Abstract

 The C-terminal CAAX motif of ras proteins undergoes a triplet of posttranslational modifications that are required for membrane association. The CAAX motif lies immediately C-terminal to the hypervariable domain, a region of 20 amino acids that distinguishes the ras proteins from each other. The hypervariable domains of p21^H-ras, p21^N-ras, and p21^K-ras(A) contain sites for palmitoylation, which we now show must combine with the CAAX motif to target specific plasma membrane localization. Within the hypervariable domain of p21^K-ras(B), which is not paimitoylated, we have identified a novel plasma membrane targeting signal consisting of a polybasic domain that also acts in combination with the CAAX motif. One function of the hypervariable domains of p21^ras is therefore to provide different signals for plasma membrane localization.

Tumor cells exhibit two different modes of individual cell movement. Mesenchymal-type movement is characterized by an elongated cellular morphology and requires extracellular proteolysis. In amoeboid movement, cells have a rounded morphology, are less dependent on proteases, and require high Rho-kinase signaling to drive elevated levels of actomyosin contractility. These two modes of cell movement are interconvertible. We show that mesenchymal-type movement in melanoma cells is driven by activation of the GTPase Rac through a complex containing NEDD9, a recently identified melanoma metastasis gene, and DOCK3, a Rac guanine nucleotide exchange factor. Rac signals through WAVE2 to direct mesenchymal movement and suppress amoeboid movement through decreasing actomyosin contractility. Conversely, in amoeboid movement, Rho-kinase signaling activates a Rac GAP, ARHGAP22, that suppresses mesenchymal movement by inactivating Rac. We demonstrate tight interplay between Rho and Rac in determining different modes of tumor cell movement, revealing how tumor cells switch between different modes of movement.

Stimulation of PC12 cells with nerve growth factor (NGF) increased mitogen-activated protein kinase kinase (MAPKK) activity > 20-fold after 5 min to a level that was largely sustained for at least 90 min. MAPKK activity was stimulated to a similar level by epidermal growth factor (EGF), but peaked at 2 min, declining thereafter and returning to basal levels after 60-90 min. Activation of MAPKK by either growth factor occurred prior to the activation of MAP kinase, consistent with MAPKK being the physiological activator of MAP kinase. The results demonstrate that the transient activation of MAPKK by EGF and its sustained activation by NGF underlies the transient and sustained activation of MAP kinase induced by EGF and NGF respectively. NGF or EGF induced the same two forms of MAPKK that were resolved on a Mono Q column. The Peak-1 MAPKK was activated initially and partially converted into the more acidic peak-2 MAPKK after prolonged growth-factor stimulation. The Peak-2 MAPKK was 20-fold more sensitive to inactivation by the catalytic subunit of protein phosphatase 2A. Stimulation with NGF caused a striking translocation of MAP kinase from the cytosol to the nucleus after 30 min, but not nuclear translocation of MAP kinase occurred after stimulation with EGF. The results suggest that sustained activation of the MAP kinase cascade may be required for MAP kinase to enter the nucleus, where it may initiate the gene transcription events required for neuronal differentiation of PC12 cells.

Research Article1 December 1991free access A CAAX or a CAAL motif and a second signal are sufficient for plasma membrane targeting of ras proteins. J.F. Hancock J.F. Hancock Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author K. Cadwallader K. Cadwallader Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author H. Paterson H. Paterson Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author C.J. Marshall C.J. Marshall Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author J.F. Hancock J.F. Hancock Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author K. Cadwallader K. Cadwallader Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author H. Paterson H. Paterson Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author C.J. Marshall C.J. Marshall Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. Search for more papers by this author Author Information J.F. Hancock1, K. Cadwallader1, H. Paterson1 and C.J. Marshall1 1Department of Haematology, Royal Free Hospital, London, UK. The EMBO Journal (1991)10:4033-4039https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1991.tb04979.x PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info Mutational analysis of p21ras has shown that plasma membrane targeting requires the combination of a CAAX motif with a polybasic domain of six lysine residues or a nearby palmitoylation site. However, it is not known from these studies whether these signals alone target p21ras to the plasma membrane. We now show that these C-terminal sequences are sufficient to target a heterologous cytosolic protein to the plasma membrane. Interestingly, the key feature of the p21K-ras(B) polybasic domain appears to be a positive charge, since a polyarginine domain can function as a plasma membrane targeting motif in conjunction with the CAAX box and p21K-ras(B) with the polylysine domain replaced by arginines is biologically active. Since some ras-related proteins are modified by geranylgeranyl rather than farnesyl we have investigated whether modification of p21ras with geranylgeranyl affects its subcellular localization. Geranylgeranyl can substitute for farnesyl in combining with a polybasic domain to target p21K-ras(B) to the plasma membrane, but such geranylgeranylated proteins are more tightly bound to the membrane. This increased avidity of binding is presumably due to the extra length of the geranylgeranyl alkyl chain. Previous ArticleNext Article Volume 10Issue 131 December 1991In this issue RelatedDetailsLoading ...

Background Mitogen-activated protein (MAP) kinase is the central component of a signal transduction pathway that is activated by growth factors interacting with receptors that have protein tyrosine kinase activity. The stimulation of PC12 phaeochromocytoma cells with nerve growth factor leads to the sustained activation and nuclear translocation of the p42 and p44 isoforms of MAP kinase and induces the differentiation of these chromaffin cells to a sympathetic-neuron-like phenotype. In contrast, stimulation with epidermal growth factor induces a transient activation of p42 and p44 MAP kinases without pronounced nuclear translocation and does not trigger cell differentiation. We have examined whether the differential activation of MAP kinases forms the basis of the differential response of the cells to the two factors. Results By overexpressing either wild-type or mutant receptors for epidermal growth factor in PC12 cells, we found that p42 and p44 MAP kinase activity remains elevated for longer in cells that overexpress receptors than in untransfected cells. Epidermal growth factor promotes both a striking nuclear translocation of p42 MAP kinase and the differentiation of the overexpressing cells. Conclusion Our results strongly suggest that the distinct effects of nerve growth factor and epidermal growth factor on PC12 cell differentiation can be explained by differences in the extent and duration of activation of p42 and p44 MAP kinases in response to the two factors, without invoking a signal transduction pathway specific to nerve growth factor.

Receptor tyrosine kinase-mediated activation of the Raf-1 protein kinase is coupled to the small guanosine triphosphate (GTP)-binding protein Ras. By contrast, protein kinase C (PKC)-mediated activation of Raf-1 is thought to be Ras independent. Nevertheless, stimulation of PKC in COS cells led to activation of Ras and formation of Ras-Raf-1 complexes containing active Raf-1. Raf-1 mutations that prevent its association with Ras blocked activation of Raf-1 by PKC. However, the activation of Raf-1 by PKC was not blocked by dominant negative Ras, indicating that PKC activates Ras by a mechanism distinct from that initiated by activation of receptor tyrosine kinases.

The protein kinase B-RAF is mutated in approximately 7% of human cancers. Most mutations are activating, but, surprisingly, a small number have reduced kinase activity. However, the latter can still stimulate cellular signaling through the MEK-ERK pathway because they activate the related family member C-RAF. We examine the mechanism underlying C-RAF activation by B-RAF. We show that C-RAF is activated in the cytosol in a RAS-independent manner that requires activation segment phosphorylation and binding of 14-3-3 to C-RAF. We show that wild-type B-RAF forms a complex with C-RAF in a RAS-dependent manner, whereas the mutants bind independently of RAS. Importantly, we show that wild-type B-RAF can also activate C-RAF. Our data suggest that B-RAF activates C-RAF through a mechanism involving 14-3-3 mediated heterooligomerization and C-RAF transphosphorylation. Thus, we have identified a B-RAF–C-RAF–MEK–ERK cascade that signals not only in cancer but also in normal cells.

Motivation: The impact of longer exercise durations and its correlation with comprehensive behavioral changes, such as improvements in strength and working memory, remains relatively underexplored. Goal(s): In this study, we explore the impact of an 8-week strength training program on brain function and structure through multimodal MRI. Approach: We recruited 21 participants, who had been leading a sedentary lifestyle before enrolling. Utilizing a Siemens Prisma scanner and Human Connectome Project protocols, we obtained multimodal MRI data, covering anatomical scans, diffusion imaging, resting state fMRI, and ASL scans. Results: Preliminary findings highlight the importance of microstructural measurements in detecting exercise-induced brain changes. Impact: This research highlights the potential for using multimodal MRI to characterize exercise-induced white matter plasticity in the brain, particularly in motor-related areas.