Survival factors can suppress apoptosis in a transcription-independent manner by activating the serine/threonine kinase Akt, which then phosphorylates and inactivates components of the apoptotic machinery, including BAD and Caspase 9. In this study, we demonstrate that Akt also regulates the activity of FKHRL1, a member of the Forkhead family of transcription factors. In the presence of survival factors, Akt phosphorylates FKHRL1, leading to FKHRL1’s association with 14-3-3 proteins and FKHRL1’s retention in the cytoplasm. Survival factor withdrawal leads to FKHRL1 dephosphorylation, nuclear translocation, and target gene activation. Within the nucleus, FKHRL1 triggers apoptosis most likely by inducing the expression of genes that are critical for cell death, such as the Fas ligand gene.

The Sir2 deacetylase modulates organismal life-span in various species. However, the molecular mechanisms by which Sir2 increases longevity are largely unknown. We show that in mammalian cells, the Sir2 homolog SIRT1 appears to control the cellular response to stress by regulating the FOXO family of Forkhead transcription factors, a family of proteins that function as sensors of the insulin signaling pathway and as regulators of organismal longevity. SIRT1 and the FOXO transcription factor FOXO3 formed a complex in cells in response to oxidative stress, and SIRT1 deacetylated FOXO3 in vitro and within cells. SIRT1 had a dual effect on FOXO3 function: SIRT1 increased FOXO3's ability to induce cell cycle arrest and resistance to oxidative stress but inhibited FOXO3's ability to induce cell death. Thus, one way in which members of the Sir2 family of proteins may increase organismal longevity is by tipping FOXO-dependent responses away from apoptosis and toward stress resistance.

Serum- and glucocorticoid-inducible kinases (SGKs) form a novel family of serine/threonine kinases that are activated in response to a variety of extracellular stimuli. SGKs are related to Akt (also called PKB), a serine/threonine kinase that plays a crucial role in promoting cell survival. Like Akt, SGKs are activated by the phosphoinositide-3 kinase (PI3K) and translocate to the nucleus upon growth factor stimulation. However the physiological substrates and cellular functions of SGKs remained to be identified. We hypothesized that SGKs regulate cellular functions in concert with Akt by phosphorylating common targets within the nucleus. The best-characterized nuclear substrates of Akt are transcription factors of the Forkhead family. Akt phosphorylates Forkhead transcription factors such as FKHRL1, leading to FKHRL1's exit from the nucleus and the consequent shutoff of FKHRL1 target genes. We show here that SGK1, like Akt, promotes cell survival and that it does so in part by phosphorylating and inactivating FKHRL1. However, SGK and Akt display differences with respect to the efficacy with which they phosphorylate the three regulatory sites on FKHRL1. While both kinases can phosphorylate Thr-32, SGK displays a marked preference for Ser-315 whereas Akt favors Ser-253. These findings suggest that SGK and Akt may coordinately regulate the function of FKHRL1 by phosphorylating this transcription factor at distinct sites. The efficient phosphorylation of these three sites on FKHRL1 by SGK and Akt appears to be critical to the ability of growth factors to suppress FKHRL1-dependent transcription, thereby preventing FKHRL1 from inducing cell cycle arrest and apoptosis. These findings indicate that SGK acts in concert with Akt to propagate the effects of PI3K activation within the nucleus and to mediate the biological outputs of PI3K signaling, including cell survival and cell cycle progression.

Summary

 Mutations or duplications in MECP2 cause Rett and Rett-like syndromes, neurodevelopmental disorders characterized by mental retardation, motor dysfunction, and autistic behaviors. MeCP2 is expressed in many mammalian tissues and functions as a global repressor of transcription; however, the molecular mechanisms by which MeCP2 dysfunction leads to the neural-specific phenotypes of RTT remain poorly understood. Here, we show that neuronal activity and subsequent calcium influx trigger the de novo phosphorylation of MeCP2 at serine 421 (S421) by a CaMKII-dependent mechanism. MeCP2 S421 phosphorylation is induced selectively in the brain in response to physiological stimuli. Significantly, we find that S421 phosphorylation controls the ability of MeCP2 to regulate dendritic patterning, spine morphogenesis, and the activity-dependent induction of Bdnf transcription. These findings suggest that, by triggering MeCP2 phosphorylation, neuronal activity regulates a program of gene expression that mediates nervous system maturation and that disruption of this process in individuals with mutations in MeCP2 may underlie the neural-specific pathology of RTT.

EphB receptor tyrosine kinases are enriched at synapses, suggesting that these receptors play a role in synapse formation or function. We find that EphrinB binding to EphB induces a direct interaction of EphB with NMDA-type glutamate receptors. This interaction occurs at the cell surface and is mediated by the extracellular regions of the two receptors, but does not require the kinase activity of EphB. The kinase activity of EphB may be important for subsequent steps in synapse formation, as perturbation of EphB tyrosine kinase activity affects the number of synaptic specializations that form in cultured neurons. These findings indicate that EphrinB activation of EphB promotes an association of EphB with NMDA receptors that may be critical for synapse development or function.

The Bcl-2 homology 3 (BH3) domain of prodeath Bcl-2 family members mediates their interaction with prosurvival Bcl-2 family members and promotes apoptosis. We report that survival factors trigger the phosphorylation of the proapoptotic Bcl-2 family member BAD at a site (Ser-155) within the BAD BH3 domain. When BAD is bound to prosurvival Bcl-2 family members, BAD Ser-155 phosphorylation requires the prior phosphorylation of Ser-136, which recruits 14-3-3 proteins that then function to increase the accessibility of Ser-155 to survival-promoting kinases. Ser-155 phosphorylation disrupts the binding of BAD to prosurvival Bcl-2 proteins and thereby promotes cell survival. These findings define a mechanism by which survival signals inactivate a proapoptotic Bcl-2 family member, and suggest a role for 14-3-3 proteins as cofactors that regulate sequential protein phosphorylation events.

Neuronal activity regulates the development and maturation of excitatory and inhibitory synapses in the mammalian brain. Several recent studies have identified signalling networks within neurons that control excitatory synapse development. However, less is known about the molecular mechanisms that regulate the activity-dependent development of GABA (γ-aminobutyric acid)-releasing inhibitory synapses. Here we report the identification of a transcription factor, Npas4, that plays a role in the development of inhibitory synapses by regulating the expression of activity-dependent genes, which in turn control the number of GABA-releasing synapses that form on excitatory neurons. These findings demonstrate that the activity-dependent gene program regulates inhibitory synapse development, and suggest a new role for this program in controlling the homeostatic balance between synaptic excitation and inhibition. A fine balance between the numbers of excitatory and inhibitory synapses must be maintained for neuronal circuits to function. The intracellular molecular signalling pathways involved in activity-dependent formation of synapses, particularly inhibitory ones, are largely unknown. A new study has identified the transcription factor Npas4 as a 'master switch' acting in brain cells to maintain the homeostatic balance between synaptic excitation and inhibition, a balance that is thought to be disrupted in neurologic disorders such as autism, epilepsy and schizophrenia. Npas4 acts by regulating the expression of more than 200 activity-dependent genes, which in turn control the number of GABA-mediated synapses that form excitatory neurons.

In the mammalian nervous system, neuronal activity regulates the strength and number of synapses formed. The genetic program that coordinates this process is poorly understood. We show that myocyte enhancer factor 2 (MEF2) transcription factors suppressed excitatory synapse number in a neuronal activity- and calcineurin-dependent manner as hippocampal neurons formed synapses. In response to increased neuronal activity, calcium influx into neurons induced the activation of the calcium/calmodulin-regulated phosphatase calcineurin, which dephosphorylated and activated MEF2. When activated, MEF2 promoted the transcription of a set of genes, including arc and synGAP , that restrict synapse number. These findings define an activity-dependent transcriptional program that may control synapse number during development.

Eph receptors transduce short-range repulsive signals for axon guidance by modulating actin dynamics within growth cones. We report the cloning and characterization of ephexin, a novel Eph receptor-interacting protein that is a member of the Dbl family of guanine nucleotide exchange factors (GEFs) for Rho GTPases. Ephrin-A stimulation of EphA receptors modulates the activity of ephexin leading to RhoA activation, Cdc42 and Rac1 inhibition, and cell morphology changes. In addition, expression of a mutant form of ephexin in primary neurons interferes with ephrin-A-induced growth cone collapse. The association of ephexin with Eph receptors constitutes a molecular link between Eph receptors and the actin cytoskeleton and provides a novel mechanism for achieving highly localized regulation of growth cone motility.

Summary

 Itch is the least well understood of all the somatic senses, and the neural circuits that underlie this sensation are poorly defined. Here we show that the atonal-related transcription factor Bhlhb5 is transiently expressed in the dorsal horn of the developing spinal cord and appears to play a role in the formation and regulation of pruritic (itch) circuits. Mice lacking Bhlhb5 develop self-inflicted skin lesions and show significantly enhanced scratching responses to pruritic agents. Through genetic fate-mapping and conditional ablation, we provide evidence that the pruritic phenotype in Bhlhb5 mutants is due to selective loss of a subset of inhibitory interneurons in the dorsal horn. Our findings suggest that Bhlhb5 is required for the survival of a specific population of inhibitory interneurons that regulate pruritis, and provide evidence that the loss of inhibitory synaptic input results in abnormal itch.