ERK3/MAPK6 activates MAP kinase-activated protein kinase (MK)-5 in selected cell types. Male MK5 haplodeficient mice show reduced hypertrophy and attenuated increase in Col1a1 mRNA in response to increased cardiac afterload. In addition, MK5 deficiency impairs cardiac fibroblast function. This study determined the effect of reduced ERK3 on cardiac hypertrophy following transverse aortic constriction (TAC) and fibroblast biology in male mice. Three weeks post-surgery, ERK3, but not ERK4 or p38α, co-immunoprecipitated with MK5 from both sham and TAC heart lysates. The increase in left ventricular mass and myocyte diameter was lower in TAC-ERK3

ABSTRACT ERK3/MAPK6, an atypical MAPK, activates MAP kinase-activated protein kinase (MK)-5 in selected cell types. MK5 haplodeficient mice show reduced hypertrophy and attenuated increase in Col1a1 mRNA in response to increased cardiac afterload. In addition, MK5 deficiency alters cardiac fibroblast function. This study was to determine the effect of reduced ERK3 on cardiac hypertrophy following transverse aortic constriction (TAC) and fibroblast biology. Three wk post-surgery, ERK3, but not ERK4 or p38α, was co-immunoprecipitated with MK5 from both sham and TAC heart lysates. The increase in left ventricular mass and myocyte diameter was lower in TAC-ERK3 +/- than TAC-ERK3 +/+ hearts, whereas ERK3 haploinsufficiency did not alter systolic or diastolic function. Furthermore, the TAC-induced increase in Col1a1 mRNA abundance was diminished in ERK3 +/- hearts. ERK3 immunoreactivity was detected in atrial and ventricular fibroblasts but not myocytes. In both quiescent fibroblasts and ‘activated’ myofibroblasts isolated from adult mouse heart, siRNA-mediated knockdown of ERK3 reduced the TGF-β-induced increase in Col1a1 mRNA. In addition, intracellular type 1 collagen immunoreactivity was reduced following ERK3 depletion in quiescent fibroblasts but not myofibroblasts. Finally, knocking down ERK3 impaired motility in both atrial and ventricular myofibroblasts. These results suggest that ERK3 plays an important role in multiple aspects of cardiac fibroblast biology.

Abstract MAP kinase-activated protein kinase-5 (MK5) plays an important role in cardiac fibroblast function. Although p38 MAPK and atypical MAPKs and ERK3 and ERK4 have been identified as activators of MK5, the kinases that activate MK5 remain controversial. Here we examined the expression, subcellular distribution, and regulation of MK5 in cardiac ventricular myofibroblasts and myocytes. The copy numbers for MK5 and ERK4 mRNA were comparable in myocytes and myofibroblasts, whereas that of ERK3 was much higher in myofibroblasts. Interestingly, MK5 and ERK3 immunoreactivity was detected in myofibroblasts but not myocytes whereas ERK4 immunoreactivity was detected in myocytes: treating in myocytes with a proteasome inhibitor or hypertrophic agonists failed to rescue MK5 immunoreactivity. In myofibroblasts, MK5 and ERK3 immunoreactivity was predominantly nuclear and cytosolic, respectively. In serum-starved cardiac myofibroblasts, phosphothreonine-182 MK5 (pT182-MK5) immunoreactivity was predominantly nuclear but increased in intensity and relocated to the cytoplasm in response to serum, sorbitol, angiotensin II, TGFβ, or H 2 O 2 and this was prevented by inhibition of p38 α / β . Phos-tag SDS-PAGE revealed multiple slower migrating bands of MK5 immunoreactivity, indicating phosphorylation of MK5 at multiple sites. Phos-tag PAGE also revealed MK5 phosphorylation was increased with fibroblast activation and in hearts exposed to a chronic increase in afterload. MK5 and ERK3 co-immunoprecipitated and proximity ligation assays revealed ERK3 and MK5 in close proximity in myofibroblast cytoplasmic compartment. Furthermore, p38 α / β inhibition decreased the abundance of MK5 immunoreactivity in ERK3 immunoprecipitates. Finally, deleting MK5 did not reduce the abundance of ERK3 immunoreactivity. These observations suggest that p38 α and/or p38 β are the primary mediators of T182-MK5 phosphorylation and hence MK5 activation in cardiac myofibroblasts.

Elevated reactive oxygen species (ROS) production plays an important role in the pathogenesis of several diseases, including cardiac hypertrophy. While the regulation of diverse sources of ROS is well characterized in the heart, the redox-sensitive targets that contribute to redox signaling remain largely undefined. We now report that protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) is reversibly oxidized and inactivated in hearts undergoing hypertrophy and that gene deletion of PTP1B in mouse hearts cause an hypertrophic phenotype that is critically exacerbated in mice subjected to pressure overload. Furthermore, we show that PTP1B dephosphorylates Tyr393 on argonaute 2, a key component of the RNA-induced silencing complex, and sustains gene silencing in the heart. Our results indicate that PTP1B inactivation and argonaute 2 Tyr393 phosphorylation specifically prevents argonaute 2 from interacting with miR-208b. Phosphorylation and inactivation of argonaute 2 in PTP1B cKO mice revealed a mechanism by which defective miR-208b-mediated repression of thyroid hormone receptor-associated protein 1 (THRAP1/MED13) contributes to thyroid hormone-mediated cardiac hypertrophy. In support of this conclusion, inhibiting the synthesis of triiodothyronine (T3), using propylthiouracil, rescued TAC-induced hypertrophy and improved myocardial contractility and systolic function in PTP1B cKO mice. Together, our data illustrate that PTP1B activity exerts a cardioprotective effect in the heart and that redox signaling is tightly linked to thyroid hormone responsiveness and to microRNA-mediated gene silencing in pathological hypertrophy.

Abstract Background: Altering the onset, intensity, or duration of inflammation can impact the recovering heart’s structure and function following myocardial infarction (MI). Substrates of MAP kinase-activated protein kinase 2 (MK2) include proteins that regulate the stability of AU-rich transcripts, including those of several pro-inflammatory cytokines. This study was to determine if MK2-deficiency impaired the inflammatory phase of post-MI wound repair. Methods and Results: Myocardial infarctions were induced by permanent ligation of the left anterior descending coronary artery in 12-week-old male MK2 +/+ and MK2 -/- littermate mice. Five days post-MI, survival was 100% in MI-MK2 -/- (n = 20) and 79% in MI-MK2 +/+ mice (n = 29; Mandel-Cox test: P < 0.05). Area at risk and infarct size were similar. Echocardiographic imaging revealed that both systolic and diastolic LV diameters were greater in MI-MK2 +/+ than MI-MK2 -/- mice. MK2-deficiency did not affect the increase in wall motion score index. Infiltration of neutrophils or monocytes did not differ significantly. Cytokine and chemokine transcripts were quantified in infarcted and non-infarcted LV tissue using qPCR arrays (QIAGEN). Three days post-MI, Ifna2 was increased and Il16 was decreased in infarcted tissue from MK2 -/- hearts, compared with infarcted MK2 +/+ tissue, whereas in the non-infarcted MK2 -/- myocardium Il27 increased and Tnfsf11 , Ccl3 , and Il1rn were decreased. Five days post-MI, Ctf16 and Il10 increased in infarcted MK2 -/- tissue whereas in the non-infarcted MK2 -/- myocardium Ccl9, Nodal, and Xcl2 increased and Il15 decreased. Conclusions: The findings of this study suggest MK2-deficiency is an advantage during the inflammatory phase of cardiac wound repair post-MI. Clinical Perspective What is new? -The effects of MAP kinase-activated protein kinase 2 (MK2) deficiency on survival, cardiac structure and function, and the inflammatory phase of wound healing following myocardial infarction were assessed using a constitutive, pan MK2-null mouse model. -MK2-deficiency reduced mortality but did not alter area at risk or infarct size post-myocardial infarction. Inflammatory cell infiltration was also unaffected. -MK2-deficiency altered the abundance of several cytokines (increased, decreased) in infarcted and non-infarcted myocardium post-MI. What are the clinical implications? -The initial phase of wound repair post-MI involves inflammation. -The risk of damage to the myocardium and mortality may be reduced by inhibition of MK2 activity during the inflammatory phase of wound healing post-MI.