p70 S6 kinase-mediated protein synthesis is a critical step for vascular endothelial cell proliferation

In this work, we analyzed the role of the PI3K-p70 S6 kinase (S6K) signaling cascade in the stimulation of endothelial cell proliferation. We found that inhibitors of the p42/p44 MAPK pathway (PD98059) and the PI3K-p70 S6K pathway (wortmannin, Ly294002, and rapamycin) all block thymidine incorporation stimulated by fetal calf serum in the resting mouse endothelial cell line 1G11. The action of rapamycin can be generalized, since it completely inhibits the mitogenic effect of fetal calf serum in primary endothelial cell cultures (human umbilical vein endothelial cells) and another established capillary endothelial cell line (LIBE cells). The inhibitory effect of rapamycin is only observed when the inhibitor is added at the early stages of G(0)-G(1) progression, suggesting an inhibitory action early in G(1). Rapamycin completely inhibits growth factor stimulation of protein synthesis, which perfectly correlates with the inhibition of cell proliferation. In accordance with its inhibitory action on protein synthesis, activation of cyclin D1 and p21 proteins by growth factors is also blocked by preincubation with rapamycin. Expression of a p70 S6K mutant partially resistant to rapamycin reverses the inhibitory effect of the drug on DNA synthesis, indicating that rapamycin action is via p70 S6K. Thus, in vascular endothelial cells, activation of protein synthesis via p70 S6K is an essential step for cell cycle progression in response to growth factors

Raf-1 Activation Prevents Caspase 9 Processing Downstream of Apoptosome Formation

In many cell types, growth factor removal induces the release of cytochrome-c from mitochondria that leads to activation of caspase-9 in the apoptosome complex. Here, we show that sustained stimulation of the Raf-1/MAPK1,3 pathway prevents caspase-9 activation induced by serum depletion in CCL39/ΔRaf-1:ER fibroblasts. The protective effect mediated by Raf-1 is sensitive to MEK inhibition that is sufficient to induce caspase-9 cleavage in exponentially growing cells. Raf-1 activation does not inhibit the release of cytochrome-c from mitochondria while preventing caspase-9 activation. Gel filtration chromatography analysis of apoptosome formation in cells shows that Raf-1/MAPK1,3 activation does not interfere with APAF-1 oligomerization and recruitment of caspase 9. Raf-1-mediated caspase-9 inhibition is sensitive to emetine, indicating that the protective mechanism requires protein synthesis. However, the Raf/MAPK1,3 pathway does not regulate XIAP. Taken together, these results indicate that the Raf-1/MAPK1,3 pathway controls an apoptosis regulator that prevents caspase-9 activation in the apoptosome complex

ERK Regulates Renal Cell Proliferation and Renal Cyst Expansion in inv Mutant Mice

Nephronophthisis (NPHP) is the most frequent genetic cause of end-stage kidney disease in children and young adults. Inv mice are a model for human nephronophthisis type 2 (NPHP2) and characterized by multiple renal cysts and situs inversus. Renal epithelial cells in inv cystic kidneys show increased cell proliferation. We studied the ERK pathway to understand the mechanisms that induce cell proliferation and renal cyst progression in inv kidneys. We studied the effects of ERK suppression by administering PD184352, an oral mitogen-activated protein kinase kinase (MEK) inhibitor on renal cyst expansion, extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) activity, bromo-deoxyuridine (BrdU) incorporation and expression of cell-cycle regulators in invΔC kidneys. Phosphorylated ERK (p-ERK) level increased along with renal cyst enlargement. Cell-cycle regulators showed a high level of expression in invΔC kidneys. PD184352 successfully decreased p-ERK level and inhibited renal cyst enlargement. The inhibitor also decreased expression of cell-cycle regulators and BrdU incorporation in renal epithelial cells. The present results showed that ERK regulated renal cell proliferation and cyst expansion in inv mutants

Contrôle de la mort cellulaire par la voie des MAPK 1/3 (ERK 2/1)

La mort cellulaire programmée ou apoptose est un mécanisme conservé chez les eucaryotes multicellulaires qui contribue au développement embryonnaire et à l'homéostasie cellulaire des organismes. Dans les cellules vivantes, l'activité des protéases qui exécutent le programme de mort cellulaire, les caspases, est contrôlée par des signaux de survie provenant de l'environnement cellulaire. Les caspases initiatrices de l'apoptose régulée par l'environnement, la caspase 9 et la caspase 8 sont activées respectivement par l'apoptosome et par les récepteurs de mort. Les signaux environnementaux, parmi lesquels le contact avec la matrice extracellulaire ou la présence de facteurs de croissance, activent des voies de signalisation contrôlant la machinerie de mort cellulaire. La voie des MAPK1/3 est une voie de signalisation contrôlée par le proto-oncogènes Ras et comportant les kinases Raf, MEK1/2 et MAPK1/3 (ERK2/1 ou p42/p44). La voie des MAPK1/3, qui est impliquée dans la prolifération et la différentiation cellulaire, joue un rôle essentiel dans la survie cellulaire. L'objectif de cette thèse a été de caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans le contrôle de la mort cellulaire par la voie des MAPK1/3. Ce travail est basé sur l'utilisation d'une forme active et inductible de la kinase Raf-1 (DRaf-1:ER) dont l'activation forte et prolongée correspond à une induction pathologique de la voie des MAPK1/3. Nous avons montré que, selon le type cellulaire, l'activation de DRaf-1:ER favorise la survie ou la mort cellulaire. Dans les cellules fibroblastiques CCL39, l'activation de DRaf-1:ER protège de la mort cellulaire mitochondriale induite par la privation en sérum du milieu de culture. Dans ces conditions, nous avons montré que la stimulation de DRaf-1 :ER bloque l'activation de la caspase-9 mais n'empêche pas la délocalisation du cytochrome c, la multimérisation d'APAF1 ni le recrutement de la procaspase 9 dans l'apoptosome. Ce mécanisme post mitochondrial de protection contre la mort cellulaire dépend de la néo-synthèse des protéines et nécessite une activité continue de la kinase MEK. A l'inverse, dans les cellules HEK 293 issues de rein embryonnaire et présentant des caractéristiques neuronales, nous avons montré que l'activation soutenue de la voie des MAPK1/3 par DRaf1-ER induit une mort cellulaire massive. Celle-ci est caractérisée par l'activation des caspases et la fragmentation de l'ADN. La mort cellulaire est détectée plus de 24 heures après l'activation de DRaf1-ER, elle est maximale à 48h. L'induction de la mort cellulaire ne requière la synthèse protéique que durant la phase précoce d'activation mais nécessite l'activité continue du module MEK/MAPK. La mort cellulaire résulte de l'activation de la caspase 8 et n'implique pas la voie mitochondriale, elle est caractérisée par une vacuolisation importante du cytoplasme des cellules qui l'apparente à une forme particulière d'apoptose. L'inactivation des fonctions du récepteur fas et de son adaptateur FADD indique que le processus d'activation de la caspase 8 est indépendant de la voie des récepteurs de mort. L'ensemble de ces travaux apporte des connaissances nouvelles sur le contrôle de la mort cellulaire par la voie Raf/MAPK1/3. Nous avons montré que la voie de signalisation peut, selon le contexte cellulaire, favoriser la survie cellulaire ou induire la mort. Dans les deux cas, le contrôle de la mort cellulaire dépend à la fois de la synthèse protéique et de mécanismes post-traductionnels. Les mécanismes moléculaires affectés par l'activation prolongée des MAPK1/3 seraient impliqués aussi bien dans la résistance des cellules tumorales aux traitements proapoptotiques que dans le développement des maladies neurodégénératives.NICE-BU Sciences (060882101) / SudocSudocFranceF

Extracellular Signal-Regulated Kinases Phosphorylate Mitogen-Activated Protein Kinase Phosphatase 3/DUSP6 at Serines 159 and 197, Two Sites Critical for Its Proteasomal Degradation

Mitogen-activated protein (MAP) kinase phosphatases (MKPs) are dual-specificity phosphatases that dephosphorylate phosphothreonine and phosphotyrosine residues within MAP kinases. Here, we describe a novel posttranslational mechanism for regulating MKP-3/Pyst1/DUSP6, a member of the MKP family that is highly specific for extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK1/2) inactivation. Using a fibroblast model in which the expression of either MKP-3 or a more stable MKP-3-green fluorescent protein (GFP) chimera was induced by tetracycline, we found that serum induces the phosphorylation of MKP-3 and its subsequent degradation by the proteasome in a MEK1 and MEK2 (MEK1/2)-ERK1/2-dependent manner. In vitro phosphorylation assays using glutathione S-transferase (GST)-MKP-3 fusion proteins indicated that ERK2 could phosphorylate MKP-3 on serines 159 and 197. Tetracycline-inducible cell clones expressing either single or double serine mutants of MKP-3 or MKP-3-GFP confirmed that these two sites are targeted by the MEK1/2-ERK1/2 module in vivo. Double serine mutants of MKP-3 or MKP-3-GFP were more efficiently protected from degradation than single mutants or wild-type MKP-3, indicating that phosphorylation of either serine by ERK1/2 enhances proteasomal degradation of MKP-3. Hence, double mutation caused a threefold increase in the half-life of MKP-3. Finally, we show that the phosphorylation of MKP-3 has no effect on its catalytic activity. Thus, ERK1/2 exert a positive feedback loop on their own activity by promoting the degradation of MKP-3, one of their major inactivators in the cytosol, a situation opposite to that described for the nuclear phosphatase MKP-1