The c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) group and the p38 group of mitogen-activated protein kinases (MAPK) are stress-activated protein kinases that regulate cell proliferation, differentiation, development, and apoptosis. These protein kinases are involved in a signal transduction cascade that includes a MAP kinase (MAPK), a MAP kinase kinase (MAP2K), and a MAP kinase kinase kinase (MAP3K). MAPK are phosphorylated and activated by the MAP2K, which are phosphorylated and activated by various MAP3K. The work presented in this dissertation focuses on understanding the regulation and function of the JNK and p38 MAPK pathways. Two different strategies were utilized. First, I used molecular and biochemical techniques to examine how MAP2K and MAP3K mediate signaling specificity and to define their role in the MAPK pathway. Second, I used gene targeted disruption studies to determine the in vivo role ofMAP2K and MAP3K in MAPK activation. I specifically used these approaches to examine: (1) docking interactions between p38 MAPK and MAP2K [MKK3 and MKK6 (Chapter II)]; (2) the differential activation of p38 MAPK by MAP2K [MKK3, MKK4, and MKK6 (Chapter III)]; and (3) the selective involvement of the mixed lineage kinase (MLK) group of MAP3K in JNK and p38 MAPK activation (Chapter IV and Appendix). In addition, I analyzed the role of the MKK3 and MKK6 MAP2K in cell proliferation and the role of the MLK MAP3K in adipocyte differentiation (Chapter III and Chapter IV). Together, these data provide insight into the regulation and function of the stress-activated MAPK signal transduction pathways.

A subfamília p21 RAS de pequenas GTPases, incluindo KRAS, HRAS e NRAS, participa de muitas redes de sinalização, incluindo proliferação celular, organização do citoesqueleto e apoptose, e é o alvo mais freqüente de mutações ativadoras em câncer. Mutações germinativas em KRAS e HRAS causam graves anormalidades desenvolvimentais levando às síndromes de Noonan, cárdio-facial-cutânea e Costello, porem mutações ativadoras germinativas em NRAS não foram descritas até hoje. A síndrome autoimune linfoproliferativa (ALPS) é o mais comum defeito genético de apoptose linfocitária, cursando com autoimunidade e acúmulo excessivo de linfócitos, particularmente do tipo T + CD4- CD8-. As mutações causadoras de ALPS descritas até hoje afetam a apoptose mediada por Fas, uma das vias extrínsecas de apoptose. Nós demonstramos aqui que os principais achados clínicos de ALPS, bem como uma predisposição para tumores hematológicos, podem ser causados por uma mutação heterozigota ativadora G13D no oncogene NRAS, sem causar prejuízo na apoptose mediada por Fas. O aumento na quantidade intracelular de NRAS ativo, ligado a GTP, induziu a um aumento da sinalização na via RAF/MEK/ERK, o que suprimiu a expressão da proteína pró-apoptótica BIM, e atenuou a apoptose intrínseca mitocondrial. Desta forma, uma mutação germinativa ativadora em NRAS causou um fenótipo clinico diferente do visto em pacientes com mutações em outros membros da família p21 RAS, cursando com um defeito imunológico seletivo, sem distúrbios generalizados do desenvolvimento / The p21 RAS subfamily of small GTPases, including KRAS, HRAS, and NRAS, regulates cell proliferation, cytoskeletal organization and other signaling networks, and is the most frequent target of activating mutations in cancer. Activating germline mutations of KRAS and HRAS cause severe developmental abnormalities leading to Noonan, cardio-facial-cutaneous and Costello syndrome, but activating germline mutations of NRAS have not been reported. Autoimmune lymphoproliferative syndrome (ALPS) is the most common genetic disease of lymphocyte apoptosis and causes autoimmunity as well as excessive lymphocyte accumulation, particularly of CD4-, CD8- ab T cells. Mutations in ALPS typically affect Fas-mediated apoptosis, but certain ALPS individuals have no such mutations. We show here that the salient features of ALPS as well as a predisposition to hematological malignancies can be caused by a heterozygous germline Gly13Asp activating mutation of the NRAS oncogene that does not impair Fas-mediated apoptosis. The increase in active, GTP-bound NRAS augmented RAF/MEK/ERK signaling which markedly decreased the pro-apoptotic protein BIM and attenuated intrinsic, nonreceptor-mediated mitochondrial apoptosis. Thus, germline activating mutations in NRAS differ from other p21 Ras oncoproteins by causing selective immune abnormalities without general developmental defects

Várias condições podem estar relacionadas com a atrofia muscular, tais como inatividade, envelhecimento, septicemia, diabetes, câncer e uso de glicocorticoides. Em tentativa prévia de prevenir tal condição catabólica secundário ao uso de glicocorticoide, através da suplementação de ômega-3 (N-3), observamos um agravamento da atrofia muscular, afetando mais tipos de fibras musculares, usualmente poupadas pelo glicocorticoide, fibras tipo 1 por exemplo. Entretanto, não foi possível determinar quais as propriedades dessa interação. Portanto, o objetivo deste estudo foi de avaliar a ação do Ômega-3 associada a dexametasona e de diferentes glicocorticoides em dose equipotente sobre o peso corporal; área de secção transversa muscular; perfil de ácidos graxos; expressão gênica de fatores de transcrição musculares e atrogenes (Atrogina 1 e MuRF-1); expressão proteica de componentes das vias do IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK e Miostatina/Smad2/3; e expressão de receptores de glicocorticoides na musculatura esquelética de ratos. Metodologia: Ratos Wistar suplementados ou não com ômega-3 (100mg/kg/dia de EPA) por 40 dias receberam dexametasona (DX) subcutânea (2,5 e 1,25mg/kg/dia) nos últimos 10 dias de suplementação. Para estudo dos demais glicocorticoides, ratos sem suplementação receberam deflazacorte (DC), metilprednisolona (MP) em dose/volume equipotente ao de dexametasona (DC 10 e 20mg/kg/dia e MP6,7 e 13,3mg/kg/dia) por 10 dias. Constituindo 10 grupos: CT, N-3, DX1,25, DX2,5, DX1,25+N-3, DX2,5+N-3, MP6, MP13, DC10 e DC20. Através de estudo histológico, imuno-histoquímico, PCR em tempo real e Western blotting, foram avaliados a área transversa dos diferentes tipos de fibras musculares; a expressão de receptor de glicocorticoide na fibra muscular; a expressão gênica dos atrogenes e fatores de transcrição; expressão de proteínas das vias IGF-1, Miostatina e MEK/ERK. Resultados: A administração de N-3 influenciou a atrofia por DX causando maior atrofia em fibras do tipo 1 e 2A, aumento na expressão proteica de FoxO3a total, P-Smad3, LC3-II e gênica (mRNA) de REDD-1, Atrogina-1/MAFbx. De forma isolada o ômega-3 reduziu a expressão de P-FoxO3a, PGC1alfa, a quantidade de ácido araquidônico e a expressão de mRNA do IRS-1 com aumento na expressão de LC3-II. A comparação entre glicocorticoides mostrou que a MP (13mg/kg/dia) acarretou maior impacto no peso corporal e muscular; o DC (10mg/kg/dia) causou menor atrofia em fibras 2B em relação aos demais glicocorticoides. A DX causou maior impacto sobre o Akt total em comparação com os demais glicocorticoides, em P-Akt o grupo DX1,25 teve menor expressão em relação a outros glicocorticoides em dose equipotente. Todos os glicocorticoides afetaram a expressão de P-FOXO3a. Na expressão de ERK1/2 e P-ERK1/2, MP6 foi o grupo com maior prejuízo à fosforilação em relação aos demais em dose equipotente. Já na avaliação da via Miostatina/Smad2/3 os grupos MP 6, MP13 e DC20 mostraram maior expressão de Smad2/3 total e P-Smad3. A expressão gênica de REDD-1 e MYOD foi aumentada nos grupos MP6 e MP13 em relação aos demais grupos; REDD2 no grupo DC20 foi menor em relação ao grupo DX2,5. A expressão de Miostatina foi menor nos grupos DX2,5 e DC20, sendo o DC a droga com menor impacto sobre os atrogenes MuRF-1 e Atrogina-1. DX1,25 e DX2,5 causaram menor expressão de IRS-1 entre os grupos de glicocorticoides. Conclusões: Ômega-3 pode aumentar a atrofia muscular causada por DX em fibras 1 e 2A, possivelmente relacionado com aumento da expressão de FoxO3a, REDD-1 e Atrogina-1, diminuição na expressão de PGC1alfa e P-FoxO3a, nas quantidades de ácido araquidônico com aumento da atividade lisossomal. Comparando diferentes glicocorticoides, a MP tende a produzir maior impacto nos pesos corporal e muscular, o DC é menos prejudicial as fibras do tipo 2B, entretanto, afeta predominantemente fibras do tipo 1, da mesma forma que a DX na dosagem de 1,25mg/kg/dia. A DX tende a afetar mais a expressão de Akt total e fosforilado que os demais glicocorticoides. A MP afeta mais a via Ras/Raf/MEK/ERK e expressão de REDD-1 em relação aos demais glicocorticoides, e o DC e MP mostram maior expressão de Smad2/3 total e fosforilada em relação ao DX após 10 dias de administração / Several conditions may be related to muscle atrophy, such as inactivity, aging, septicemia, diabetes, cancer and use of glucocorticoids. In a previous attempt to prevent such glucocorticoid catabolic condition, through the supplementation of omega-3 (N-3), we observed a worsening of muscular atrophy, affecting more types of muscle fibers, usually spared by glucocorticoid, type 1 fibers for example. However, it was not possible to determine the properties of this interaction. Therefore, the objective of this study was to evaluate the action of omega-3 associated with dexamethasone and different glucocorticoids in equipotent dose on body weight; muscle cross-sectional area; fatty acid profile; gene expression of muscle transcription factors and atrogenes (Atrogin-1 and MuRF-1); protein expression of IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK and Myostatin/Smad2/3 pathways components; and expression of glucocorticoid receptors in the skeletal musculature of rats. Methods: Wistar rats given orally or not with omega-3 (100mg/kg/day of EPA) for 40 days received subcutaneous dexamethasone (DX) (2.5 or 1.25mg/kg/day) during the last 10 days of supplementation. For the other glucocorticoids, rats without supplementation received deflazacorte (DC) or methylprednisolone (MP) in dose/volume equivalent to that of dexamethasone (DC 10 or 20mg/kg/day and MP6.7 or 13.3mg/kg/day) for 10 days. Comprising 10 groups: CT, N-3, DX1.25, DX2.5, DX1.25 + N-3, DX2.5 + N-3, MP6, MP13, DC10 and DC20. Through histological, immunohistochemical, real-time PCR and Western blotting, we evaluated the transverse area of the different muscle fibers; the expression of glucocorticoid receptor; the gene expression of atrogenes and transcription factors; protein expression of the IGF-1, Myostatin and MEK/ERK pathways. Results: N-3 administration influenced DEXA atrophy causing increased atrophy in type 1 and 2A fibers, increased protein expression of total FoxO3a, P-Smad3, LC3-II, and REDD-1 gene (mRNA), Atrogin-1/MAFbx isolated omega-3 reduced the expression of P-FoxO3a, PGC1alpha, the amount of arachidonic acid and the expression of IRS-1 mRNA with increased expression of LC3-II. The comparison between glucocorticoids showed that MP13 had a greater impact on body and muscle weight; the DC10 caused less atrophy in 2B fibers in relation to the other glucocorticoids. DX, caused greater impact on total Akt compared to the other glucocorticoids, in P-Akt the DX1,25 group had lower expression to other equipotent dose glucocorticoids. All glucocorticoids affect the expression of P-FOXO3a. In the of ERK1/2 and P-ERK1/2 protein expression, the MP6 was the group with the greatest damage to the phosphorylation in relation to the others in equipotent dose. In the evaluation of the Myostatin/Smad2/3 pathway MP 6, MP13 and DC20 showed higher expression of total Smad2/3 and P-Smad3. The gene expression of REDD-1 and MYOD was increased in the MP6 and MP13 groups compared to the other groups, REDD2 in the DC20 group was lower in relation to the DX2.5 group. Myostatin expression was lower in the DX2.5 and DC20 groups, with DC being the drug with less impact on atrogenes MuRF-1 and Atrogin-1. DX1.25 and DX2.5 caused lower IRS-1 expression among the glucocorticoid groups. Conclusions: Omega-3 may increase muscle atrophy caused by DX in fibers 1 and 2A, possibly related to increased expression of FoxO3a, REDD-1 and Atrogin-1, decreased expression of PGC1alpha and P-FoxO3a, in the amounts of acid arachidonic with increased lysosomal activity. Comparing different glucocorticoids, MP tends to produce a greater impact on body and muscular weights, DC is less harmful to type 2B fibers, however, it predominantly affects type 1 fibers, in the same way as DX in the dosage of 1.25mg/kg/day. DX tends to affect total and phosphorylated Akt expression more than other glucocorticoids. MP affects more the Ras/Raf/MEK/ERK pathway and REDD-1 expression in relation to the other glucocorticoids, and DC and MP show a higher expression of total and phosphorylated Smad2/3 compared to DX after 10 days of administration

Várias condições podem estar relacionadas com a atrofia muscular, tais como inatividade, envelhecimento, septicemia, diabetes, câncer e uso de glicocorticoides. Em tentativa prévia de prevenir tal condição catabólica secundário ao uso de glicocorticoide, através da suplementação de ômega-3 (N-3), observamos um agravamento da atrofia muscular, afetando mais tipos de fibras musculares, usualmente poupadas pelo glicocorticoide, fibras tipo 1 por exemplo. Entretanto, não foi possível determinar quais as propriedades dessa interação. Portanto, o objetivo deste estudo foi de avaliar a ação do Ômega-3 associada a dexametasona e de diferentes glicocorticoides em dose equipotente sobre o peso corporal; área de secção transversa muscular; perfil de ácidos graxos; expressão gênica de fatores de transcrição musculares e atrogenes (Atrogina 1 e MuRF-1); expressão proteica de componentes das vias do IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK e Miostatina/Smad2/3; e expressão de receptores de glicocorticoides na musculatura esquelética de ratos. Metodologia: Ratos Wistar suplementados ou não com ômega-3 (100mg/kg/dia de EPA) por 40 dias receberam dexametasona (DX) subcutânea (2,5 e 1,25mg/kg/dia) nos últimos 10 dias de suplementação. Para estudo dos demais glicocorticoides, ratos sem suplementação receberam deflazacorte (DC), metilprednisolona (MP) em dose/volume equipotente ao de dexametasona (DC 10 e 20mg/kg/dia e MP6,7 e 13,3mg/kg/dia) por 10 dias. Constituindo 10 grupos: CT, N-3, DX1,25, DX2,5, DX1,25+N-3, DX2,5+N-3, MP6, MP13, DC10 e DC20. Através de estudo histológico, imuno-histoquímico, PCR em tempo real e Western blotting, foram avaliados a área transversa dos diferentes tipos de fibras musculares; a expressão de receptor de glicocorticoide na fibra muscular; a expressão gênica dos atrogenes e fatores de transcrição; expressão de proteínas das vias IGF-1, Miostatina e MEK/ERK. Resultados: A administração de N-3 influenciou a atrofia por DX causando maior atrofia em fibras do tipo 1 e 2A, aumento na expressão proteica de FoxO3a total, P-Smad3, LC3-II e gênica (mRNA) de REDD-1, Atrogina-1/MAFbx. De forma isolada o ômega-3 reduziu a expressão de P-FoxO3a, PGC1alfa, a quantidade de ácido araquidônico e a expressão de mRNA do IRS-1 com aumento na expressão de LC3-II. A comparação entre glicocorticoides mostrou que a MP (13mg/kg/dia) acarretou maior impacto no peso corporal e muscular; o DC (10mg/kg/dia) causou menor atrofia em fibras 2B em relação aos demais glicocorticoides. A DX causou maior impacto sobre o Akt total em comparação com os demais glicocorticoides, em P-Akt o grupo DX1,25 teve menor expressão em relação a outros glicocorticoides em dose equipotente. Todos os glicocorticoides afetaram a expressão de P-FOXO3a. Na expressão de ERK1/2 e P-ERK1/2, MP6 foi o grupo com maior prejuízo à fosforilação em relação aos demais em dose equipotente. Já na avaliação da via Miostatina/Smad2/3 os grupos MP 6, MP13 e DC20 mostraram maior expressão de Smad2/3 total e P-Smad3. A expressão gênica de REDD-1 e MYOD foi aumentada nos grupos MP6 e MP13 em relação aos demais grupos; REDD2 no grupo DC20 foi menor em relação ao grupo DX2,5. A expressão de Miostatina foi menor nos grupos DX2,5 e DC20, sendo o DC a droga com menor impacto sobre os atrogenes MuRF-1 e Atrogina-1. DX1,25 e DX2,5 causaram menor expressão de IRS-1 entre os grupos de glicocorticoides. Conclusões: Ômega-3 pode aumentar a atrofia muscular causada por DX em fibras 1 e 2A, possivelmente relacionado com aumento da expressão de FoxO3a, REDD-1 e Atrogina-1, diminuição na expressão de PGC1alfa e P-FoxO3a, nas quantidades de ácido araquidônico com aumento da atividade lisossomal. Comparando diferentes glicocorticoides, a MP tende a produzir maior impacto nos pesos corporal e muscular, o DC é menos prejudicial as fibras do tipo 2B, entretanto, afeta predominantemente fibras do tipo 1, da mesma forma que a DX na dosagem de 1,25mg/kg/dia. A DX tende a afetar mais a expressão de Akt total e fosforilado que os demais glicocorticoides. A MP afeta mais a via Ras/Raf/MEK/ERK e expressão de REDD-1 em relação aos demais glicocorticoides, e o DC e MP mostram maior expressão de Smad2/3 total e fosforilada em relação ao DX após 10 dias de administração / Several conditions may be related to muscle atrophy, such as inactivity, aging, septicemia, diabetes, cancer and use of glucocorticoids. In a previous attempt to prevent such glucocorticoid catabolic condition, through the supplementation of omega-3 (N-3), we observed a worsening of muscular atrophy, affecting more types of muscle fibers, usually spared by glucocorticoid, type 1 fibers for example. However, it was not possible to determine the properties of this interaction. Therefore, the objective of this study was to evaluate the action of omega-3 associated with dexamethasone and different glucocorticoids in equipotent dose on body weight; muscle cross-sectional area; fatty acid profile; gene expression of muscle transcription factors and atrogenes (Atrogin-1 and MuRF-1); protein expression of IGF-1/Akt/mTOR, Ras/Raf/MEK/ERK and Myostatin/Smad2/3 pathways components; and expression of glucocorticoid receptors in the skeletal musculature of rats. Methods: Wistar rats given orally or not with omega-3 (100mg/kg/day of EPA) for 40 days received subcutaneous dexamethasone (DX) (2.5 or 1.25mg/kg/day) during the last 10 days of supplementation. For the other glucocorticoids, rats without supplementation received deflazacorte (DC) or methylprednisolone (MP) in dose/volume equivalent to that of dexamethasone (DC 10 or 20mg/kg/day and MP6.7 or 13.3mg/kg/day) for 10 days. Comprising 10 groups: CT, N-3, DX1.25, DX2.5, DX1.25 + N-3, DX2.5 + N-3, MP6, MP13, DC10 and DC20. Through histological, immunohistochemical, real-time PCR and Western blotting, we evaluated the transverse area of the different muscle fibers; the expression of glucocorticoid receptor; the gene expression of atrogenes and transcription factors; protein expression of the IGF-1, Myostatin and MEK/ERK pathways. Results: N-3 administration influenced DEXA atrophy causing increased atrophy in type 1 and 2A fibers, increased protein expression of total FoxO3a, P-Smad3, LC3-II, and REDD-1 gene (mRNA), Atrogin-1/MAFbx isolated omega-3 reduced the expression of P-FoxO3a, PGC1alpha, the amount of arachidonic acid and the expression of IRS-1 mRNA with increased expression of LC3-II. The comparison between glucocorticoids showed that MP13 had a greater impact on body and muscle weight; the DC10 caused less atrophy in 2B fibers in relation to the other glucocorticoids. DX, caused greater impact on total Akt compared to the other glucocorticoids, in P-Akt the DX1,25 group had lower expression to other equipotent dose glucocorticoids. All glucocorticoids affect the expression of P-FOXO3a. In the of ERK1/2 and P-ERK1/2 protein expression, the MP6 was the group with the greatest damage to the phosphorylation in relation to the others in equipotent dose. In the evaluation of the Myostatin/Smad2/3 pathway MP 6, MP13 and DC20 showed higher expression of total Smad2/3 and P-Smad3. The gene expression of REDD-1 and MYOD was increased in the MP6 and MP13 groups compared to the other groups, REDD2 in the DC20 group was lower in relation to the DX2.5 group. Myostatin expression was lower in the DX2.5 and DC20 groups, with DC being the drug with less impact on atrogenes MuRF-1 and Atrogin-1. DX1.25 and DX2.5 caused lower IRS-1 expression among the glucocorticoid groups. Conclusions: Omega-3 may increase muscle atrophy caused by DX in fibers 1 and 2A, possibly related to increased expression of FoxO3a, REDD-1 and Atrogin-1, decreased expression of PGC1alpha and P-FoxO3a, in the amounts of acid arachidonic with increased lysosomal activity. Comparing different glucocorticoids, MP tends to produce a greater impact on body and muscular weights, DC is less harmful to type 2B fibers, however, it predominantly affects type 1 fibers, in the same way as DX in the dosage of 1.25mg/kg/day. DX tends to affect total and phosphorylated Akt expression more than other glucocorticoids. MP affects more the Ras/Raf/MEK/ERK pathway and REDD-1 expression in relation to the other glucocorticoids, and DC and MP show a higher expression of total and phosphorylated Smad2/3 compared to DX after 10 days of administration