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1.
Proc Natl Acad Sci U S A ; 118(39)2021 09 28.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-34561305

RESUMO

Endoplasmic reticulum (ER) stress and Unfolded Protein Response (UPR) signaling promote the pathology of many human diseases. Loss-of-function variants of the UPR regulator Activating Transcription Factor 6 (ATF6) cause severe congenital vision loss diseases such as achromatopsia by unclear pathomechanisms. To investigate this, we generated retinal organoids from achromatopsia patient induced pluripotent stem cells carrying ATF6 disease variants and from gene-edited ATF6 null hESCs. We found that achromatopsia patient and ATF6 null retinal organoids failed to form cone structures concomitant with loss of cone phototransduction gene expression, while rod photoreceptors developed normally. Adaptive optics retinal imaging of achromatopsia patients carrying ATF6 variants also showed absence of cone inner/outer segment structures but preserved rod structures, mirroring the defect in cone formation observed in our retinal organoids. These results establish that ATF6 is essential for human cone development. Interestingly, we find that a selective small molecule ATF6 signaling agonist restores the transcriptional activity of some ATF6 disease-causing variants and stimulates cone growth and gene expression in patient retinal organoids carrying these variants. These findings support that pharmacologic targeting of the ATF6 pathway can promote human cone development and should be further explored for blinding retinal diseases.


Assuntos
Fator 6 Ativador da Transcrição/genética , Defeitos da Visão Cromática/genética , Retina/citologia , Células Fotorreceptoras Retinianas Cones/patologia , Fator 6 Ativador da Transcrição/agonistas , Fator 6 Ativador da Transcrição/metabolismo , Opsinas dos Cones/genética , Expressão Gênica , Células HEK293 , Humanos , Células-Tronco Pluripotentes Induzidas/citologia , Organoides , Retina/diagnóstico por imagem , Células Fotorreceptoras Retinianas Cones/fisiologia , Visão Ocular/genética
2.
Nat Chem Biol ; 16(12): 1343-1350, 2020 12.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-32778842

RESUMO

The adhesion G-protein-coupled receptor (GPCR) latrophilin 3 (ADGRL3) has been associated with increased risk of attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) and substance use in human genetic studies. Knockdown in multiple species leads to hyperlocomotion and altered dopamine signaling. Thus, ADGRL3 is a potential target for treatment of neuropsychiatric disorders that involve dopamine dysfunction, but its basic signaling properties are poorly understood. Identification of adhesion GPCR signaling partners has been limited by a lack of tools to acutely activate these receptors in living cells. Here, we design a novel acute activation strategy to characterize ADGRL3 signaling by engineering a receptor construct in which we could trigger acute activation enzymatically. Using this assay, we found that ADGRL3 signals through G12/G13 and Gq, with G12/13 the most robustly activated. Gα12/13 is a new player in ADGRL3 biology, opening up unexplored roles for ADGRL3 in the brain. Our methodological advancements should be broadly useful in adhesion GPCR research.


Assuntos
Fator 6 Ativador da Transcrição/metabolismo , Subunidades alfa G12-G13 de Proteínas de Ligação ao GTP/metabolismo , Peptídeos/metabolismo , Receptores Acoplados a Proteínas G/metabolismo , Receptores de Peptídeos/metabolismo , Fator 6 Ativador da Transcrição/agonistas , Fator 6 Ativador da Transcrição/química , Fator 6 Ativador da Transcrição/genética , Animais , Arrestina/química , Arrestina/genética , Arrestina/metabolismo , Sistemas CRISPR-Cas , Engenharia Celular , Subunidades alfa G12-G13 de Proteínas de Ligação ao GTP/química , Subunidades alfa G12-G13 de Proteínas de Ligação ao GTP/genética , Subunidades alfa Gq-G11 de Proteínas de Ligação ao GTP/química , Subunidades alfa Gq-G11 de Proteínas de Ligação ao GTP/genética , Subunidades alfa Gq-G11 de Proteínas de Ligação ao GTP/metabolismo , Expressão Gênica , Células HEK293 , Humanos , Cinética , Camundongos , Proteína Quinase 1 Ativada por Mitógeno/química , Proteína Quinase 1 Ativada por Mitógeno/genética , Proteína Quinase 1 Ativada por Mitógeno/metabolismo , Proteína Quinase 3 Ativada por Mitógeno/química , Proteína Quinase 3 Ativada por Mitógeno/genética , Proteína Quinase 3 Ativada por Mitógeno/metabolismo , Peptídeos/química , Peptídeos/farmacologia , Ligação Proteica , Receptores Acoplados a Proteínas G/química , Receptores Acoplados a Proteínas G/genética , Receptores de Peptídeos/química , Receptores de Peptídeos/genética , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , Transdução de Sinais
3.
Int J Mol Sci ; 21(9)2020 Apr 29.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-32365658

RESUMO

Nifedipine (NF) is reported to have many beneficial effects in antihypertensive therapy. Recently, we found that NF induced lipid accumulation in renal tubular cells. Palmitic acid-induced renal lipotoxicity was found to be partially mediated by endoplasmic reticular (ER) stress, while it can also be elicited by NF in kidney cells; we examined the induction of suspected pathways in both in vitro and in vivo models. NRK52E cells cultured in high-glucose medium were treated with NF (30 µM) for 24-48 h. ER stress-induced lipotoxicity was explored by staining with thioflavin T and Nile red, transmission electron microscopy, terminal uridine nick-end labeling, and Western blotting. ER stress was also investigated in rats with induced chronic kidney disease (CKD) fed NF for four weeks. NF induced the production of unfolded protein aggregates, resulting in ER stress, as evidenced by the upregulation of glucose-regulated protein, 78 kDa (GRP78), activating transcription factor 6α (ATF6α), C/EBP-homologous protein (CHOP), and caspases-12, -3, and -7. In vitro early apoptosis was more predominant than late apoptosis. Most importantly, ATF6α was confirmed to play a unique role in NF-induced ER stress in both models. CKD patients with hypertension should not undergo NF therapy. In cases where it is required, alleviation of ER stress should be considered to avoid further damaging the kidneys.


Assuntos
Fator 6 Ativador da Transcrição/agonistas , Caspases/metabolismo , Estresse do Retículo Endoplasmático/efeitos dos fármacos , Rim/efeitos dos fármacos , Rim/metabolismo , Nifedipino/farmacologia , Animais , Biomarcadores , Caspase 12/metabolismo , Caspase 3/metabolismo , Caspase 7/metabolismo , Rim/patologia , Rim/ultraestrutura , Metabolismo dos Lipídeos , Oxirredução/efeitos dos fármacos , Ratos , Espécies Reativas de Oxigênio/metabolismo , Insuficiência Renal Crônica/tratamento farmacológico , Insuficiência Renal Crônica/etiologia , Insuficiência Renal Crônica/metabolismo , Insuficiência Renal Crônica/patologia , Transdução de Sinais/efeitos dos fármacos
4.
Sci Signal ; 11(517)2018 02 13.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-29440509

RESUMO

ATF6 encodes a transcription factor that is anchored in the endoplasmic reticulum (ER) and activated during the unfolded protein response (UPR) to protect cells from ER stress. Deletion of the isoform activating transcription factor 6α (ATF6α) and its paralog ATF6ß results in embryonic lethality and notochord dysgenesis in nonhuman vertebrates, and loss-of-function mutations in ATF6α are associated with malformed neuroretina and congenital vision loss in humans. These phenotypes implicate an essential role for ATF6 during vertebrate development. We investigated this hypothesis using human stem cells undergoing differentiation into multipotent germ layers, nascent tissues, and organs. We artificially activated ATF6 in stem cells with a small-molecule ATF6 agonist and, conversely, inhibited ATF6 using induced pluripotent stem cells from patients with ATF6 mutations. We found that ATF6 suppressed pluripotency, enhanced differentiation, and unexpectedly directed mesodermal cell fate. Our findings reveal a role for ATF6 during differentiation and identify a new strategy to generate mesodermal tissues through the modulation of the ATF6 arm of the UPR.


Assuntos
Fator 6 Ativador da Transcrição/genética , Diferenciação Celular/genética , Mesoderma/metabolismo , Resposta a Proteínas não Dobradas/genética , Fator 6 Ativador da Transcrição/agonistas , Fator 6 Ativador da Transcrição/metabolismo , Animais , Diferenciação Celular/efeitos dos fármacos , Linhagem Celular , Retículo Endoplasmático/efeitos dos fármacos , Retículo Endoplasmático/metabolismo , Estresse do Retículo Endoplasmático/efeitos dos fármacos , Estresse do Retículo Endoplasmático/genética , Expressão Gênica/efeitos dos fármacos , Humanos , Células-Tronco Pluripotentes Induzidas/citologia , Células-Tronco Pluripotentes Induzidas/metabolismo , Mesoderma/citologia , Mutação , Transdução de Sinais/efeitos dos fármacos , Transdução de Sinais/genética , Bibliotecas de Moléculas Pequenas/química , Bibliotecas de Moléculas Pequenas/farmacologia
5.
Biochem Pharmacol ; 109: 27-47, 2016 06 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27059255

RESUMO

The endoplasmic reticulum (ER) plays a major role in the synthesis, maturation and folding of proteins and is a critical calcium (Ca(2+)) reservoir. Cellular stresses lead to an overwhelming accumulation of misfolded proteins in the ER, leading to ER stress and the activation of the unfolded protein response (UPR). In the stressful tumor microenvironment, the UPR maintains ER homeostasis and enables tumor survival. Thus, a novel strategy for cancer therapeutics is to overcome chronically activated ER stress by triggering pro-apoptotic pathways of the UPR. Considering this, the mechanisms by which the novel anti-cancer agent, Dp44mT, can target the ER stress response pathways were investigated in multiple cell-types. Our results demonstrate that the cytotoxic chelator, Dp44mT, which forms redox-active metal complexes, significantly: (1) increased ER stress-associated pro-apoptotic signaling molecules (i.e., p-eIF2α, ATF4, CHOP); (2) increased IRE1α phosphorylation (p-IRE1α) and XBP1 mRNA splicing; (3) reduced expression of ER stress-associated cell survival signaling molecules (e.g., XBP1s and p58(IPK)); (4) increased cleavage of the transcription factor, ATF6, which enhances expression of its downstream targets (i.e., CHOP and BiP); and (5) increased phosphorylation of CaMKII that induces apoptosis. In contrast to Dp44mT, the iron chelator, DFO, which forms redox-inactive iron complexes, did not affect BiP, p-IRE1α, XBP1 or p58(IPK) levels. This study highlights the ability of a novel cancer therapeutic (i.e., Dp44mT) to target the pro-apoptotic functions of the UPR via cellular metal sequestration and redox stress. Assessment of ER stress-mediated apoptosis is fundamental to the understanding of the pharmacology of chelation for cancer treatment.


Assuntos
Fator 6 Ativador da Transcrição/genética , Antineoplásicos/farmacologia , Estresse do Retículo Endoplasmático/efeitos dos fármacos , Endorribonucleases/genética , Regulação Neoplásica da Expressão Gênica , Proteínas Serina-Treonina Quinases/genética , Tiossemicarbazonas/farmacologia , eIF-2 Quinase/genética , Fator 6 Ativador da Transcrição/agonistas , Fator 6 Ativador da Transcrição/metabolismo , Animais , Antineoplásicos/síntese química , Apoptose/efeitos dos fármacos , Proteína Quinase Tipo 2 Dependente de Cálcio-Calmodulina/genética , Proteína Quinase Tipo 2 Dependente de Cálcio-Calmodulina/metabolismo , Proteínas Quinases Dependentes de Cálcio-Calmodulina/genética , Proteínas Quinases Dependentes de Cálcio-Calmodulina/metabolismo , Linhagem Celular Tumoral , Desferroxamina/farmacologia , Retículo Endoplasmático/efeitos dos fármacos , Retículo Endoplasmático/metabolismo , Chaperona BiP do Retículo Endoplasmático , Estresse do Retículo Endoplasmático/genética , Endorribonucleases/metabolismo , Proteínas de Choque Térmico HSP40/genética , Proteínas de Choque Térmico HSP40/metabolismo , Proteínas de Choque Térmico/genética , Proteínas de Choque Térmico/metabolismo , Humanos , Quelantes de Ferro/síntese química , Quelantes de Ferro/farmacologia , Oxirredução , Fosforilação/efeitos dos fármacos , Proteínas Serina-Treonina Quinases/metabolismo , Transdução de Sinais , Tiossemicarbazonas/síntese química , Fator de Transcrição CHOP/genética , Fator de Transcrição CHOP/metabolismo , Proteína 1 de Ligação a X-Box/genética , Proteína 1 de Ligação a X-Box/metabolismo , eIF-2 Quinase/metabolismo
6.
J Biol Chem ; 290(32): 19844-52, 2015 Aug 07.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-26105053

RESUMO

Smooth muscle cells (SMCs) are a key component of healthy and tissue engineered vessels and play a crucial role in vascular development and the pathogenic events of vascular remodeling i.e. restenosis. However, the cell source from which they can be isolated is limited. Embryonic stem (ES) cells that have the remarkable capability to differentiate into vascular SMCs in response to specific stimuli provide a useful model for studying SMC differentiation. Previous studies suggested that dickkopf homolog 3 (DKK3) has a role in human partially induced pluripotent stem cell to SMC differentiation. Here, we demonstrate that the expression of DKK3 is essential for the expression of SMC markers and myocardin at both the mRNA and protein levels during mouse ES cell differentiation into SMCs (ESC-SMC differentiation). Overexpression of DKK3 leads to further up-regulation of the aforementioned markers. Further investigation indicates that DKK3 added as a cytokine activates activating transcription factor 6 (ATF6), leading to the increased binding of ATF6 on the myocardin promoter and increased its expression. In addition, inhibition of extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2) promotes the expression of ATF6 and leads to further increase of myocardin transcription. Our findings offer a novel mechanism by which DKK3 regulates ESC-SMC differentiation by activating ATF6 and promoting myocardin expression.


Assuntos
Fator 6 Ativador da Transcrição/metabolismo , Células-Tronco Embrionárias/metabolismo , Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intercelular/metabolismo , Miócitos de Músculo Liso/metabolismo , Proteínas Nucleares/metabolismo , RNA Mensageiro/metabolismo , Transativadores/metabolismo , Fator 6 Ativador da Transcrição/agonistas , Fator 6 Ativador da Transcrição/genética , Proteínas Adaptadoras de Transdução de Sinal , Animais , Sítios de Ligação , Diferenciação Celular/efeitos dos fármacos , Linhagem Celular , Linhagem da Célula/efeitos dos fármacos , Linhagem da Célula/genética , Embrião de Mamíferos , Células-Tronco Embrionárias/citologia , Células-Tronco Embrionárias/efeitos dos fármacos , Flavonoides/farmacologia , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento , Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intercelular/genética , Peptídeos e Proteínas de Sinalização Intercelular/farmacologia , Camundongos , Proteína Quinase 1 Ativada por Mitógeno/antagonistas & inibidores , Proteína Quinase 1 Ativada por Mitógeno/genética , Proteína Quinase 1 Ativada por Mitógeno/metabolismo , Proteína Quinase 3 Ativada por Mitógeno/antagonistas & inibidores , Proteína Quinase 3 Ativada por Mitógeno/genética , Proteína Quinase 3 Ativada por Mitógeno/metabolismo , Miócitos de Músculo Liso/citologia , Miócitos de Músculo Liso/efeitos dos fármacos , Proteínas Nucleares/agonistas , Proteínas Nucleares/química , Proteínas Nucleares/genética , Regiões Promotoras Genéticas , Ligação Proteica , Inibidores de Proteínas Quinases/farmacologia , RNA Mensageiro/genética , Transdução de Sinais , Transativadores/agonistas , Transativadores/química , Transativadores/genética
7.
Biochim Biophys Acta ; 1821(7): 954-63, 2012 Jul.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-22480542

RESUMO

Minimally modified low-density lipoprotein (mm-LDL) induces intimal foam cell formation, which is promoted by endoplasmic reticulum stress (ERS), a cross-point to link cellular processes with multiple risk factors that exist in all stages of atherosclerosis. However, it remains unclear whether mm-LDL-induced lipid accumulation in macrophages involves ERS and its underlying mechanisms. We showed that mm-LDL induced the accumulation of lipid droplets in RAW264.7 macrophages with increased free cholesterol in the endoplasmic reticulum, which was markedly attenuated by pretreatment with an antibody against toll-like receptor 4 (TLR4). Additionally, mm-LDL stimulated the transport of Cy3-labeled activating transcription factor 6 (ATF6), a key sensor to the unfolded protein response (UPR), from cytoplasm into nucleus. The expression of phosphorylated inositol-requiring enzyme 1 (p-IRE1), another sensor to the UPR, and its two downstream molecules, X box binding protein 1 and glucose-regulated protein 78 (GRP78), were significantly upregulated by mm-LDL. The alterations induced by mm-LDL were all significantly inhibited by antibodies against TLR4 or CD36. In addition, the upregulation of p-IRE1 and GRP78 and the nuclear translocation of ATF6 induced by mm-LDL were significantly attenuated by TLR4 siRNA. These results suggest that mm-LDL may induce free cholesterol accumulation in the endoplasmic reticulum and subsequently stimulate ERS and activate the UPR signaling pathway mediated by ATF6 and IRE1 in macrophages, a process that is potentially mediated by TLR4.


Assuntos
Estresse do Retículo Endoplasmático/fisiologia , Retículo Endoplasmático/metabolismo , Lipoproteínas LDL/fisiologia , Macrófagos/metabolismo , Receptor 4 Toll-Like/antagonistas & inibidores , Fator 6 Ativador da Transcrição/agonistas , Fator 6 Ativador da Transcrição/genética , Animais , Anticorpos/farmacologia , Linhagem Celular , Núcleo Celular/metabolismo , Colesterol/metabolismo , Citoplasma/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Endocitose , Retículo Endoplasmático/efeitos dos fármacos , Chaperona BiP do Retículo Endoplasmático , Regulação da Expressão Gênica , Proteínas de Choque Térmico/genética , Proteínas de Choque Térmico/metabolismo , Lipoproteínas LDL/farmacologia , Macrófagos/citologia , Macrófagos/efeitos dos fármacos , Proteínas de Membrana/genética , Proteínas de Membrana/metabolismo , Camundongos , Proteínas Serina-Treonina Quinases/genética , Proteínas Serina-Treonina Quinases/metabolismo , Transporte Proteico , Fatores de Transcrição de Fator Regulador X , Transdução de Sinais , Receptor 4 Toll-Like/genética , Receptor 4 Toll-Like/metabolismo , Fatores de Transcrição/genética , Fatores de Transcrição/metabolismo , Resposta a Proteínas não Dobradas/genética
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