The insulin-mediated Ras/mitogen-activated protein (MAP) kinase cascade was examined in SK-N-BE(2) and PC12 cells, which can and cannot produce reactive oxygen species (ROS), respectively. Tyrosine phosphorylation of the insulin receptor and insulin receptor substrate 1 (IRS-1) was much lower in SK-N-BE(2) cells than in PC12 cells when the cells were treated with insulin. The insulin-mediated interaction of IRS-1 with Grb2 was observed in PC12 but not in SK-N-BE(2) cells. Moreover, the activity of extracellular-signal-related kinase (ERK) was much lower in SK-N-BE(2) than in PC12 cells when the cells were treated with insulin. Application of exogenous $H_2O_2$ caused increased tyrosine phosphorylation and Grb2 binding to IRS-1 in SK-N-BE(2) cells, while exposure to an $H_2O_2$ scavenger (N-acetylcysteine) or to a phophatidylinositol-3 kinase inhibitor (wortmannin), and expression of a dominant negative Rac1, decreased the activation of ERK in insulin-stimulated PC12 cells. These results indicate that the transient increase of ROS is needed to activate ERK in insulin-mediated signaling and that an inability to generate ROS is the reason for the insulin insensitivity of SK-N-BE(2) cells.
Tissue plasminogen activator (tPA) is used to lyse clots and reperfuse brain in ischemic stroke. However, sideeffects of intracerebral hemorrhage (ICH) and edema limit their clinical application. In part, these phenomena has been linked with elevations in matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) in neurovascular unit. However little is known about their regulatory signaling pathways in brain cells. Here, I examine the role of MAP kinase pathways in tPA-induced MMP-9 regulation in rat cortical astrocytes. tPA $(1-10\;{\mu}g/ml)$ induced dose-dependent elevations in MMP-9 and MMP-2 in conditioned media. Although tPA increased phosphorylation in two MAP kinases (ERK, JNK), only inhibition of the JNK pathway by the JNK inhibitor SP600126 significantly reduced MMP-9 upregulation. Neither ERK inhibition with U0126 nor p38 inhibition with SB203580 had any significant effects. Taken together, these results suggest that c-jun N-terminal kinase (JNK) plays an essential role for tPA-induced MMP-9 upregulation.
Recent data have shown the importance of oxidative stresses in the pathogenesis of inflammatory bowel disease, crohn's disease and ulcerative colitis. $H_2O_2$, reactive oxygen species (ROS) donor, has been reported to act as a signaling molecule involved in a variety of cellular functions such as apo/ptosis and proliferation. In the present study, we investigated viability of cultured ileal smooth muscle cells (ISMC) after stimulation with $H_2O_2$. Trypan blue method revealed that the cell viability of ISMC treated with 1 mM $H_2O_2$ was not different from that of controls at up to 2 h time point, while treatment of ISMC with 1 mM $H_2O_2$ for 48 h finally induced significant decrease in the cell viability. Therefore, we evaluated whether $H_2O_2$ was capable of ERKs activation in ISMC for the short-term exposure and examined whether tyrosine kinase was involved in the process of ERK activation by $H_2O_2$ in ISMC. We also investigated the effects of $H_2O_2$ on activation of SAPK/JNK and p38 MAP kinase in ISMC. Thus, ISMC were cultured and exposed to $H_2O_2$, and western blot analysis was performed with phosphospecific MAP kinase antibodies. Robust activation of ERK occurred within 30 min of 1 mM $H_2O_2$ treatment. $H_2O_2-induced$ ERK activation was attenuated by a tyrosine kinase inhibitor, genistein, indicating that tyrosine kinase was probably involved in the ERK activation by $H_2O_2$. $H_2O_2$ was a moderate activator of SAPK/JNK, while p38 MAP kinase was not activated by $H_2O_2$. We suggest that ERK activation induced by short-term $H_2O_2$ treatment plays a critical role in cellular protection in the early stage of response to oxidative stress. The present study suggests the necessity of identification of MAPK signaling pathways affected by ROS, since it could ultimately elucidate cellular consequences involved in initiation and perpetuation of intestinal tissue damage in the diseases such as crohn's disease and ulcerative colitis, resulted from excessive ROS.
Kim, Sung-Su;Kim, Yoon-Suk;Jung, Yon-Woo;Choi, Hyun-Il;Shim, Moon-Jeong;Kim, Tae-Ue
BMB Reports
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v.32
no.4
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pp.379-384
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1999
Taxol, a natural product with significant anti-tumor activity, stabilizes microtubules and arrests cells in the G2/M phase of the cell cycle. It has been reported that taxol has additional effects on the cell such as an increase in tyrosine phosphorylation of proteins and activation of mitogen-activated protein (MAP) kinase. This phosphorylated kinase translocates into the nucleus and phosphorylates its substrate c-jun, c-fos, ATF2, and ATF3. The MAP kinase family is comprised of key regulatory proteins that control the cellular response to both proliferation and stress signals. First examination was cytotoxicity and apoptosis-induced concentration with paclitaxel in HeLa cell. A half-maximal inhibition of cell proliferation ($IC_{50}$) occurred at 13 nM paclitaxel. When DNA fragmentation was analyzed by agarose gel electrophoresis, a nucleosomal ladder became evident 24 h after a taxol (50 nM) addition to the cells. In addition, an apoptotic body was detected by electron microscopy. Taxol-treated cells were arrested at the S phase at 10 nM. Treatment of 50 nM taxol activated the extracellular signal-regulated protein kinase (ERK1), and a fraction of the activated MAP kinases entered the nucleus. It was also discovered that nucleus substrates c-jun was phosphorylated and activated in the cell. The activated ERK1 could subsequently translocate into the nucleus and phosphorylate its substrate c-jun as well. This study suggests that taxol-induced apoptosis might be related with signal transduction via MAP kinases.
Previous studies have shown that BMI-1026 is a potent inhibitor of the cyclin-dependent kinases (cdk). In cell culture, the compound also arrests G2/M strongly and G1/S and S weakly. Two key kinases, cdk1 (p34cdc2 kinase) and mitogen-activated protein (MAP) kinase (erk1 and 2), perform crucial roles during oocyte maturation and, later, metaphase II (MII) arrest. In mammalian oocytes, both kinases are activated gradually around the time of germinal vesicle breakdown (GVBD) and maintain high activity in eggs arrested at metaphase II. In this study, we examined the effects of BMI-1026 on GVBD and MII arrest in mouse oocytes. BMI-1026 inhibited GVBD of immature oocytes and activated MII-arrested oocytes in a concentration-dependent manner, with more than 90% of oocytes exhibiting GVBD inhibition and MII activation at 100 nM This is approximately 500$\sim$1,000 times more potent than the activity reported for the cdk inhibitors roscovitine (${\sim}50{\mu}M$) and butyrolactone (${\sim}100{\mu}M$). Based on the results of previous in vitro kinase assays, we expected BMI-1026 to inhibit only cdk1 activation in oocytes and eggs, not MAP kinase. However, in our cell-based system, it inhibited the activity of both kinases. We also found that the effect of BMI-1026 is reversible. Our results suggest that BMI-1026 inhibits GVBD and activates MII-arrested oocytes efficiently and reversibly and that it also inhibits both cdk1/histone HI kinase and MAP kinase in mouse oocytes.
Receptor activation of nuclear factor ${\kappa}$ B ligand (RANKL)은 파골세포의 분화와 기능에 중요한 역할을 하는 단백질로 이들 물질의 조절에는 p38 MAP kinase가 관여한다. 그러나 치주인대 섬유모세포에서 RANKL 발현 시 p38 MAP kinase의 역할은 잘 알려져 있지 않다. 이에 이번 연구는 마우스 치주인대 섬유모세포의 $IL-1{\beta}-induced$ RANKL 발현과정에서 p38의 역할을 규명하고자 하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 마우스 치주인대 섬유모세포에 $IL-1{\beta}$ (1ng/ml)의 자극은 수용성 RANKL의 합성을 증가시켰다. 수용성 RANKL의 합성은 p38 MAP kinase 억제제인 SB203580에 의해 농도 의존적으로 억제되었으나 다른 MAP kinase 억제제인 SP600125, JNK 억제제와 PD98059, ERK 억제제에 의해서는 수용성 RANKL의 합성이 조절되지 않았다. NF-kB 억제제에 의해서도 수용성 RANKL의 합성이 억제되지 않았다. RANKL 유전자의 발현은 $IL-1{\beta}$로 자극 시에는 대조군에 비해 약 5배의 발현 증가를 보였으나 SB203580으로 전처치 시 $IL-1{\beta}$ (1ng/ml)로 자극시보다 약 1.5배의 감소를 보였다. 그러나 SP600125, PD98059, 및 NF-kB 억제제로 전처치한 경우에는 $IL-1{\beta}$로 자극한 경우와 비슷한 수준을 보였다. $IL-1{\beta}$로 자극 시 RANKL 유전자의 반감기가 90분 이었으나 SB203580로 전처치 후 $IL-1{\beta}$로 자극 시 RANKL 유전자의 반감기는 60분으로 감소하였다. Cycloheximide 전처리 시 SB203580에 의한 RANKL 유전자 발현 억제가 관찰되지 않았다. 단백질 분석결과 p38 MAP kinase의 인산화 활성은 30분까지 증가하였으나 그 이후 감소하여 2시간째에는 그 발현이 미약하였다. SB203580로 전처치 후 $IL-1{\beta}$로 자극 시 p38 MAP kinase의 인산화 활성이 감소하였다. 이상의 결과는 p38 MAP kinase가 RANKL 유전자 조절에 중요한 역할을 담당하고 있음을 시사한다.
The mitogen-activated protein(MAP) kinase signal transduction pathway represents an important mechanism by which mitogen, such as serum and PMA, regulate cell proliferation and differentiation. Target substrates of the MAP kinase are located within several compartments containing plasma membranes and nucleus. We now report that serum addition induces proliferation of the P388 murine leukemia cell, but PMA does not, while both serum and PMA treatment cause translocation of the MAP kinase, mainly p42$^{mapk}$ isoform, from cytosol into the nucleus, which was monitored by immunoblot analysis using polyclonal anti-ERK1 antibodies. We investigated whether the MAP kinase was capable of phosphorylating c-Jun protein and GST-fusion proteins, the P562$^{kk}$N-terminal peptides (1-77 or 1-123 domain) of the T cell tyrosine kinase, using the partially purified MAP kinase by SP-sephadex C-50, phenyl superose and Mono Q column chromatography. We found that the partially purified MAP kinase was able to phosphorylate c-Jun protein and the GST-fusion protein expressed using E.coli DH5$\alpha$ which is transformed with pGEX-3Xb plasmid vector carrying of p562$^{kk}$N-terminal peptide-encoding DNA. These results imply that tyrosine kinase receptor/Ras/Raf/MAP kinase pathway is a major mechanism for mitogen-induced cell proliferation in P388 murine leukemia cell and that the various MAP kinase isoforms may have their own target substrates located in distinct subcellular compartments.
We investigated the role of L-type $Ca^{2+}$ channel in receptor activator of nuclear factor-kappaB ligand (RANKL)-induced osteoclast formation. BayK 8644, a L-type $Ca^{2+}$ channel agonist, was shown to increase the RANKLinduced osteoclastogenesis and actin ring formation in mouse bone marrow-dereived macrophage (BMM) culture system. BayK 8644 stimulated RANKL-induced extracellular signal-regulated kinase (ERK) and p38 MAP kinase (MAPK) activation, which leads to increased nuclear factor of activated T cells (NFAT)c1 expression. Taken together, these data indicate that L-type $Ca^{2+}$ channel regulates osteoclast formation possibly through ERK- and p38-mediated NFATc1 expression.
The expression of phase II detoxifying enzymes is affected by a variety of compounds and the induction of the enzymes plays an essential role in chemoprevention. A variety of phytochemicals such as sulfur-containing chemoprotective agents (SCC) may trigger cellular signals and activate phase II gene expression through ARE activation. see induces glutathione S-transferases. Studies were conducted to investigate the role of mitogen-activated protein (MAP) kinase and phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-kinase) in the induction of GST (e.g. rGSTA2) by sec. We also studied the MAP kinase pathway responsible for the GST expression by see and compared that with the pathway activated by oxidative stress as a result of sulfur amino acids deprivation (SAAD). see inhibited phosphorylation of ERK1/2 although the effect of see on JNK and p38 MAP kinase was minimal. Wortmannin and LY294002. PI3-kinase inhibitors. abolished the increases in rGSTA2 mRNA and protein levels by SCC. Deprivation of cystine and methionine caused oxidative stress in H4IIE cells. as evidenced by a decrease in the reduced glutathione and an increase in prooxidant production. Electrophoretic mobility shift assay revealed that the ARE complex consisting of Nrf-1/2 and Maf proteins was activated 12~48 h. The rGSTA2 mRNA and protein levels were increased by SAAD. Activation of ARE and induction of rGSTA2 were both completely inhibited by PI3-kinase inhibitors. Inhibition of p38 MAP kinase by SB203580 prevented the ARE-mediated rGSTA2 induction. The results of this study showed that PI3-kinase might play an essential role in the ARE-mediated rGSTA2 induction by see or SAAD and that the dual MAP kinase pathways were responsible for the enzyme induction.
Background: Little information is available on the identification and characterization of the upstream regulators of the signal transduction cascades for Mycobacterium tuberculosis (M. tbc)-induced ERK 1/2 activation and chemokine expression. We investigated the signaling mechanisms involved in expression of CCL3 /MIP-1 and CCL4/MIP-1 in human primary monocytes infected with M. tbc. Methods: MAP kinase phosphorylation was determined using western blot analysis with specific primary antibodies (ERK 1/2, and phospho-ERK1/2), and the upstream signaling pathways were further investigated using specific inhibitors. Results: An avirulent strain, M. tbc H37Ra, induced greater and more sustained ERK 1/2 phosphorylation, and higher CCL3 and CCL4 production, than did M. tbc H37Rv. Specific inhibitors for mitogen-activated protein kinase (MAPK) kinase (MEK; U0126 and PD98059) significantly inhibited the expression of CCL3 and CCL4 in human monocytes. Mycobactetia-mediated expression of CCL3 and CCL4 was not inhibited by the Ras inhibitor manumycin A or the Raf-1 inhibitor GW 5074. On the other hand, phospholipase C (PLC) inhibitor (U73122) and protein kinase C (PKC)specific inhibitors ($G\ddot{o}6976$ and Ro31-8220) significantly reduced M. tbc-induced activation of ERK 1/2 and chemokine synthesis. Conclusion: These results are the first to demonstrate that the PLC-PKC-MEK-ERK, not the Ras-Raf-MEK-ERK, pathway is the major signaling pathway inducing M. tbc-mediated CCL3 and CCL4 expression in human primary monocytes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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