Thesis (Ph. D.)--University of Missouri-Columbia, 2008. / The entire dissertation/thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file (which also appears in the research.pdf); a non-technical general description, or public abstract, appears in the public.pdf file. Vita. "May 2008" Includes bibliographical references.

The altered protein expression and activity of receptor tyrosine kinases (TK) are implicated in the progression of various types of cancers. One such dysfunction is the overexpression of the epidermal growth factor receptor (EGFR) that correlates with aggressive tumor progression and poor prognosis. On the other hand, c-Src non-receptor tyrosine kinase is overexpressed and activated in a large number of human malignancies and has been strongly linked to progression to distant metastases. c-Src-induced phosphorylation of EGFR is required for EGF-mediated mitogenesis, tumorigenesis and tumour invasiveness. Thus we surmised that molecules termed "combi-molecules" designed to block both EGFR and c-Src should not only possess significant growth inhibitory potency but also strong anti-invasive properties. In this thesis, we utilized molecular modeling to design molecules containing two moieties: one that straddles the structure of the known Src inhibitor PP2 and the other that mimics the backbone of Iressa, a potent EGFR inhibitor. Of all the molecules synthesized, only SB163 containing the longest spacer between the two moieties was capable of inducing a dose dependent inhibition of both Src and EGFR. More importantly, SB163 blocked cell motility in the wound healing assay and showed significantly greater anti-invasive activity than a PP2+Iressa combination. The observation that SB163 was a less potent EGFR or Src inhibitor than Iressa and PP2 suggests that its superior potency when compared with the PP2+ Iressa combination may be at least partially attributed to mechanisms other than EGFR or Src blockade. This was also corroborated by the fact that SB163, despite its significant bulkiness (>700) could induce dose dependent inhibition of other kinase such PDFGR and Abl. The results in toto suggest that conferring multiple kinase targeting properties to single molecules can lead to highly anti-proliferative and anti-invasive agents. Traditionally, multi-kinase targeted molecules were discovered serendipitously through multi-kinase testing. Here we initiated a more rational approach to the design of single multi-targeted molecules. Cancer being a complex disease driven by tumours characterized by multiple disordered signaling pathways, this approach may well represent a novel avenue in the therapy of refractory malignancies.

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Thesis evaluated by: Dr. Rémy Sauvé, Dr. Puttaswamy Manjunath and Dr. Madhu Anand-Srivastava. Thank you for all your help. / L’hypertension est associée au remodelage vasculaire dû à l’hyperprolifération et l’hypertrophie des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Nous avons démontré par le passé l’implication de l’expression élevée des protéines Gqα et PLCβ1 dans les CMLVs de rats spontanément hypertendus (RSH) âgés de 16 semaines. Le C-ANP4-23 est un agoniste du récepteur au peptide natriurétique de type C (NPR-C) qui possède la capacité d’inhiber la synthèse de protéines en réponse aux peptides vasoactifs dans les CMLVs. Cette étude a eu pour but d’examiner si le C-ANP4-23 pouvait atténuer l’hypertrophie dans un modèle de rat souffrant d’hypertrophie cardiaque et d’explorer les mécanismes responsables de cette inhibition. Pour ce faire, des CMLVs aortiques de RSH âgés de 16 semaines ont été utilisées. Le taux de synthèse de protéines, un marqueur d’hypertrophie, a été déterminé par l’incorporation de (3H)leucine et l’expression des protéines a été déterminée par la technique d’immunobuvardage de type Western. Le volume cellulaire a été estimé par imagerie confocale tridimensionnelle. Le taux de synthèse de protéines et le volume cellulaire étaient considérablement accrus dans les CMLVs des RSH comparativement aux rats WKY et ont été largement atténués par le traitement au C-ANP4-23. De plus, le traitement au C-ANP4-23 a normalisé l’expression élevée du récepteur AT1 et des protéines Gqα et PLCβ1, des niveaux intracellulaires d’anions superoxide (O2-), de l’activité de la NADPH (de l’anglais nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) oxydase, ainsi que l’expression des protéines Nox4 et de p47phox dans les CMLVs des RSH. En outre, le C-ANP4-23 a réduit l’activation des récepteurs à L’EGF (de l’anglais epidermal growth factor), au PDGF (de l’anglais platelet-derived growth factor), et à l’IGF-1 (de l’anglais insulin-like growth factor 1). Le C-ANP4-23 a également atténué la phosphorylation des ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), AKT et c-Src. Ces résultats indiquent que l’activation du NPR-C par C-ANP4-23 a atténué l’hypertrophie des CMLVs par sa capacité à diminuer la surexpression du récepteur AT1, l’expression élevée des protéines Gqα/PLCβ1, le stress oxydatif accru, l’activation augmentée des facteurs de croissance et l’augmentation de la phosphorylation des voies de signalisation MAPK/AKT. Ainsi, ces travaux suggèrent que le C-ANP4-23 peut être utilisé comme agent thérapeutique pour le traitement des complications vasculaires associées à l’hypertension et à l’athérosclérose. / Hypertension is associated with vascular remodelling due to hyperproliferation and hypertrophy of vascular smooth muscle cells (VSMCs). We earlier showed the implication of enhanced expression of Gqα and PLCβ1 proteins in VSMCs from 16- week-old spontaneously hypertensive rats (SHR). The present study was undertaken to investigate whether C-ANP4-23, a natriuretic peptide receptor-C (NPR-C) agonist that has been shown to inhibit vasoactive peptide-induced enhanced protein synthesis in VSMCs, could attenuate VSMC hypertrophy in rat models of cardiac hypertrophy and to explore the underlying mechanisms contributing to this inhibition. For these studies, aortic VSMCs from 16-week-old SHR were used. The protein synthesis, a marker of hypertrophy, was determined by (3H)leucine incorporation and the expression of proteins was determined by Western blotting. Cell volume was determined by three-dimensional confocal imaging. The protein synthesis was significantly enhanced in VSMC from SHR as compared to WKY and C-ANP4-23 treatment attenuated the enhanced protein synthesis to WKY control levels. In addition, the enhanced expression of the AT1 receptor as well as Gqα and PLCβ1 proteins, enhanced levels of superoxide anion (O2 -), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase activity, as well as the increased expressions of NADPH oxidase 4 (Nox4) and p47phox exhibited by VSMC from SHR were all attenuated by C-ANP4-23 treatment. Furthermore, C-ANP4-23 also attenuated the enhanced activation of epidermal growth factor receptor (EGF-R), platelet-derived growth factor receptor (PDGF-R), insulin-like growth factor 1 receptor (IGF-1R) and the enhanced phosphorylation of extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2), AKT and c-Src. These results indicate that C-ANP4-23, via the activation of NPR-C, attenuates VSMC hypertrophy through its ability to decrease the overexpression of the AT1 receptor and Gqα/PLCβ1 proteins, the enhanced oxidative stress, the increased activation of growth factors and the enhanced phosphorylation of the MAPK/AKT signalling pathway. Thus, it can be suggested that C-ANP4-23, an activator of NPR-C, may be used as a therapeutic agent for the treatment of vascular complications associated with hypertension and atherosclerosis.

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs. / Endothelin-1 (ET-1) and angiotensin II (Ang II) play important roles in maintaining blood pressure and vascular homeostasis, and a heightened activity of these vasoactive peptides is thought to contribute to the development of vascular pathologies, such as hypertension, atherosclerosis, hypertrophy and restenosis. This is caused by an excessive activation of several growth and proliferative signaling pathways, which include members of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) family, as well as the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K)/protein kinase B (PKB) pathway. While the activation of these signaling pathways is well elucidated, the upstream elements responsible for ET-1 and Ang II-induced MAPK and PI3-K/PKB activation remain poorly understood. During the last several years, the concept of transactivation of receptor and/or non-receptor protein tyrosine kinases (PTK) in triggering vasoactive peptide-induced signaling events has gained much recognition. We have recently demonstrated that insulin-like growth factor-1 receptor (IGF-1R) plays a role in tranducing the effect of H2O2, leading to PKB phosphorylation. Since vasoactive peptides elicit their responses through generation of reactive oxygen species, including H2O2, we investigated whether IGF-1R transactivation plays a similar role in ET-1 and Ang II-induced PKB phosphorylation and hypertrophic responses in VSMC. AG-1024, a specific inhibitor of IGF-1R, attenuated both ET-1 and Ang II-induced PKB phosphorylation in a dose-dependent manner. ET-1 and Ang II treatment also induced the phosphorylation of tyrosine residues in the autophosphorylation sites of IGF-1R, which was blocked by AG-1024. In addition, both ET-1 and Ang II evoked tyrosine phosphorylation of c-Src, a non-receptor PTK, and pharmacological inhibition of c-Src PTK activity by PP-2, a specific inhibitor of Src-family tyrosine kinase, significantly reduced PKB phosphorylation as well as tyrosine phosphorylation of IGF-1R induced by the two vasoactive peptides. Furthermore, protein and DNA synthesis, markers of cell growth and proliferation, enhanced by ET-1 and Ang II were also attenuated by AG-1024 and PP-2. While this work demonstrates the role of c-Src in ET-1 and Ang II-induced PKB phosphorylation, its role in ET-1-induced MAPK signaling and regulation of transcription factors, such as early growth response factor-1 (Egr-1), which was recently shown to be expressed in atherosclerotic plaque, remains controversial in VSMC. Therefore, we have also investigated the involvement of c-Src in ET-1 and Ang II-induced ERK 1/2, JNK and p38mapk activation, as well as Egr-1 regulation. ET-1 and Ang II-induced the phosphorylation of ERK 1/2, JNK and p38mapk, and enhanced the expression of Egr-1 in aortic VSMC. This increased phosphorylation was decreased by PP-2. Further proof for the role of c-Src in this process was obtained by using mouse embryonic fibroblasts (MEF) deficient in c-Src (Src -/- MEF). ET-1-induced Egr-1 expression, as well as MAPK activation, were found to be downregulated in Src -/- MEF, as compared to MEF expressing normal Src levels. In summary, these data demonstrate that IGF-1R and c-Src PTK play a critical role in mediating both PKB and MAPK phosphorylation and Egr-1 expression, as well as hypertrophic and proliferative responses induced by ET-1 and Ang II in VSMC.

Les facteurs de transcription STAT3 sont activés dans de nombreuses tumeurs et leurs effets sur la prolifération et la survie suggéraient fortement que ces protéines puissent être impliquées à la fois dans la transformation cellulaire et dans l'échappement aux traitements classiques de chimiothérapie.<br />Nous nous sommes donc intéressés aux différents aspects impliquant STAT3 dans la réponse de lignées cellulaires aux agents génotoxiques de chimiothérapie, et plus particulièrement aux inhibiteurs de topoisomérase. Durant ces traitements, STAT3 interagit avec le répresseur transcriptionnel Rb et l'inhibiteur du cycle cellulaire p21. Ces deux protéines inhibent son activité transcriptionnelle, notamment sur les gènes c-myc et cdc25A, et permettent la mise en place de la sénescence induite par les dommages de l'ADN et la catastrophe mitotique. Cependant, en présence d'une activité constitutive de STAT3 induite par l'oncogène v-src, STAT3 empêche l'activation de Rb et de p21, favorise la résistance des cellules aux inhibiteurs de topoisomérase II, et génère de l'instabilité génomique. Finalement,<br />deux inhibiteurs de STAT3, le cetuximab, un anticorps monoclonal dirigé contre l'EGFR, et un inhibiteur de la tyrosine kinase c-src, sensibilisent des cellules colorectales aux inhibiteurs de topoisomérase I. L'inhibition de STAT3 empêche l'activation du gène Eme1 qui induit l'expression d'une protéine de réparation de l'ADN.<br />STAT3 est donc un facteur de résistance aux inhibiteurs de topoisomérase. Sa détection pourrait ainsi permettre de mieux prédire la réponse des patients à ces inhibiteurs, et son inhibition, dans les tumeurs où il est actif, pourrait permettre de les sensibiliser aux inhibiteurs de topoisomérase.

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Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Murine double minute (Mdm2) is a highly modified and multi-faceted protein that is overexpressed in numerous human malignancies. It engages in many cellular activities and is essential for development since deletion of mdm2 is lethal in early stages of embryonic development. The most studied function of Mdm2 is as a negative regulator of the tumor suppressor protein p53. Mdm2 achieves this regulation by binding to p53 and inhibiting p53 transcriptional activity. Mdm2 also functions as an E3 ubiquitin ligase that signals p53 for destruction by the proteasome. Interestingly recent evidence has shown that Mdm2 can also function as an E3 neddylating enzyme that can conjugate the ubiquitin-like molecule, nedd8, to p53. This modification results in inhibition of p53 activity, while maintaining p53 protein levels. While the signaling events that regulate Mdm2 E3 ubiquitin ligase activity have been extensively studied, what activates the neddylating activity of Mdm2 has remained elusive. My investigations have centered on understanding whether tyrosine kinase signaling could activate the neddylating activity of Mdm2. I have shown that c-Src, a non-receptor protein tyrosine kinase that is involved in a variety of cellular processes, phosphorylates Mdm2 on tyrosines 281 and 302. This phosphorylation event increases the half-life and neddylating activity of Mdm2 resulting in a neddylation dependent reduction of p53 transcriptional activity. Mdm2 also has many p53-independent cellular functions that are beginning to be linked to its role as an oncogene. There is an emerging role for Mdm2 in tumor metastasis. Metastasis is a process involving tumor cells migrating from a primary site to a distal site and is a major cause of morbidity and mortality in cancer patients. To date, the involvement of Mdm2 in breast cancer metastasis has only been correlative, with no in vivo model to definitively define a role for Mdm2. Here I have shown in vivo that Mdm2 enhances breast to lung metastasis through the up regulation of multiple angiogenic factors, including HIF-1 alpha and VEGF. Taken together my data provide novel insights into important p53-dependent and independent functions of Mdm2 that represent potential new avenues for therapeutic intervention.