKN, but not protein kinase Cζ, induced actin cytoskeleton reorganization and membrane ruffling in 3T3-L1 fibroblasts and Rat1 cells that stably express the insulin receptor (Rat1-IR). However, the insulin-stimulated actin cytoskeleton reorganization in Rat1-IR cells was prevented by expression of kinase-defective PDK1 or PDK1-phosphorylation site-mutated PKN. Thus, phosphorylation by PDK1 appears to be necessary for PKN to transduce signals from the insulin receptor to the actin cytoskeleton.

Apolipoprotein E fragments present in Alzheimer's disease brains induce neurofibrillary tangle-like intracellular inclusions in neurons

Human apolipoprotein (apo) E4, a major risk factor for Alzheimer's disease (AD), occurs in amyloid plaques and neurofibrillary tangles (NFTs) in AD brains; however, its role in the pathogenesis of these lesions is unclear. Here we demonstrate that carboxyl-terminal-truncated forms of apoE, which occur in AD brains and cultured neurons, induce intracellular NFT-like inclusions in neurons. These cytosolic inclusions were composed of phosphorylated tau, phosphorylated neurofilaments of high molecular weight, and truncated apoE. Truncated apoE4, especially apoE4(Δ272–299), induced inclusions in up to 75% of transfected neuronal cells, but not in transfected nonneuronal cells. ApoE4 was more susceptible to truncation than apoE3 and resulted in much greater intracellular inclusion formation. These results suggest that apoE4 preferentially undergoes intracellular processing, creating a bioactive fragment that interacts with cytoskeletal components and induces NFT-like inclusions containing phosphorylated tau and phosphorylated neurofilaments of high molecular weight in neurons.