Combined transcriptomic and proteomic studies reveal non-canonical signaling functions in the jasmonate pathway

Abstract Lipid derived signals mediate many stress and defense responses in multicellular eukaryotes. Among these are the jasmonates, potently active signaling compounds in plants. Jasmonic acid (JA) and 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA) are the two best known members of the large jasmonate family. This thesis further investigates their roles as signals using genomic and proteomic approaches. The study is based on a simple genetic model involving two key genes. The first is ALLENE OXIDE SYNTHASE (AOS), encoding the most important enzyme in generating jasmonates. The second is CORONATINE INSENSITIVE 1 (COI1), a gene involved in all currently documented canonical signaling responses. We asked the simple question: do null mutations in AOS and COI1 have analogous effects on the transcriptome ? We found that they do not. If most COI1-dependent genes were also AOS-dependent, the expression of a zinc-finger protein was AOS-dependent but was unaffected by the coi1-1 mutation. We thus supposed that a jasmonate member, most probably OPDA, can alter gene expression partially independently of COI1. Conversely, the expression of at least three genes, one of these is a protein kinase, was shown to be COI1-dependent but did not require a functional AOS protein. We conclude that a non-jasmonate signal might alter gene expression through COIL Proteomic comparison of coi1-1 and aos plants confirmed these observations and highlighted probable protein degradation processes controlled by jasmonates and COI1 in the wounded leaf. This thesis revealed new functions for COI1 and for AOS-generated oxylipins in the jasmonate signaling pathway. Résumé Les signaux dérivés d'acides gras sont des médiateurs de réponses aux stress et de la défense des eucaryotes multicellulaires. Parmi eux, les jasmonates sont de puissants composés de sig¬nalisation chez les plantes. L'acide jasmonique (JA) et l'acide 12-oxo-phytodienoïc (OPDA) sont les deux membres les mieux caractérisés de la grande famille des jasmonates. Cette thèse étudie plus profondément leurs rôles de signalisation en utilisant des approches génomique et protéomique. Cette étude est basée sur un modèle génétique simple n'impliquant que deux gènes. Le premier est PALLENE OXYDE SYNTHASE (AOS) qui encode l'enzyme la plus importante pour la fabrication des jasmonates. Le deuxième est CORONATINE INSENSITIVE 1 (COI1) qui est impliqué dans la totalité des réponses aux jasmonates connues à ce jour. Nous avons posé la question suivante : est-ce que les mutations nulles dans les gènes AOS et COI1 ont des effets analogues sur le transcriptome ? Nous avons trouvé que ce n'était pas le cas. Si la majorité des gènes dépendants de COI1 sont également dépendants d'AOS, l'expression d'un gène codant pour une protéine formée de doigts de zinc n'est pas affectée par la mutation de COI1 tout en étant dépendante d'AOS. Nous avons donc supposé qu'un membre de la famille des jasmonates, probablement OPDA, pouvait modifier l'expression de certains gènes indépendamment de COI1. Inversement, nous avons montré que, tout en étant dépendante de COI1, l'expression d'au moins trois gènes, dont un codant pour une protéine kinase, n'était pas affectée par l'absence d'une protéine AOS fonctionnelle. Nous en avons conclu qu'un signal autre qu'un jasmonate devait modifier l'expression de certains gènes à travers COI1. La comparaison par protéomique de plantes aos et coi1-1 a confirmé ces observations et a mis en évidence un probable processus de dégradation de protéines contrôlé par les jasmonates et COU_ Cette thèse a mis en avant de nouvelles fonctions pour COI1 et pour des oxylipines générées par AOS dans le cadre de la signalisation par les jasmonates.

Wnt6 controls amniote neural crest induction through the non-canonical signaling pathway

The neural crest is a multipotent embryonic cell population that arises from neural ectoderm and forms derivatives essential for vertebrate function. Neural crest induction requires an ectodermal signal, thought to be a Writ ligand, but the identity of the Wnt that performs this function in amniotes is unknown. Here, we demonstrate that Wnt6, derived from the ectoderm, is necessary for chick neural crest induction. Crucially, we also show that Wnt6 acts through the non-canonical pathway and not the beta-catenin-dependant pathway. Surprisingly, we found that canonical Wnt signaling inhibited neural crest production in the chick embryo. In light of studies in anamniotes demonstrating that canonical Wnt signaling induces neural crest, these results indicate a significant and novel change in the mechanism of neural crest induction during vertebrate evolution. These data also highlight a key role for noncanonical Wnt signaling in cell type specification from a stem population during development.

Voies de signalisation non-canoniques du récepteur V2 de la vasopressine

Le récepteur V2 (V2R) de la vasopressine est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), jouant un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie hydrosodique. À l’instar de nombreux RCPGs, il est capable d’interagir avec plusieurs types de protéines G hétérotrimériques et possède des voies de signalisation peu explorées aux mécanismes mal compris. Ces voies non canoniques font l’objet des travaux exposés dans ce mémoire. Il s’agit d’explorer les caractéristiques et mécanismes de la signalisation de V2R via G12, et de la voie d’activation d’ERK 1/2 par transactivation du récepteur de l’insulin-like growth factor 1, IGF1R. Par des études de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), nous exposons la capacité de V2R à interagir avec la sous-unité Gα12 ainsi que la modulation de la conformation de l’hétérotrimère G12 par l’agoniste de V2R, l’arginine-vasopressine. Ces travaux dévoilent également la modulation de l’interaction entre Gα12 et son effecteur classique RhoA, suggérant un engagement de RhoA, ainsi que la potentialisation via Gα12 de la production d’AMP cyclique. À l’aide de diverses méthodes d’inhibition sélective, nos résultats précisent les mécanismes de la transactivation. Ils supportent notamment le rôle initiateur de l’activation de Src par V2R et l’absence d’implication des ligands connus d’IGF1R dans la transactivation. La métalloprotéase MMP 3 apparaît par ailleurs comme un bon candidat pour réguler la transactivation. Ce projet met en lumière des modes de signalisation peu explorés de V2R, dont l’implication physiologique et physiopathologique pourrait s’avérer significative, au-delà d’un apport fondamental dans la compréhension de la signalisation des RCPGs.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Rôle de la signalisation Wnt non-canonique dans l’étiologie de l’ostéoarthrose chez l’humain

Les études cliniques et in vitro suggèrent que la sclérose de l’os sous-chondral due aux ostéoblastes (Ob) anormaux est impliquée dans la progression de l’ostéoarthrose (OA). Les Ob OA humains isolés à partir d’os sous-chondral sclérosé montrent un phénotype altéré, un niveau réduit de signalisation Wnt/β-caténine canonique et une minéralisation in vitro réduite. Il existe également deux voies non-canoniques, Wnt/PKC et Wnt/PCP qui ont étés décrites dans la littérature. Cependant, il n’existe aucune étude qui traite de ces deux voies dans les Ob OA. Ces voies sont activées après qu’un ligand Wnt non-canonique tel que Wnt-5a se lie à un récepteur Wnt couplé à des corécepteurs de la voie non-canonique. Ceci enclenche, respectivement pour la voie Wnt/PKC-Ca2+ et Wnt/PCP, la phosphorylation de PKC (p-PKC) et la phosphorylation de JNK (p-JNK) et agit sur les cibles en aval. Nous avons voulu déterminer s’il était possible de constater des altérations dans les voies Wnt non-canoniques dans les Ob OA. Nous avons préparé des cultures primaires d’ostéoblastes sous-chondral humains à partir de plateaux tibiaux de patients OA subissant une arthroplastie totale du genou, ainsi qu’à partir de plateaux tibiaux recueillis à l’autopsie de patients « normaux ». L’expression des gènes impliqués dans les voies Wnt/PKC et Wnt/PCP a été évaluée par RT-qPCR et la production par Western Blot des protéines, ainsi que celle de p-PKC et p-JNK et que l’activité des facteurs NFAT et AP-1 utilisés par ces deux voies. L’activité phosphatase alcaline (ALPase) et la quantité d’ostéocalcine (OC) ont étés évaluées respectivement à l’aide d’hydrolyse de substrat et d’ELISA. Le niveau de minéralisation a été évalué par la coloration au rouge Alizarine. Nos résultats montrent que l’expression et la production de Wnt-5a étaient augmentées dans les Ob OA comparées aux Ob N et LGR5 était significativement plus élevée. De plus, l’expression de LGR5 est directement régulée via la stimulation ou la diminution de Wnt-5a, à la fois au niveau de l’ARNm et des protéines. Par ailleurs, Wnt-5a a stimulé la phosphorylation de JNK et de PKC ainsi que l’activité NFAT et AP-1. Les niveaux de minéralisation ainsi que d’activité ALPase et de sécrétion d’OC ont aussi été affectés par les changements du niveau de Wnt-5a. Ces résultats suggèrent que Wnt-5a, qui est augmentée dans les OA Ob, peut stimuler les voies Wnt non-canoniques et affecter le phénotype et la minéralisation des OA Ob humains.

Oropouche Virus Infection And Pathogenesis Is Restricted By Mavs, Irf-3, Irf-7, And Type I Ifn Signaling Pathways In Non-myeloid Cells.

Oropouche virus (OROV) is a member of the Orthobunyavirus genus in the Bunyaviridae family and a prominent cause of insect-transmitted viral disease in Central and South America. Despite its clinical relevance, little is known about OROV pathogenesis. To define the host defense pathways that control OROV infection and disease, we evaluated OROV pathogenesis and immune responses in primary cells and mice that were deficient in the RIG-I-like receptor signaling pathway (MDA5, RIG-I, or MAVS), downstream regulatory transcription factors (IRF-3 or IRF-7), IFN-β, or the receptor for type I IFN signaling (IFNAR). OROV replicated to higher levels in primary fibroblasts and dendritic cells lacking MAVS signaling, the transcription factors IRF-3 and IRF-7, or IFNAR. In mice, deletion of IFNAR, MAVS, or IRF-3 and IRF-7 resulted in uncontrolled OROV replication, hypercytokinemia, extensive liver damage, and death whereas wild-type (WT) congenic animals failed to develop disease. Unexpectedly, mice with a selective deletion of IFNAR on myeloid cells (CD11c Cre(+) Ifnar(f/f) or LysM Cre(+) Ifnar(f/f)) did not sustain enhanced disease with OROV or La Crosse virus, a closely related encephalitic orthobunyavirus. In bone marrow chimera studies, recipient irradiated Ifnar(-/-) mice reconstituted with WT hematopoietic cells sustained high levels of OROV replication and liver damage, whereas WT mice reconstituted with Ifnar(-/-) bone marrow were resistant to disease. Collectively, these results establish a dominant protective role for MAVS, IRF-3 and IRF-7, and IFNAR in restricting OROV virus infection and tissue injury, and suggest that IFN signaling in non-myeloid cells contributes to the host defense against orthobunyaviruses. Oropouche virus (OROV) is an emerging arthropod-transmitted orthobunyavirus that causes episodic outbreaks of a debilitating febrile illness in humans in countries of South and Central America. The continued expansion of the range and number of its arthropod vectors increases the likelihood that OROV will spread into new regions. At present, the pathogenesis of OROV in humans or other vertebrate animals remains poorly understood. To define cellular mechanisms of control of OROV infection, we performed infection studies in a series of primary cells and mice that were deficient in key innate immune genes involved in pathogen recognition and control. Our results establish that a MAVS-dependent type I IFN signaling pathway has a dominant role in restricting OROV infection and pathogenesis in vivo.

Glypican-3 reexpression regulates apoptosis in murine adenocarcinoma mammary cells modulating PI3K/Akt and p38MAPK signaling pathways

Glypican-3 (GPC3) is a proteoglycan involved in proliferation and cell survival. Several reports demonstrated that GPC3 is downregulated in some tumors, such as breast cancer. Previously, we determined that GPC3 reexpression in the murine mammary adenocarcinoma LM3 cells induced an impairment of their invasive and metastatic capacities, associated with a decrease of their motility and an increase of their cell death. We demonstrated that GPC3 inhibits canonical Wnt signaling, as well as it activates non canonical pathway. Now, we identified signaling pathways responsible for the pro-apoptotic role of GPC3 in LM3 cells. We found for the first time that GPC3 inhibits the PI3K/Akt anti-apoptotic pathway while it stimulates the p38MAPK stress-activated one. We report a concomitant modulation of CDK inhibitors as well as of pro- and anti-apoptotic molecules. Our results provide new clues regarding the mechanism involved in the modulation induced by GPC3 of mammary tumor cell growth and survival.

Apoptotic and non-apoptotic death receptor signaling pathways and their regulation by cFLIP, cIAPS and RIP1 in the skin

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2010

Why human islets die? analysis of death signaling pathways during isolation and following cytokine treatments

RESUME Le diabète de type 1 se définit comme un désordre métabolique d'origine auto-immune qui aboutit à la destruction progressive et sélective de la cellule ß-pancréatique sécrétrice d'insuline. Cette maladie représente 10 % des cas de diabète enregistrés dans la population mondiale, et touche les jeunes de moins de 20 ans. Le traitement médical par insulinothérapie corrige le manque d'hormone mais ne prévient pas les nombreuses complications telles que les atteintes cardiaques, neurologiques, rénales, rétiniennes, et les amputations que la maladie provoque. Le remplacement de la cellule ß par transplantation d'îlots de Langerhans est une alternative prometteuse au traitement médical du diabète de type 1. Cependant la greffe d'îlots est encore un traitement expérimental et ne permet pas un contrôle efficace de la glycémie au long terme chez les patients transplantés, et les raisons de cet échec restent mal comprises. L'obstacle immédiat qui se pose est la purification d'un nombre suffisant d'îlots viables et la perte massive de ces îlots dans les premières heures suite à la greffe. Cette tendance presque systématique de la perte fonctionnelle du greffon immédiatement après la transplantation est connue sous le terme de « primary graft non-function » (PNF). En effet, la procédure d'isolement des îlots provoque la destruction des composantes cellulaires et non cellulaires du tissu pancréatique qui jouent un rôle déterminant dans le processus de survie de l'îlot. De plus, la transplantation elle-même expose les cellules à différents stress, notamment le stress par les cytokines inflammatoires qui encourage la mort cellulaire par apoptose et provoque par la suite le rejet de la greffe. L'ensemble de ces mécanismes aboutit a une perte de la masse d'îlot estimée a plus de 60%. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à définir les voies majeures de stress qui régissent cette perte massive d'îlot par apoptose lors du processus d'isolement et suite à l'exposition immédiate aux cytokines. L'ensemble des résultats obtenus indique que plusieurs voies de signalisation intracellulaire sont recrutées qui s'activent de manière maximale très tôt lors des premières phases de l'isolement. La mise en culture des îlots deux jours permet aux voies activées de revenir aux taux de base. De ce fait nous proposons une stratégie dite de protection qui doit être 1) initiée aussitôt que possible lors de l'isolement des îlots pancréatiques, 2) devrait probablement bloquer l'activation de ces différentes voies de stress mis en évidence lors de notre étude et 3) devrait inclure la mise en culture des îlots purifiés deux jours après l'isolement et avant la transplantation. RESUME LARGE PUBLIC Le diabète est une maladie qui entraîne un taux anormalement élevé de sucre (glucose) dans le sang du à une insuffisance du pancréas endocrine à produire de l'insuline, une hormone qui régule la glycémie (taux de glucose dans le sang). On distingue deux types majeurs de diabètes; le diabète de type 1 ou juvénile ou encore appelé diabète maigre qui se manifeste souvent pendant l'enfance et qui se traduit par une déficience absolue en insuline. Le diabète de type 2 ou diabète gras est le plus fréquent, et touche les sujets de plus de 40 ans qui souffrent d'obésité et qui se traduit par une dysfonction de la cellule ß avec une incapacité à réguler la glycémie malgré la production d'insuline. Dans le diabète de type 1, la destruction de la cellule ß est programmée (apoptose) et est majoritairement provoquée par des médiateurs inflammatoires appelés cytokines qui sont produites localement par des cellules inflammatoires du système immunitaire qui envahissent la cellule ß-pancréatiques. Les cytokines activent différentes voies de signalisation parmi lesquelles on distingue celles des Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPKs) composées de trois familles de MAPKs: ERK1/2, p38, et JNK, et la voie NF-κB. Le traitement médical par injections quotidiennes d'insuline permet de contrôler la glycémie mais ne prévient pas les nombreuses complications secondaires liées à cette maladie. La greffe d'îlots de Langerhans est une alternative possible au traitement médical, considérée avantageuse comparée a la greffe du pancréas entier. En effet l'embolisation d'îlots dans le foie par injection intraportale constitue une intervention simple sans complications majeures. Néanmoins la technique de préparation d'îlots altère la fonction endocrine et cause la perte massive d'îlots pancréatiques. De plus, la transplantation elle-même expose la cellule ß à différents stress, notamment le stress par les cytokines inflammatoires qui provoque le rejet de greffon cellulaire. Dans la perspective d'augmenter les rendements des îlots purifiés, nous nous sommes intéressés à définir les voies majeures de stress qui régissent cette perte massive d'îlot lors du processus d'isolement et suite à l'exposition immédiate aux cytokines après transplantation. L'ensemble de ces résultats indique que le stress induit lors de l'isolement des îlots et celui des cytokines recrute différentes voies de signalisation intracellulaire (JNK, p38 et NF-κB) qui s'additionnent entre-elles pour altérer la fonction et la viabilité de l'îlot. De ce fait une stratégie doit être mise en place pour bloquer toute action synergique entre ces différentes voies activées pour améliorer la viabilité et la fonction de la cellule ß lors du greffon cellulaire. SUMMARY Type 1 diabetes mellitus (T1DM) is an autoimmune disease characterized by the progressive and selective destruction of the pancreatic ß-cells that secrete insulin, leading to absolute insulin deficiency. T1DM accounts for about 10% of all diabetes cases, affecting persons younger than 20 years of age. Medical treatment using daily exogenous insulin injection corrects hormone deficiency but does not prevent devastating complications such as heart attack, neuropathy, kidney failure, blindness, and amputation caused by the disease. Pancreatic islet transplantation (PIT) is one strategy that holds promise to cure patients with T1DM, but purified pancreatic islet grafts have failed to maintain long-term glucose homeostasis in human recipients, the reasons for this failure being still poorly understood. There is however a more immediate problem with islet grafting that is dependent upon poor islet recovery from donors and early islet loss following the first hours of grafting. This tendency of islet grafts to fail to function within a short period after transplantation is termed primary graft non-function (PNF). Indeed, the islet isolation procedure itself destroys cellular and non-cellular components of the pancreas that may play a role in supporting islet survival. Further, islet transplantation exposes cells to a variety of stressful stimuli, notably pro-inflammatory cytokines that encourage ß-cell death by apoptosis and lead to early graft failure. Altogether these mechanisms lead to an estimated loss of 60% of the total islet mass. Here, we have mapped the major intracellular stress signaling pathways that may mediate human islet loss by apoptosis during isolation and following cytokine attack. We found that several stress pathways are maximally activated from the earliest stages of the isolation procedure. Culturing islet for two days allow for the activated pathways to return to basal levels. We propose that protective strategies should 1) be initiated as early as possible during isolation of the islets, 2) should probably target the activated stress pathways that we uncovered during our studies and 3) should include culturing islets for two days post-isolation and prior transplantation.

Merlin, a "Magic" Linker between Extracellular Cues and Intracellular Signaling Pathways that Regulate Cell Motility, Proliferation, and Survival.

Genetic alterations of neurofibromatosis type 2 (NF2) gene lead to the development of schwannomas, meningiomas, and ependymomas. Mutations of NF2 gene were also found in thyroid cancer, mesothelioma, and melanoma, suggesting that it functions as a tumor suppressor in a wide spectrum of cells. The product of NF2 gene is merlin (moesin-ezrin-radixin-like protein), a member of the Band 4.1 superfamily proteins. Merlin shares significant sequence homology with the ERM (Ezrin-Radixin-Moesin) family proteins and serves as a linker between transmembrane proteins and the actin-cytoskeleton. Merlin is a multifunctional protein and involved in integrating and regulating the extracellular cues and intracellular signaling pathways that control cell fate, shape, proliferation, survival, and motility. Recent studies showed that merlin regulates the cell-cell and cell-matrix adhesions and functions of the cell surface adhesion/extracellular matrix receptors including CD44 and that merlin and CD44 antagonize each other's function and work upstream of the mammalian Hippo signaling pathway. Furthermore, merlin plays important roles in stabilizing the contact inhibition of proliferation and in regulating activities of several receptor tyrosine kinases. Accumulating data also suggested an emerging role of merlin as a negative regulator of growth and progression of several non-NF2 associated cancer types. Together, these recent advances have improved our basic understanding about merlin function, its regulation, and the major signaling pathways regulated by merlin and provided the foundation for future translation of these findings into the clinic for patients bearing the cancers in which merlin function and/or its downstream signaling pathways are impaired or altered.

Contribution of S6K1/MAPK signaling pathways in the response to oxidative stress: activation of RSK and MSK by hydrogen peroxide

Cells respond to different kind of stress through the coordinated activation of signaling pathways such as MAPK or p53. To find which molecular mechanisms are involved, we need to understand their cell adaptation. The ribosomal protein, S6 kinase 1 (S6K1), is a common downstream target of signaling by hormonal or nutritional stress. Here, we investigated the initial contribution of S6K1/MAPK signaling pathways in the cell response to oxidative stress produced by hydrogen peroxide (H2O2). To analyze S6K1 activation, we used the commercial anti-phospho-Thr389-S6K1 antibody most frequently mentioned in the bibliography. We found that this antibody detected an 80-90 kDa protein that was rapidly phosphorylated in response to H2O2 in several human cells. Unexpectedly, this phosphorylation was insensitive to both mTOR and PI3K inhibitors, and knock-down experiments showed that this protein was not S6K1. RSK and MSK proteins were candidate targets of this phosphorylation. We demonstrated that H2O2 stimulated phosphorylation of RSK and MSK kinases at residues that are homologous to Thr389 in S6K1. This phosphorylation required the activity of either p38 or ERK MAP kinases. Kinase assays showed activation of RSK and MSK by H2O2. Experiments with mouse embryonic fibroblasts from p38 animals" knockout confirmed these observations. Altogether, these findings show that the S6K1 signaling pathway is not activated under these conditions, clarify previous observations probably misinterpreted by non-specific detection of proteins RSK and MSK by the anti-phospho-Thr389-S6K1 antibody, and demonstrate the specific activation of MAPK signaling pathways through ERK/p38/RSK/MSK by H2O2.

Early Phase of Allergic Airway Inflammation in Diabetic Rats: Role of Insulin on the Signaling Pathways and Mediators

Background: Allergic lung inflammation is impaired in diabetic rats and is restored by insulin treatment. In the present study we investigated the effect of insulin on the signaling pathways triggered by allergic inflammation in the lung and the release of selected mediators. Methods: Diabetic male Wistar rats (alloxan, 42 mg/kg, i.v., 10 days) and matching controls were sensitized by s.c. injections of ovalbumin (OA) in aluminium hydroxide, 14 days before OA (1 mg/0.4 ml) or saline intratracheal challenge. A group of diabetic rats were treated with neutral protamine Hagedorn insulin (NPH, 4 IU, s.c.), 2 h before the OA challenge. Six hours after the challenge, bronchoalveolar lavage (BAL) was performed for mediator release and lung tissue was homogenized for Western blotting analysis of signaling pathways. Results: Relative to non-diabetic rats, the diabetic rats exhibited a significant reduction in OA-induced phosphorylation of the extracellular signal-regulated kinase (ERK, 59%), p38 (53%), protein kinase B (Akt, 46%), protein kinase C (PKC)-alpha (63%) and PKC-delta (38%) in lung homogenates following the antigen challenge. Activation of the NF-kappa B p65 subunit and phosphorylation of I kappa B alpha were almost suppressed in diabetic rats. Reduced expression of inducible nitric oxide synthase (iNOS, 32%) and cyclooxygenase-2 (COX-2, 46%) in the lung homogenates was also observed. The BAL concentration of prostaglandin (PG)-E(2), nitric oxide (NO) and interleukin (IL)-6 was reduced in diabetic rats (74%, 44% and 65%, respectively), whereas the cytokine-induced neutrophil chemoattractant (CINC)-2 concentration was not different from the control animals. Treatment of diabetic rats with insulin completely or partially restored all of these parameters. This protocol of insulin treatment only partially reduced the blood glucose levels. Conclusion: The data presented show that insulin regulates MAPK, PI3K, PKC and NF-kappa B pathways, the expression of the inducible enzymes iNOS and COX-2, and the levels of NO, PGE(2) and IL-6 in the early phase of allergic lung inflammation in diabetic rats. It is suggested that insulin is required for optimal transduction of the intracellular signals that follow allergic stimulation. Copyright (C) 2010 S. Karger AG, Basel

TNF-alpha acts in the hypothalamus inhibiting food intake and increasing the respiratory quotient - Effects on leptin and insulin signaling pathways

Acting in the hypothalamus, tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha) produces a potent anorexigenic effect. However, the molecular mechanisms involved in this phenomenon are poorly characterized. In this study, we investigate the capacity of TNF-alpha to activate signal transduction in the hypothalamus through elements of the pathways employed by the anorexigenic hormones insulin and leptin. High dose TNF-a promotes a reduction of 25% in 12 h food intake, which is an inhibitory effect that is marginally inferior to that produced by insulin and leptin. In addition, high dose TNF-a increases body temperature and respiratory quotient, effects not reproduced by insulin or leptin. TNF-alpha, predominantly at the high dose, is also capable of activating canonical pro-inflammatory signal transduction in the hypothalamus, inducing JNK, p38, and NF kappa B, which results in the transcription of early responsive genes and expression of proteins of the SOCS family. Also, TNF-a activates signal transduction through JAK-2 and STAT-3, but does not activate signal transduction. through early and intermediary elements of the insulin/leptin signaling pathways such as IRS-2, Akt, ERK and FOXO1. When co-injected with insulin or leptin, TNF-a, at both high and low doses, partially impairs signal transduction through IRS-2, Akt, ERK and FOXO1 but not through JAK-2 and STAT-3. This effect is accompanied by the partial inhibition of the anorexigenic effects of insulin and leptin, when the low, but not the high dose of TNF-alpha is employed. In conclusion, TNF-alpha, on a dose-dependent way, modulates insulin and leptin signaling and action in the hypothalamus. (c) Published by Elsevier B.V.

Glutamine Supplementation Stimulates Protein-Synthetic and Inhibits Protein-Degradative Signaling Pathways in Skeletal Muscle of Diabetic Rats

In this study, we investigated the effect of glutamine (Gln) supplementation on the signaling pathways regulating protein synthesis and protein degradation in the skeletal muscle of rats with streptozotocin (STZ)-induced diabetes. The expression levels of key regulatory proteins in the synthetic pathways (Akt, mTOR, GSK3 and 4E-BP1) and the degradation pathways (MuRF-1 and MAFbx) were determined using real-time PCR and Western blotting in four groups of male Wistar rats; 1) control, non-supplemented with glutamine; 2) control, supplemented with glutamine; 3) diabetic, non-supplemented with glutamine; and 4) diabetic, supplemented with glutamine. Diabetes was induced by the intravenous injection of 65 mg/kg bw STZ in citrate buffer (pH 4.2); the non-diabetic controls received only citrate buffer. After 48 hours, diabetes was confirmed in the STZ-treated animals by the determination of blood glucose levels above 200 mg/dL. Starting on that day, a solution of 1 g/kg bw Gln in phosphate buffered saline (PBS) was administered daily via gavage for 15 days to groups 2 and 4. Groups 1 and 3 received only PBS for the same duration. The rats were euthanized, and the soleus muscles were removed and homogenized in extraction buffer for the subsequent measurement of protein and mRNA levels. The results demonstrated a significant decrease in the muscle Gln content in the diabetic rats, and this level increased toward the control value in the diabetic rats receiving Gln. In addition, the diabetic rats exhibited a reduced mRNA expression of regulatory proteins in the protein synthesis pathway and increased expression of those associated with protein degradation. A reduction in the skeletal muscle mass in the diabetic rats was observed and was alleviated partially with Gln supplementation. The data suggest that glutamine supplementation is potentially useful for slowing the progression of muscle atrophy in patients with diabetes.

Activation of Survival and Apoptotic Signaling Pathways in Lymphocytes Exposed to Palmitic Acid

The toxicity of palmitic acid (PA) towards a human T-lymphocyte cell line (Jurkat) has been previously investigated but the mechanism(s) of PA action were unknown. In the current study, Jurkat cells were treated with sub-lethal concentrations of PA (50-150 mu M) and the activity of various signaling proteins was investigated. PA-induced apoptosis and mitochondrial dysfunction in a dose-dependent manner as evaluated by DNA fragmentation assay and depolarization of the mitochondrial membrane, respectively. PA treatment provoked release of cytochrome c from the inner mitochondrial membrane to the cytosol, activated members of the MAPK protein family JNK, p38, ERK, activated caspases 3/9, and increased oxidative/nitrosative stress. Exposure of cells to PA for 12 h increased insulin receptor (IR) and GLUT-4 levels in the plasma membrane. Insulin treatment (10 mU/ml/30 min) increased the phosphorylation of the IR beta-subunit and Akt. A correlation was found between DNA fragmentation and expression levels of both IR and GLUT-4. Similar results were obtained for PA-treated lymphocytes from healthy human donors and from mesenteric lymph nodes of 48-h starved rats. PA stimulated glucose uptake by Jurkat cells (in the absence of insulin), stimulated accumulation of neutral lipids (triglyceride), and other lipid classes (phospholipids and cholesterol ester) but reduced glucose oxidation. Our results suggest that parameters of insulin signaling and non-oxidative glucose metabolism are stimulated as part of a coordinated response to prompt survival in lymphocytes exposed to PA but at higher concentrations, apoptosis prevails. These findings may explain aspects of lymphocyte dysfunction associated with diabetes. J. Cell. Physiol. 227: 339-350, 2012. (C) 2011 Wiley Periodicals, Inc.