La famille de protéines Akt

Changes leading to the hyperactivation of the protein kinase Akt are observed in almost 50% of all human tumors. Understanding Akt's regulatory mechanisms is therefore essential for developing and improving cancer therapies. Researchers from the Max F. Perutz Laboratories, a joint venture of the University of Vienna and Medical University of Vienna, propose a completely new model of Akt regulation, limiting its activity to discrete locations within the cell -- cellular membranes. The results are published in the journal Molecular Cell.

Human cancers can arise due to many different factors, both from outside the organism or inside the cell itself. One protein that is oftentimes found to be affected by these factors and involved in the majority of cancers, is called Akt/Protein Kinase B.

Akt plays a central role in cellular processes involving growth, survival, and proliferation in response to external stimuli.

The overactivation -- or hyperactivation -- of Akt is one of the most frequent changes in human cancer, and is observed in about 50% of tumors, helping cells to grow and divide uncontrollably. Its pivotal role in contributing to the delicate balance between the normal cellular functions and tumor formation makes Akt a primary subject of in-depth studies, as the understanding of how its activity is regulated can help lay the first brick in the development and improvement of cancer therapies.

Once activated, Akt in turn activates its targets inside the cell via the addition of a phosphate -- a process called phosphorylation. To avoid hyperactivation, as observed in many cancer cells, the activity of Akt inside the cell needs to be tightly controlled and remain proportional to the external signals -- similar to a car's gas pedal. Here, the outcome (speed) has to be proportional to the external input (the foot applying pressure on the pedal).

The teams of Thomas Leonard and Ivan Yudushkin investigated the mechanisms ensuring that Akt does not go into overdrive.

"In our study, we have discovered that Akt is only active while bound to a small molecule on cell membranes called PIP3. Engagement of PIP3 allows Akt to bind and phosphorylate its targets and also protects Akt from being deactivated by other proteins in the cell, called phosphatases," co-first author Iva Lučić explains. "Conversely, when Akt is not bound to PIP3, it remains inactive."

The levels of PIP3 therefore act as a gatekeeper to Akt's activity, being the pressure on the gas pedal in the aforementioned analogy.

In addition to its proportional activation, Akt activity must also be locally confined, as an activated Akt phosphorylating targets indiscriminately would be detrimental to the cell's health -- just as a car speeding off without the driver behind the wheel is likely to cause an accident.

The researchers were able to demonstrate, for the first time, that active Akt is confined to cellular membranes. When "floating" freely inside the cell, Akt is inactivated and unable to phosphorylate any targets. Co-first author Michael Ebner further explains: "When looking in cells, we found that active Akt is essentially a membrane-bound molecule. This means that while it is not bound to PIP3, Akt is shut off in two ways: firstly, when it falls off the membrane, it adopts a structure that prevents it from binding its targets. Secondly, Akt is inactivated by phosphatases, acting as efficient brakes on Akt activity. Strikingly, both mechanisms are compromised by a cancer mutation, which puts Akt into overdrive and makes it active throughout the cell independent of PIP3. Such unrestricted activity of Akt uncouples survival, growth and division of cells from growth factor signals, which can ultimately result in tumor formation"

These results were corroborated by experiments both in test tubes and inside live cells.

As a next step, the researchers intend to dig deeper and answer more questions about Akt's activation on an atomic level. Additionally, they will address the question of how this newly discovered activation mechanism allows Akt to select its specific targets inside a cell.

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Des modifications conduisant à l'hyperactivation de la protéine kinase Akt sont observées dans près de 50% de toutes les tumeurs humaines. La compréhension des mécanismes de régulation d'Akt est donc essentielle pour développer et améliorer les traitements contre le cancer.

Des chercheurs des Laboratoires Max F. Perutz, coentreprise de l 'Université de Vienne et de l' Université médicale de Vienne, proposent un modèle complètement nouveau de la régulation de l 'Akt, limitant son activité à des emplacements discrets dans les membranes cellulaires. Les résultats sont publiés dans la revue Molecular Cell.

Les cancers humains peuvent survenir en raison de nombreux facteurs différents, à la fois de l'extérieur de l'organisme ou à l'intérieur de la cellule elle-même. Une protéine qui est souvent trouvée pour être affectée par ces facteurs et impliqués dans la majorité des cancers, est appelée Akt / protéine kinase B.

Akt joue un rôle central dans les processus cellulaires impliquant la croissance, la survie et la prolifération en réponse à des stimuli externes.

La suractivation - ou hyperactivation - de l'Akt est l'un des changements les plus fréquents dans le cancer humain, et est observée dans environ 50% des tumeurs, aidant les cellules à se développer et à se diviser de façon incontrôlable. Son rôle essentiel dans la contribution à l'équilibre délicat entre les fonctions cellulaires normales et la formation de tumeur fait d'Akt un sujet primaire d'études approfondies, comme la compréhension de la façon dont son activité est réglementée peut aider à mettre la première brique dans le développement et l'amélioration des thérapies du cancer.

Une fois activé, Akt à son tour active ses cibles à l'intérieur de la cellule par l'ajout d'un phosphate - un processus appelé phosphorylation. Pour éviter l'hyperactivation, comme cela est observé dans de nombreuses cellules cancéreuses, l'activité d'Akt à l'intérieur de la cellule doit être étroitement contrôlée et rester proportionnelle aux signaux externes - semblable à la pédale de gaz d'une voiture. Ici, le résultat (vitesse) doit être proportionnel à l'entrée externe (le pied exerçant une pression sur la pédale).

Les équipes de Thomas Leonard et Ivan Yudushkin ont étudié les mécanismes assurant qu'Akt n'entraîne pas un surmenage.

"Dans notre étude, nous avons découvert que Akt est seulement actif lorsque lié à une petite molécule sur les membranes cellulaires appelées PIP3 L'engagement de PIP3 permet à Akt de se lier et de phosphoryler ses cibles et protège également Akt d'être désactivé par d'autres protéines dans la cellule, Appelé "phosphatases", explique le co-premier auteur Iva Lučić. "Inversement, quand Akt n'est pas lié à PIP3, il reste inactif."

Les niveaux de PIP3 agissent donc comme un portier à l'activité d'Akt, étant la pression sur la pédale de gaz dans l'analogie susmentionnée.

En plus de son activation proportionnelle, l'activité d'Akt doit également être confinée localement, car une Akt activée phosphorylant des cibles indistinctement serait préjudiciable à la santé de la cellule - tout comme une voiture qui dépasse sans le conducteur derrière le volant est susceptible de causer un accident.

Les chercheurs ont pu démontrer, pour la première fois, que l'Akt active est confinée aux membranes cellulaires. Lorsqu'il "flotte" librement à l'intérieur de la cellule, Akt est inactivé et incapable de phosphoryler des cibles. Le premier auteur, Michael Ebner, explique: «Lorsque l'on regarde dans les cellules, on constate que l'Akt active est essentiellement une molécule liée à la membrane, ce qui signifie que, même si elle n'est pas liée au PIP3, Akt est fermée de deux façons: Quand il tombe de la membrane, il adopte alors une structure qui l'empêche de se lier avec ses cibles ou quand il est inactivé par les phosphatases, agissant sur lui comme des freins efficaces sur son activité.

Chose frappante, les deux mécanismes sont compromis par une mutation du cancer, ce qui met Akt en surmultiplication et la rend active dans toute la cellule indépendante de PIP 3. Une telle activité illimitée d'Akt découple la survie, la croissance et la division des cellules à partir des signaux du facteur de croissance, ce qui peut finalement aboutir à la formation de tumeurs "

Ces résultats ont été corroborés par des expériences tant dans des tubes à essai que dans des cellules vivantes.

Comme prochaine étape, les chercheurs ont l'intention de creuser plus profond et de répondre à plus de questions sur l'activation d'Akt au niveau atomique. En outre, ils aborderont la question de savoir comment ce mécanisme d'activation nouvellement découvert permet à Akt de sélectionner ses cibles spécifiques à l'intérieur d'une cellule.

Scientists from the University of Southampton have discovered an important way that the immune system can learn to recognize and fight cancers.

The team, led by Professor Aymen Al-Shamkhani and funded by Cancer Research UK, has shown that a protein called Akt, is vital for the way the body remembers a cancer it has eradicated.

The body's immune system includes cytotoxic T cells, which actively seek out and destroy infections or cancers. When they have dealt with the danger, the majority of T cells die, but the remaining ones turn into memory cells, which can recognize the threat if it comes back. However, how this actually works has previously not been clear.

The Southampton team has found that a protein called Akt has a big effect on the number and type of memory T cells that a danger signal can generate.

The study, published in Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, shows that Akt is critical for survival of T cells when they turn into memory cells and for how these can then react to future threats.

Professor Al-Shamkhani, a Professor of Immunology at the University of Southampton, says that: "If we can harness Akt to boost the memory cells in numbers and ability we could offer more protection against cancer."

He added: "Immunotherapy has shown great promise as a new type of treatment for cancer, but we need to find ways to improve the body's immune memory for cancer cells. If we can get the body's immune system to recognise cancers faster and better, that will be a big help in finding more effective treatments."

Dr Justine Alford, senior science information officer at Cancer Research UK, says: "By revealing more about how the immune system learns to recognize and attack cancers, this laboratory study may have identified a way to make immunotherapy more effective and longer-lasting. The next step will be to see if this approach works, and is safe for patients."

Over the past 40 years the University of Southampton has made a number of advances in cancer immunology and immunotherapy research, with a reputation for its 'bench to bedside' results. This year, the University will open The Centre for Cancer Immunology. It is the first of its kind in the UK and will bring world leading cancer scientists under one roof and enable interdisciplinary teams to expand clinical trials and develop lifesaving drugs.

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Les scientifiques de l'Université de Southampton ont découvert un moyen important que le système immunitaire peut apprendre à reconnaître et combattre les cancers.

L'équipe, dirigée par le professeur Aymen Al-Shamkhani et financée par Cancer Research UK, a montré qu'une protéine appelée Akt, est vitale pour la façon dont le corps se souvient d'un cancer qu'il a éradiqué.

Le système immunitaire de l'organisme comprend des lymphocytes T cytotoxiques, qui recherchent et détruisent activement les infections ou les cancers. Quand elles ont fait face au danger, la majorité des cellules T meurent, mais les autres se transforment en cellules de mémoire, qui peuvent reconnaître la menace si elle revient. Cependant, comment cela fonctionne réellement auparavant n'était pas clair.

L'équipe de Southampton a découvert qu'une protéine appelée Akt a un grand effet sur le nombre et le type de cellules T de mémoire qu'un signal de danger peut générer.

L'étude, publiée dans Proceedings de l'Académie nationale des sciences des Etats-Unis, montre que Akt est critique pour la survie des cellules T quand elles se transforment en cellules de mémoire et comment elles peuvent alors réagir aux menaces futures.

Professeur Al-Shamkhani, professeur d'immunologie à l'Université de Southampton, dit: "Si nous pouvons exploiter Akt pour stimuler le nombre et la capacité des cellules de mémoire, nous pourrions offrir plus de protection contre le cancer."

Il a ajouté: «L'immunothérapie a montré une grande promesse comme un nouveau type de traitement pour le cancer, mais nous devons trouver des moyens d'améliorer la mémoire immunitaire de l'organisme pour les cellules cancéreuses.Si nous pouvons obtenir que le système immunitaire du corps reconnaissent les cancers plus vite et mieux, ce sera d'une grande aide pour trouver des traitements plus efficaces. "

«En révélant davantage sur la façon dont le système immunitaire apprend à reconnaître et à combattre les cancers, cette étude de laboratoire a peut-être identifié un moyen de rendre l'immunothérapie plus efficace et plus durable», a déclaré Justine Alford, responsable de l'information scientifique de Cancer Research UK. Prochaine étape sera de voir si cette approche fonctionne, et est sans danger pour les patients. "

Au cours des 40 dernières années, l'Université de Southampton a fait un certain nombre de progrès dans le domaine de l'immunologie du cancer et de la recherche en immunothérapie, avec une réputation pour ses résultats de «banc d'essais à chevet du malade». Cette année, l'Université ouvrira Le Center for Cancer Immunology. Il est le premier de ce genre au Royaume-Uni et mettra les principaux scientifiques du monde du cancer sous un même toit et permettra aux équipes interdisciplinaires d'élargir les essais cliniques et de développer des médicaments de sauvetage.

One of the many reasons tumors are so difficult to treat is that they are able to adapt whenever they are exposed to unfavorable conditions. Hypoxia, or a lack of oxygen, is one example of a phenomenon that should weaken the tumor, but instead, the malignant cells are able to compensate and drive more aggressive disease behavior.

Now, scientists at The Wistar Institute have identified a novel mechanism that selectively operates in hypoxic tumors to enable tumor cells to thrive and continue to proliferate despite a low oxygen environment. Dario C. Altieri, M.D., Wistar's President and CEO and lead author of the study, and colleagues showed how the activation of this pathway leads to an unfavorable prognosis for patients with gliomas -- a type of brain tumor -- and how the pathway could be a valuable therapeutic target in cancer. The findings were published in the journal Cancer Cell.

"Hypoxia is a nearly universal hallmark of aggressive tumor growth, and up until now, we really haven't been able to home in on a pathway responsible for this behavior," said Altieri, who is also director of The Wistar Institute Cancer Center and the Robert & Penny Fox Distinguished Professor. "Our study pinpoints a novel way in which tumor cells not only survive but actually continue to divide in spite of a low oxygen environment. In essence, this provides a much-needed answer for exactly how tumor cells are able to get the energy they need to persist when faced with unfavorable conditions."

Mitochondria, known as the "powerhouse" of cells because of their role in energy production, are the main source of hypoxia-induced reprogramming in tumors. The Altieri lab showed that the protein Akt, which plays a key role in cell signaling and metabolism, accumulates in mitochondria during hypoxia. When this happens, the protein PDK1 is phosphorylated at a unique site, and a complex responsible for cellular respiration is shut down. The pathway then uses the tumor's metabolism to break down glucose and use its energy to reduce cell death and maintain proliferation.

The mitochondrial signaling between Akt and PDK1 was analyzed in a cohort of 116 patients with gliomas. The activation of this signaling pathway progressively increased in different types of gliomas, with the highest activity seen in patients with glioblastoma, a particularly difficult-to-treat form of brain cancer that represents approximately 15 percent of all brain tumors.

"We are excited about our results because there are drugs that exist that specifically target Akt in cancer. These drugs have produced limited clinical responses to date, but we believe with further investigation that we may be able to repurpose these drugs as a viable approach to impair a tumor's ability to adapt to hypoxia," said Young Chan Chae, Ph.D., an associate staff scientist in the Altieri lab and first author of the study.


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Une des nombreuses raisons pour lesquelles les tumeurs sont si difficiles à traiter c'est qu'elles sont en mesure de s'adapter à chaque fois qu'elles sont exposées à des conditions défavorables. L'hypoxie, ou un manque d'oxygène, est un exemple d'un phénomène qui devrait affaiblir la tumeur, mais au contraire, les cellules malignes sont capables de compenser et de rendre le comportement de la maladie plus agressive.

Maintenant, les scientifiques de l'institut Wistar ont identifié un nouveau mécanisme qui fonctionne sélectivement dans les tumeurs hypoxiques pour permettre aux cellules tumorales de prospérer et de continuer à proliférer en dépit d'un environnement pauvre en oxygène. Dario C. Altieri, MD, président et chef de la direction et auteur principal de l'étude de Wistar, et ses collègues ont montré comment l'activation de cette voie conduit à un pronostic défavorable pour les patients atteints de gliomes - un type de tumeur cérébrale - et comment la filière pouvait être une cible thérapeutique utile dans le cancer. Les résultats ont été publiés dans la revue Cancer Cell.

"L'hypoxie est une caractéristique quasi universelle de la croissance de la tumeur agressive, et jusqu'à présent, nous avons vraiment pas été en mesure d'identifier un chemin responsable de ce comportement», a déclaré Altieri, qui est également directeur du Centre du cancer Wistar Institute et le distingué professeur Robert & Penny Fox. «Notre étude met en évidence une nouvelle façon dont les cellules tumorales non seulement survivre mais en réalité continuent de se diviser en dépit d'un environnement pauvre en oxygène. En substance, cela apporte une réponse bien nécessaire pour savoir exactement comment les cellules tumorales sont capables d'obtenir l'énergie dont elles ont besoin pour persister face à des conditions défavorables ".

Les mitochondries, connu sous le nom "centre d'énergie" des cellules en raison de leur rôle dans la production d'énergie, sont la principale source de reprogrammation induite par l'hypoxie dans les tumeurs. Le laboratoire Altieri a montré que la protéine Akt, qui joue un rôle clé dans la signalisation cellulaire et le métabolisme, s'accumule dans les mitochondries pendant l'hypoxie. Lorsque cela se produit, la protéine PDK1 est phosphorylée sur un site unique, et un complexe responsable pour la respiration cellulaire est arrêté. La voie utilise ensuite le métabolisme de la tumeur pour briser le glucose et utiliser son énergie pour éviter la mort cellulaire et  maintenir la prolifération.

La signalisation mitochondriale entre Akt et PDK1 a été analysé dans une cohorte de 116 patients atteints de gliomes. L'activation de cette voie de signalisation augmente progressivement dans différents types de gliomes, avec l'activité la plus élevée observée chez les patients atteints de glioblastome, une forme particulièrement difficile à traiter le cancer du qui représente environ 15 pour cent de toutes les tumeurs cérébrales.

"Nous sommes ravis de nos résultats, car il existe des médicaments qui existent qui ciblent spécifiquement Akt dans le cancer. Ces médicaments ont produit des réponses cliniques limitées à ce jour, mais nous croyons avec une enquête plus approfondie que nous pourrions être en mesure de réutiliser ces médicaments comme une approche viable pour altérer la capacité d'une tumeur à adapter à l'hypoxie ", a déclaré M. Young Chan Chae, Ph.D., un scientifique du personnel associé dans le laboratoire Altieri et premier auteur de l'étude.

Study identifies 1 of the mechanisms behind breast cancer metastasis


Known as palladin, the 'architectural' protein helps regulate cell motility and migration


BOSTON – Several years ago, scientists at Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) and other laboratories made a paradoxical discovery regarding the Akt molecular pathway, a popular target for cancer drug therapies. They discovered that while one Akt protein – Akt1 – was actively preventing cancer cells from spreading, another closely related family member – Akt2 – was actually promoting breast cancer cell migration. And, indeed, subsequent studies in mouse models of breast cancer revealed that blocking the Akt pathway resulted in enhanced metastasis to the lungs.

This left scientists and clinicians faced with a troubling situation: Would the drugs actively being developed to inhibit Akt activity and halt breast cancer survival mechanisms be simultaneously enhancing cancer cells' abilities to metastasize to other organs?

Now, BIDMC scientists Alex Toker, PhD, and Rebecca Chin, PhD, have identified the first direct Akt1 target, a protein called palladin, providing an explanation for how Akt1 can function as a suppressor of breast cancer invasion and metastasis. This new finding, reported in the May 14, 2010 issue of the journal Molecular Cell, reveals another key piece of information as scientists continue their development of targeted cancer therapies, and underscores the importance of dissecting the precise mechanisms by which tumor cells invade and metastasize to distant organs.

Maintenant les scientifiques ont identifié la première cible direct de Akt1, une protéine appellé palladin, ce qui fournit une explication comment Akt1 fonctionne comme un suppresseur de tumeur.

"In 2005, after our lab had made the discovery that Akt was acting as something of a double agent, we wanted to delve into the mechanism that was accounting for opposing functions of these proteins during breast cancer progression," explains Toker, an Associate Professor of Pathology at BIDMC and Harvard Medical School (HMS). "We reasoned that identifying the specific molecular mechanisms by which Akt proteins either inhibit or promote cancer invasion and metastasis would be instrumental for developing more efficient targeted breast cancer therapies."

As with many proteins in cancerous cells, Akt actually exists as a "family" of related proteins, consisting of Akt1, Akt2 and Akt3, explains Chin, an Instructor of Pathology at BIDMC and HMS. "In breast cancer, Akt1 and Ak2 are found, and are frequently hyperactivated due to genetic mutations in the pathway. But we now know that the two family members have opposing functions such that Akt1 inhibits, while Akt2 enhances invasion into the local tumor stroma, leading to metastasis."

Comme pour beaucoup de protéines dans les cellules cancéreuses, Akt existe comme une famille de protéines, il existe Akt1, akt2, akt3 Dans le cancer du Akt1 et Akt2 sont souvent surexprimé due à des mutations génétiques. mais nous savons maintenant que Akt1 et Akt2 ont des fonctions différentes Akt2 inhibe alors que Akt2 augmente la capacité de la cellule d'envahir ce qui conduit à la métastase.

To identify novel downstream targets of Akt proteins in breast cancer, the scientists used a discovery-based proteomics approach, coupled with analyses of breast cancer cell lines derived from patients with aggressive metastatic disease. This widely used approach led the authors to identify palladin, a protein known to regulate cell motility and named after the Italian Renaissance architect Andrea Palladio and the Palladian style of architecture.

"Palladin's normal function is to inhibit cell migration and keep cells in place," explains Toker. "By organizing the cellular cytoskeleton at the molecular level, palladin maintains the architecture of the cell in a highly organized manner." But, he adds, because Akt1 regulates palladin in an exclusive manner (by blocking cell motility) when palladin is lost, cells become disorganized, leading to a marked increase in cell migration. "It is believed that the end result is enhanced metastasis, a hypothesis that our lab is continuing to investigate using mouse models of disease progression," notes Toker.

La fonction normale de palladin est d'inhiber la migration de la cellule et de la garder en place.

Since the mid-1990s, scientists have known that there exist more than 100 targets of Akt proteins. "But among all of these, only a handful have been shown to be specific to either Akt1 or Akt2," adds Toker. "Our discovery really is the first example of this type of specific mechanism in the Akt pathway, and understanding specific targets is of enormous importance for pharmacological purposes."

Depuis le millieu des années 1990, les scientifiques savent qu'il existe plus de 100 cibles dans les protéines AKt, mais parmi toutes celles-là seulement unepoignée ont démontré qu'elles sont spécifiques à Akt1 ou Akt2. Notre découverte est le premier exemple de ce type de mécanisme dans le chemin cellulaire Akt et comprendre les cibles spécifiques est d'une énorme importance pour les besoins de la pharmacologie.

PHILADELPHIA, April 10 (UPI)

Les scientifiques américains ont découvert une protéine qui est importante dans le fait que le cancer du se répande et donc ils ont trouvé une cible pour un médicament à inventer.

Ils ont modifié (inventé, planifié) une souris avec un manque de protéine Akt1, qui joue un rôle en gardant les cellules vivantes en interférant avec le programme de mort cellulaire. Le cancer du sein et les autres cancers font une surabondance de cette protéine et l'on pense que cela peut affecter la survivance du cancer du sein et des autres cancers.

Pour tester cette hypothèse, les scientifiques ont croisé des souris manquant de la protéine Akt1 avec des souris qui surexprimaient l'oncogène HeR2-neu qui est présent dans environ 25% des cancers du sein. Ils ont alors examiné le rôle de AKt1 dans la mise en place et la progression de la maladie dans cette nouvelle souche de souris.

Ils ont trouvé que les souris qui manquainet de Akt1 avaient rarement des tumeurs. Les souris qui avaient seulement une copie de Akt1 developpaient quelques tumeurs qui étaient petites et qui se développaient lentement. Les souris avec deux copies de Akt1 développaient rapidement un cancer grave.  

Cette découverte est rapporté sur le web dans le journal du " National Academy of sciences.