The function of rac, a ras-related GTP-binding protein, was investigated in fibroblasts by microinjection. In confluent serum-starved Swiss 3T3 cells, rac1 rapidly stimulated actin filament accumulation at the plasma membrane, forming membrane ruffles. Several growth factors and activated H-ras also induced membrane ruffling, and this response was prevented by a dominant inhibitory mutant rac protein, N17rac1. This suggests that endogenous rac proteins are required for growth factor-induced membrane ruffling. In addition to membrane ruffling, a later response to both rac1 microinjection and some growth factors was the formation of actin stress fibers, a process requiring endogenous rho proteins. Using N17rac1 we have shown that these growth factors act through rac to stimulate this rho-dependent response. We propose that rac and rho are essential components of signal transduction pathways linking growth factors to the organization of polymerized actin.

The function of rac, a ras-related GTP-binding protein, was investigated in fibroblasts by microinjection. In confluent serum-starved Swiss 3T3 cells, rac1 rapidly stimulated actin filament accumulation at the plasma membrane, forming membrane ruffles. Several growth factors and activated H-ras also induced membrane ruffling, and this response was prevented by a dominant inhibitory mutant rac protein, N17rac1. This suggests that endogenous rac proteins are required for growth factor-induced membrane ruffling. In addition to membrane ruffling, a later response to both rac1 microinjection and some growth factors was the formation of actin stress fibers, a process requiring endogenous rho proteins. Using N17rac1 we have shown that these growth factors act through rac to stimulate this rho-dependent response. We propose that rac and rho are essential components of signal transduction pathways linking growth factors to the organization of polymerized actin.

The rho proteins, p21rho, are ubiquitously expressed guanine nucleotide binding proteins with approximately 30% amino acid homology to p21ras, but their biochemical function is unknown. We show here that microinjection of constitutively activated recombinant rho protein (Val14rho) into subconfluent cells induces dramatic changes in cell morphology: 15-30 min after injection cells adopt a distinct and novel phenotype with a contracted cell body and finger-like processes still adherent to the substratum. Ribosylation of Val14rho with the ADP-ribosyltransferase C3 from clostridium botulinum, before microinjection, renders the protein biologically inactive, but it has no effect on either its intrinsic biochemical properties or on its interaction with the GTPase activating protein, rho GAP. Micro-injection of ribosylated normal rho, on the other hand, has a similar effect of injection of C3 transferase and induces complete rounding up of cells. We also report striking biochemical changes in actin filament organization when contact-inhibited quiescent 3T3 cells are injected with Val14rho protein. The effects induced by activation or inactivation of p21rho described here, suggest that the biological function of this protein is to control some aspect of cytoskeletal organization.

Research Article3 July 1995free access Ras recruits Raf-1 to the plasma membrane for activation by tyrosine phosphorylation. R. Marais R. Marais CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author Y. Light Y. Light CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author H.F. Paterson H.F. Paterson CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author C.J. Marshall C.J. Marshall CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author R. Marais R. Marais CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author Y. Light Y. Light CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author H.F. Paterson H.F. Paterson CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author C.J. Marshall C.J. Marshall CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. Search for more papers by this author Author Information R. Marais1, Y. Light1, H.F. Paterson1 and C.J. Marshall1 1CRC Centre for Cell and Molecular Biology, Chester Beatty Laboratories, Institute of Cancer Research, London, UK. The EMBO Journal (1995)14:3136-3145https://doi.org/10.1002/j.1460-2075.1995.tb07316.x PDFDownload PDF of article text and main figures. ToolsAdd to favoritesDownload CitationsTrack CitationsPermissions ShareFacebookTwitterLinked InMendeleyWechatReddit Figures & Info A central feature of signal transduction downstream of both receptor and oncogenic tyrosine kinases is the Ras-dependent activation of a protein kinase cascade consisting of Raf-1, Mek (MAP kinase kinase) and ERKs (MAP kinases). To study the role of tyrosine kinase activity in the activation of Raf-1, we have examined the properties of p74Raf-1 and oncogenic Src that are necessary for activation of p74Raf-1. We show that in mammalian cells activation of p74Raf-1 by oncogenic Src requires pp60Src to be myristoylated and the ability of p74Raf-1 to interact with p21Ras-GTP. The Ras/Raf interaction is required for p21Ras-GTP to bring p74Raf-1 to the plasma membrane for phosphorylation at tyrosine 340 or 341, probably by membrane-bound pp60Src. When oncogenic Src is expressed with Raf-1, p74Raf-1 is activated 5-fold; however, when co-expressed with oncogenic Ras and Src, Raf-1 is activated 25-fold and this is associated with a further 3-fold increase in tyrosine phosphorylation. Thus, p21Ras-GTP is the limiting component in bringing p74Raf-1 to the plasma membrane for tyrosine phosphorylation. Using mutants of Raf-1 at Tyr340/341, we show that in addition to tyrosine phosphorylation at these sites, there is an additional activation step resulting from p21Ras-GTP recruiting p74Raf-1 to the plasma membrane. Thus, the role of Ras in Raf-1 activation is to bring p74Raf-1 to the plasma membrane for at least two different activation steps. Previous ArticleNext Article Volume 14Issue 131 July 1995In this issue RelatedDetailsLoading ...

Apoptosis plays an important role in regulating cell numbers in a wide variety of tissues during development. The product of the bcl-2 gene inhibits apoptosis in certain cells of the myeloid and lymphoid lineages and is expressed in many cells that have an extended life span. To assess the role of bcl-2 in neuronal apoptosis, we microinjected a bcl-2 expression vector into neurotrophic factor-deprived embryonic neurons. Sensory neurons that depend for survival on one or more members of the nerve growth factor family of neurotrophic factors (nerve growth factor, brain-derived neurotrophic factor, and neurotrophin-3) were rescued by bcl-2, whereas ciliary neurotrophic factor (CNTF)-dependent ciliary neurons were not. Sensory neurons, however, became refractory to bcl-2 after exposure to CNTF. These findings indicate that at least two death pathways operate in neurons that are distinguished by their susceptibility to bcl-2. Neurons may die by either pathway, depending on the factors to which they have been exposed.

It has previously been shown that maximal activation of Raf-1 is produced by synergistic signals from oncogenic Ras and activated tyrosine kinases. This synergy arises because Ras-GTP translocates Raf-1 to the plasma membrane where it becomes phosphorylated on tyrosine residues 340 and 341 by membrane-bound tyrosine kinases (Marais, R., Light, Y., Paterson, H. F., and Marshall, C. J. (1995) EMBO J. 14, 3136-3145). We have examined whether the other two members of the Raf family, A-Raf and B-Raf, are regulated in a similar way to Raf-1. A-Raf behaves like Raf-1, being weakly activated by oncogenic Ras more strongly activated by oncogenic Src, and these signals synergize to give maximal activation. B-Raf by contrast is strongly activated by oncogenic Ras alone and is not activated by oncogenic Src. These results show that maximal activation of B-Raf merely requires signals that generate Ras-GTP, whereas activation of Raf-1 and A-Raf requires Ras-GTP together with signals that lead to their tyrosine phosphorylation. B-Raf may therefore be the primary target of oncogenic Ras.

The three mammalian ras proteins associated specifically with the plasma membrane and this is essential for their biological activity. Two signals encoded within the extreme COOH terminus of the proteins specify this cellular localization; a CAAX box in combination with either a polybasic domain (p21K-rasB) or a palmitoylation site (p21Ha-ras and p21N-ras). All members of the ras-like and rho-like subfamilies of the ras superfamily of small GTP-binding proteins also have CAAX boxes with potential second site sequences resembling either p21K-rasB or P21N-ras/Ha-ras. However it is not at all clear that they are each located at the plasma membrane, and in fact one of the ras-like proteins, rap1, has been localized to the Golgi (Beranger et al., 1991). None of the mammalian rho-like subfamily has yet been localized. Three forms (A, B, and C) of p21rho, the prototype of this family are known; the COOH termini of p21rhoA and p21rhoC resemble p21K-rasB with a polybasic domain, whereas p21rhoB resembles p21N-ras/Ha-ras with two cysteine residues as potential palmitoylation sites. Despite this similarity to the p21ras proteins, rho proteins have been purified from both particulate and cytosolic fractions of a variety of tissues. In order to localize definitively the three rho proteins we have used an epitope tagging approach coupled to microinjection of living cells. We show that a small fraction of all three proteins is localized to the plasma membrane but the majority of p21rhoA and p21rhoC is cytosolic whereas p21rhoB is associated with early endosomes and a pre-lysosomal compartment. Along with the results obtained with chimeric molecules using heterologous proteins attached to rho COOH termini, this suggests that the p21rho proteins cycle on and off the plasma membrane and this may have important implications for their biological function.