Low concentrations of paraquat induces early activation of extracellular signal-regulated kinase 1/2, protein kinase B, and c-Jun N-terminal kinase 1/2 pathways: role of c-Jun N-Terminal kinase in paraquat-induced cell death

Abstract

El paraquat es un herbicida con un riesgo potencial de inducir parkinsonismo debido a su neurotoxicidad demostrada y su fuerte similitud estructural con el 1-metil-4-fenilpiridinio (MPP+), una neurotoxina muy conocida que causa un síndrome clínico similar a la enfermedad de Parkinson (EP). Sin embargo, en la actualidad se sabe muy poco sobre las vías de señalización activadas por el paraquat en cualquier sistema celular. En este estudio, hemos investigado el efecto del paraquat sobre la activación de las quinasas 1 y 2 reguladas por señales extracelulares (ERK1/2), la quinasa N-terminal c-Jun (JNK) y la proteína quinasa B (PKB) en células E18. Las bajas concentraciones de paraquat estimularon aumentos muy tempranos en la fosforilación de ERK1/2, JNK1/2 y PKB. Los inhibidores de la fosfatidilinositol 3-quinasa (PI-3K) wortmannina y LY 294002 (2-(4-morfolinil)-8-fenil-4H-1-benzopiran-4-ona) inhibieron los aumentos tempranos inducidos por paraquat en la fosforilación de PKB. Además, los aumentos tempranos mediados por paraquat en la activación de ERK1/2 fueron sensibles al inhibidor de la proteína quinasa quinasa 1 (MEK1) activado por mitógenos PD 98059 (2'-amino-3'-metoxiflavona), mientras que las respuestas de JNK1/2 fueron bloqueadas por el inhibidor de JNK1/2 SP 600125 (antra[1-9-cd] pirazol-6(2H)-ona). El tratamiento previo con wortmannina, LY 294002 o PD 98059 no tuvo efecto sobre la muerte celular de paraquat en las células E18. Por el contrario, la SP 600125 disminuyó significativamente la muerte celular inducida por paraquat en las células E18. En conclusión, hemos demostrado que las bajas concentraciones de paraquat estimulan aumentos muy tempranos en la fosforilación de ERK1/2, JNK1/2 y PKB en las células E18. Además, los datos presentados sugieren claramente que la inhibición de la vía JNK1/2 protege a las células E18 de la muerte celular inducida por el paraquat y respaldan el hecho de que la inhibición de la activación temprana de JNK1/2 puede constituir una estrategia potencial en el tratamiento de la EP.

Paraquat is a herbicide with a potential risk to induce parkinsonism due to its demonstrated neurotoxicity and its strong structural similarity to 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+), a well-known neurotoxin which causes a clinical syndrome similar to Parkinson’s disease (PD). However, at present very little is known about the signaling pathways activated by paraquat in any cell system. In this study, we have investigated the effect of paraquat on extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 (ERK1/2), c-Jun N-terminal kinase (JNK), and protein kinase B (PKB) activation in E18 cells. Low concentrations of paraquat stimulated very early increases in ERK1/2, JNK1/2, and PKB phosphorylation. The phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K) inhibitors wortmannin and LY 294002 (2-(4-morpholinyl)-8-phenyl-4H-1-benzopyran-4-one) inhibited early paraquat-induced increases in PKB phosphorylation. Furthermore, early paraquat-mediated increases in ERK1/2 activation were sensitive to the mitogenactivated protein kinase kinase 1 (MEK1) inhibitor PD 98059 (2’-amino-3’-methoxyflavone), whereas JNK1/2 responses were blocked by the JNK1/2 inhibitor SP 600125 (anthra[1-9-cd] pyrazol-6(2H)-one). Pretreatment with wortmannin, LY 294002, or PD 98059 had no effect on paraquat cell death in E18 cells. In contrast, SP 600125 significantly decreased paraquat-induced cell death in E18 cells. In conclusion, we have shown that low concentrations of paraquat stimulate robust very early increases in ERK1/2, JNK1/2, and PKB phosphorylation in E18 cells. Furthermore, the data presented clearly suggest that inhibition of the JNK1/2 pathway protects E18 cells from paraquat-induced cell death and support the fact that inhibition of early activation of JNK1/2 can constitute a potential strategy in PD treatment.