<p>Glomerulosclerosis (GS) is the irreversible scarring of glomerular tissue which underlies the development of chronic kidney disease (CKD). Increased intraglomerular capillary pressure (P_gc) is a major contributor to the development of GS and can occur in both hypertensive and diabetic patients. With elevated P_gc, <em>in vitro</em> and <em>in vivo</em> evidence suggest that mesangial cells (MC) experience cyclic stretch and secrete pro-fibrotic factors such as connective tissue growth factor (CTGF) which contributes to GS. The signaling pathways that are activated in response to elevated P_gc and lead to extracellular matrix (ECM) production in MCs are the main focus of this thesis.</p> <p>Previous data demonstrated activation of the Rho GTPase, Rac1, with cyclic stretch in MCs. Furthermore, the most characterized effector of Rac1, p21-activated kinase (PAK), has been observed to have a role in endothelial cells (ECs) exposed to mechanical stress. We thus proposed that the Rac1-PAK signaling pathway is involved in mechanical stress signaling in MCs.</p> <p>Our data demonstrate that Rac1-PAK signaling was activated in response to cyclic stretch and required for stretch-induced CTGF production in MCs. RhoA activation was also regulated by Rac1-PAK signaling, and RhoA/ROCK were observed to mediate CTGF upregulation with stretch. Further investigation on the role of Rac1-PAK signaling and how it regulates CTGF in MCs exposed to stretch, will provide insight into potential therapeutic targets to delay the progression of hypertension-mediated CKD.</p> / Master of Science in Medical Sciences (MSMS)

Les interactions entre protéines sont un enjeu majeur en recherche. Hautement spécifiques, elles régulent l'organisation cellulaire, ainsi que les réponses aux stimuli extérieurs ; ce sont des cibles idéales des agents thérapeutiques. Diverses techniques d'étude sont disponibles, mais peu d'entre elles permettent d'analyser simultanément plusieurs interactions. L'objectif de ce travail est d'utiliser le double hybride bactérien pour découvrir de nouveaux partenaires de 2 régulateurs de la prolifération tumorale humaine, p21 et STAT3, et en parallèle pour déterminer la fonction de MtSAP1, impliquée dans la germination et la réponse aux stress abiotiques chez Medicago truncatula. L'analyse des partenaires potentiels de l'oncogène STAT3 et de l'inhibiteur p21 suggère l'existence de nouveaux mécanismes moléculaires de la tumorogenèse auxquels participerait STAT3, et permet d'envisager de nouvelles hypothèses quant au rôle de p21. Un nouveau complexe, p21/prohibitine2, est étudié mais sa fonction reste supposée : il pourrait agir comme corégulateur transcriptionnel et/ou réguler la protéolyse de p21. L'étude du gène MtSAP1 et des partenaires d'interactions suggèrent fortement que MtSAP1 serait induit par l'hypoxie : elle jouerait un rôle considérable dans la détoxification et la tolérance de la plante au stress. Ce travail, appuyé par la littérature, met en évidence un lien fonctionnel entre p21, STAT3 et MtSAP1 au cours de l'hypoxie dans les cellules cancéreuses humaines. La confirmation de cette hypothèse permettrait d'approfondir les mécanismes de protection cellulaire face à l'hypoxie, tant au sein des tumeurs humaines que lors de la tolérance de Medicago truncatula.

Le suppresseur de tumeur p53 permet à la cellule de se défendre contre différentes formes de stress. Il joue un rôle de barrière s'opposant à la tumorigenèse: en effet la perte de p53 chez la souris prédispose grandement ces animaux à développer des tumeurs; de même le locus p53 est inactivé dans près de 50% des tumeurs humaines. p53 constitue un facteur de transcription qui se lie à des séquences particulières de l'ADN et active l'expression des gènes adjacents. L'expression orchestrée de ces gènes conduit, directement ou indirectement et suivant le contexte cellulaire, soit à la mort de la cellule soit à l'inhibition de la division cellulaire. Les mécanismes moléculaires médiant ces deux activités biologiques essentielles de p53, de même que les mécanismes influençant le choix de la réponse cellulaire, sont encore mal compris. L'importance de p53 dans ce choix reste également à démontrer. Afin de contribuer à la compréhension de ces mécanismes, le modèle murin déficient pour Mdm4, un régulateur négatif de l'activité de p53, a été choisi. L'inactivation de Mdm4 chez la souris conduit en effet à l'activation ectopique de p53 in vivo et l'induction de deux types de réponse: apoptose dans le neuroépithélium et arrêt de la prolifération cellulaire dans les tissus non neuronaux. Le profil d'expression des gènes dans les tissus neuronaux et non neuronaux a donc été comparé entre embryons de souris sauvage et mdm4-/- par la technique d'hybridation de biopuces à ADN. Les résultats obtenus suggèrent que le type de réponse dépend du type cellulaire et non de p53 lui-même. En effet les profils d'expression des gènes dans les tissus neuronaux (conditions d'apoptose) et non neuronaux (conditions d'arrêt de la prolifération cellulaire) chez l'embryon de souris mdm4-/- sont comparables. Nous nous sommes ensuite particulièrement intéressés à deux nouveaux gènes dont l'expression est augmentée dans les embryons mdm4-/-. Dans un premier temps, leur induction transcriptionnelle chez l'embryon de souris mdm4-/- a été confirmée par différentes techniques et il a été vérifié qu'ils constituaient tous deux des cibles directes de p53 induites suite à un stress génotoxique. Le premier gène code Dapk1, une protéine suppresseur de tumeur pro-apoptotique présentant une activité de type sérine/thréonine kinase. Ce travail a permis d'établir que Dapk1 participait à une boucle de rétroaction du contrôle de l'activité de p53. Le deuxième gène identifié code la protéine Ptprv, un récepteur transmembranaire présentant une activité de type tyrosine phosphatase. En vue d'étudier la signification physiologique de l'induction transcriptionnelle de ptprv suite à l'activation de p53, des expériences effectuées à partir de matériel biologique issu de souris déficientes pour Ptprv ont été réalisées. Ces expériences confirment le rôle essentiel de Ptprv comme médiateur de l'arrêt du cycle cellulaire en phase G1 induit par p53 suite à un stress génotoxique, à la fois in vitro et in vivo. Par contre, Ptprv ne semble pas influencer l'apoptose induite suite à l'activation de p53. Ce travail a également permis d'établir le rôle essentiel de Ptprv dans la suppression de tumeurs induites chez la souris par activation constitutive de l'oncogène Ras.

4 Abstract Senescence is a specific cell state distinquished by cessation of cell division and proliferation and changes in gene expression. Normal cells enter senescence after distinct number of cell divisions or in case of an unrepairable damage. Senescence in cancer cells can be induced by subliminal stress as sublethal treatment with certain drugs. Senescent cancer cells persist in the tissue and may secrete a number of factors and nutrients affecting surrounding cells. Senescence can thus change the response of cancer cells to various apoptogens during cancer therapy. In this study, we focused on the elucidation of presumed differences between normal proliferating and senescent cancer cells in their response to selected apoptogens. Implementing bromodeoxyuridine (BrdU)-mediated replication stress in cancer cells derived from pancreatic (PANC-1) or mesothelioma (H28) tumors, we efficiently forced these cells to acquire senescent phenotype. We document that these senescent cells gain higher resistance to combined TRAIL and homoharringtonine (HHT) treatment and enhance sensitivity to other apoptogens such as FasL, camptothecin and mVES. These cells also showed increased expression of anti-apoptotic protein c-FLIP in senescent cells and changes in the expression of some Bcl-2 family proteins....

Les agents permettant de créer des dommages sur l'ADN sont principalement utilisés dans les traitements contre le cancer. L'activation de points de contrôle du cycle cellulaire après lésion de l'ADN entraîne un arrêt du cycle des cellules. De la connaissance des mécanismes moléculaires de l'arrêt du cycle cellulaire par ces points de contrôle dépend l'efficacité du traitement. Dans les cellules humaines, ces points de contrôle sont primordiaux puisque leur inactivation entraîne la carcinogenèse (génération de cancers). Après traitement par des agents chimiothérapiques et des rayons X, les cellules s'arrêtent en phase G-1 et G-2/Mitose (M) du cycle cellulaire. Si de nombreuses études ont permis de clarifier les mécanismes de l'arrêt en phase G-1 pour des cellules dont l'ADN est endommagé, peu de données sont disponibles concernant l'arrêt en phase G-2/M. Parmi ces points de contrôle, le point de contrôle G-2/M est particulièrement important car il prévient l'entrée en mitose (phase M) des cellules dont l'ADN est endommagé. <br /> Nous avons analysé le rôle du complex appelé APC (Anaphase-Promoting Complex) dans les points de contrôle G-2/M après lésion de l'ADN. Les lésions de l'ADN sont induites dans les cellules synchronisées en phase S. Suite à ces dommages, les cellules montrent un retard et s'arrêtent en phase G-2 avec 4N chromosomes. Afin d'identifier les bases biochimiques de l'arrêt en G-2/M après traitement avec des agents endommageant l'ADN, nous allons concentrer notre recherche sur un complexe composé de multiples protéines possédant une activité de ligation de l'ubiquitine de type E3 (ubiquitin-ligase E3). Ce complexe APC est necessaire pour la dégradation des inhibiteurs d'entrée en anaphase, cyclins mitotiques, et plusieurs kinases mitotiques pour la complétion de la sortie de la mitose. Nous avons analysé et déterminé que l'absence d'activité du complexe APC inhibe l'activation du point de contrôle G-2/M lors de dommages de l'ADN.

Investigations of DNA damage response (DDR) mechanisms in normal tissues have implications for both cancer prevention and treatments. The accumulating knowledge about protein function and molecular markers makes it possible to directly trace and interpret cellular DDR in a tissue context. Using immunohistochemical techniques and digital image analysis, we have examined several principal DDR events in epidermis from patients undergoing fractionated radiotherapy. Acquiring biopsies from different regions of the skin provides the possibility to determine in vivo dose response at clinically relevant dose levels throughout the treatment. A crucial event in cellular DDR is the repair of DNA double strand breaks (DSBs). These serious lesions can be directly visualised in cells by detecting foci forming markers such as γH2AX and 53BP1. Our results reveal that DSB-signalling foci can be detected and quantified in paraffin-embedded tissues. More importantly, epidermal DSB foci dose response reveals hypersensitivity, detected as elevated foci levels per dose unit, for doses below ~0.3Gy. The low-dose hypersensitive dose response is observed throughout the treatment course and also in between fractions: at 30 minutes, 3 hours and 24 hours following delivered fractions. The dose response at 24 hours further reveals that foci levels do not return to background levels between fractions. Furthermore, a low-dose hypersensitive dose response is also observed for these persistent foci. Investigations of end points further downstream in the DDR pathways confirmed that the low-dose hypersensitivity was preserved for: the checkpoint regulating p21 kinase inhibitor; mitosis suppression; apoptosis induction and basal keratinocyte reduction. Our results reveal preserved low-dose hypersensitivity both early and late in the DDR pathways. A possible link between the dose-response relationships is therefore suggested. The preserved low-dose hypersensitivity is a cause for re-evaluation of the risks associated with low-dose exposure and has implications for cancer treatments, diagnostics and radiation protection.

Prostate cancer is the most common cancer in men, with the incidence rapidly increasing in Europe over the past two decades. Reliable biomarkers for prostate cancer are currently unavailable. Thus, there is an urgent need for improved biomarkers to diagnose prostate cancer at an early stage and to determine the best treatment options. Higher expression of transforming growth factor-β (TGFβ) has been reported in patients with aggressive cancer. TGFβ is a multifunctional cytokine that acts as a tumor suppressor during early tumor development, and as a tumor promoter at later stages of cancer. TGFβ signals through the canonical Smad or non-Smad cascade via TGFβ type II and type I receptors. The TGFβ signaling cascade is regulated by various post-translational modifications of its key components. The present investigation aimed to identify a potential function of TRAF6 in TGFβ-induced responses in prostate cancer. The first two articles of this thesis unveil the proteolytic cleavage of TGFβ type I receptor (TβRI), and the biological importance of the liberated TβRI intracellular domain (TβRI-ICD) in the nucleus. We found that tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 (TRAF6) polyubiquitinates TβRI, which leads to cleavage of TβRI by tumor necrosis factor alpha converting enzyme (TACE) in a protein kinase C zeta (PKCζ)-dependent manner. Following ectodomain shedding, TβRI undergoes a second cleavage by presenilin 1 (PS1), which liberates TβRI-ICD. TβRI-ICD translocates to the nucleus, where it regulates its own expression as well as expression of the pro-invasive gene Snail1, thereby promoting invasion. We further found that TβRI-ICD associates with Notch intracellular domain (NICD) to drive expression of the pro-invasive gene Snail1, as well as Notch1 ligand Jag1. The third article provides evidence that TRAF6 promotes Lys63-linked polyubiquitination of TβRI at Lys178 in a TGFβ-dependent manner. TβRI polyubiquitination was found to be a prerequisite for TβRI nuclear translocation, and thus for regulation of the genes involved in cell cycle, differentiation, and invasion of prostate cancer cells. In the fourth article we investigated the role of the pro-invasive gene Snail1 in TGFβ-induced epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) in prostate cancer cells.

Prostate cancer is one of the leading causes of cancer-related deaths in men worldwide, with 10,000 new cases/year diagnosed in Sweden. In this context, there is an urgent need to identify new biomarkers to detect prostate cancer at an initial stage for earlier treatment intervention. Although how prostate cancer develops has not been fully established, the male sex hormone testosterone is a known prerequisite for prostate cancer development. High levels of transforming growth factor-β (TGFβ) are prognostically unfavorable in prostate cancer patients. TGFβ is a multifunctional cytokine that regulates a broad range of cellular responses. TGFβ signals through either the canonical Smad or the non-Smad signaling cascade. Cancerous cells develop different strategies to evade defense mechanisms and metastasize to different parts of the body. This thesis unveils one such novel mechanism related to TGFβ signaling. The first two articles provide evidence that TGFβ receptor type I (TβRI) is ubiquitinated by tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 (TRAF6) and is cleaved at the ectodomain region by tumor necrosis factor alpha converting enzyme (TACE) in a protein kinase C zeta type-dependent manner. After TβRI is shed from the ectodomain, it undergoes a second cleavage by presenilin 1 (PS1), a γ-secretase catalytic subunit, which liberates the TβRI intracellular domain (TβRI-ICD) from the cell membrane. TRAF6 promotes TGFβ-dependent Lys63-linked polyubiquitination and recruitment of PS1 to the TβRI complex, and facilitates the cleavage of TβRI by PS1 to generate a TβRI-ICD. The TβRI-ICD then translocates to the nucleus, where it binds with the transcriptional co-activator p300 and regulates the transcription of pro-invasive target genes such as Snail1. Moreover, the nuclear translocated TβRI-ICD cooperates with the Notch intracellular domain (NICD), a core component in the Notch signaling pathway, to drive the expression of invasive genes. Interestingly, treatment with g-secretase inhibitors was able to inhibit cleavage of TβRI and inhibit the TGFβ-induced oncogenic pathway in an in vivo prostate cancer xenograft model. In the third article, we identified that Lysine 178 is the acceptor lysine in TβRI that is ubiquitinated by TRAF6. The TβRI K178R mutant was neither ubiquitinated nor translocated to the nucleus, and prevented transcriptional regulation of invasive genes in a dominant negative manner. In the fourth article, we show that TGFβ utilizes the E3-ligase TRAF6 and the p38 mitogen-activated protein kinase to phosphorylate c-Jun. In turn, the phosphorylated c-Jun activates p21 and Snail1 in a non-canonical Smad-independent pathway, and thereby promotes invasion in cancerous cells. In summary, we elucidate a new mechanism of TGFβ-induced oncogenic signal transduction in cancer cells in which TRAF6 plays a fundamental role. This opens a new avenue in the field of TGFβ signaling.

The c-Myc transcription factor is a key player in cell homeostasis, being commonly deregulated in human carcinogenesis. In this PhD thesis we have addressed the question how regulatory mechanisms restrain the oncogenic activity of c-Myc and its impact on cell differentiation. In the first half, we report that PML promotes destabilization of c-Myc protein and re-activation of c-Myc-repressed target genes. The consequent re-expression of the cell cycle inhibitor CDKN1A/p21 mediates differentiation of leukemic cells. In the second half of the thesis we identified a novel mechanism of gene regulation by c-Myc, which is mediated through its interaction with DNA-bound RARα. In undifferentiated cells, c-Myc/Max dimers cooperate with RARα in the repression of genes required for differentiation. Upon phosphorylation of c-Myc by the previously identified Pak2, the complex switches from a repressive to an activating function by releasing Max and recruiting transcriptional coactivators. These findings add a new and at least partially Max-independent mechanism for transcriptional regulation by c-Myc and also discover an unexpected function of c-Myc in inhibiting and promoting cellular differentiation. Taken together, our results describe two new mechanisms that counteract the oncogenic activity of c-Myc. Both PML and Pak2 can be considered as tumor suppressors since they modulate c-Myc function in a way that ultimately promotes differentiation of leukemic cells. This knowledge provides the basis for novel approaches to be exploited for the development of c-Myc-targeted therapies. / El factor de transcripció c-Myc juga un paper clau en l’homeòstasi cel·lular, essent freqüentment desregulat en la carcinogènesi humana. En aquesta tesi s’ha estudiat com diferents mecanismes reguladors poden frenar l’activitat oncogènica de c-Myc i el subsegüent impacte en la diferenciació cel·lular. A la primera meitat de la tesi, es demostra que PML promou la desestabilització de la proteïna c-Myc i, en conseqüència, la reactivació dels genes diana reprimits per c-Myc. Entre aquests gens diana es troba l’inhibidor del cicle cel·lular CDKN1A/p21, la reexpressió del qual provoca la diferenciació de cèl·lules leucèmiques induïda per PML. En la segona meitat, s’identifica un nou mecanisme de regulació transcripcional per part de c-Myc a través de la interacció amb RARα, el qual està unit a l’ADN. En cèl·lules indiferenciades, els dimers c-Myc/Max cooperen amb RARα en la repressió de gens essencials per a la diferenciació. Un cop c-Myc és fosforil·lat per la kinasa Pak2, el complex de c-Myc amb RARα esdevé activador mitjançant la pèrdua de Max i el reclutament de coactivadors transcripcionals. Aquest descobriment suposa un nou mecanisme mitjançant el qual c-Myc pot exercicir la regulació gènica almenys en part independentment de Max, i també revela una funció desconeguda de c-Myc en la inhibició i promoció de la diferenciació cel·lular. En conjunt, aquests resultats descriuen dos nous mecanismes que contrarestren l’activitat oncogènica de c-Myc. PML i Pak2 poden ser considerats supressors de tumors ja que modulen la funció de c-Myc per a promoure la diferenciació de les cèl·lules leucèmiques. Aquests descobriments poden utilitzar-se com a base pel desenvolupament de noves teràpies anti-tumorals que tinguin com a diana la proteïna c-Myc.

Thesis (Ph.D. in Toxicology) -- University of Colorado Denver, 2008. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 144-170). Free to UCD Anschutz Medical Campus. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;