Haloperidol induces the nuclear translocation of phosphatidylinositol 3′-kinase to disrupt Akt phosphorylation in PC12 cells

Haloperidol induces the nuclear translocation of phosphatidylinositol 3′-kinase to disrupt Akt phosphorylation in PC12 cells

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J Psychiatry Neurosci 2007;32(5):323-30

Yunxiu Dai, MSc; Zelan Wei, MD, PhD; Chantelle F. Sephton, PhD; Di Zhang, BSc; Deborah H. Anderson, PhD; Darrell D. Mousseau, PhD

Dai, Wei, Sephton, Zhang, Mousseau — the Cell Signalling Laboratory, Neuropsychiatry Research Unit, Department of Psychiatry; Anderson — the Cancer Research Unit, Saskatchewan Cancer Agency and Department of Biochemistry; University of Saskatchewan, Saskatoon, Sask.

Abstract

Objective: The antipsychotic drug haloperidol (HAL) has been linked to apoptosis and to inhibition of prosurvival Akt signalling in pheochromocytoma (PC12) and neuronal cell cultures. However, the mechanism involved is unclear.
Methods: We used HAL to induce cytotoxicity in preneuronal PC12 cells. The expression and the subcellular localization of selected components of the PI3K–Akt survival cascade were monitored with standard biochemical approaches, such as subcellular fractionation, western blot analysis, gene transfer and fluorescence microscopy.
Results: PC12 cell stimulation with the epidermal growth factor (used as a control) results in normal processing of phosphatidylinositol 3′-kinase (PI3K)–Akt signalling (e.g., localization of PI3K to the plasma membrane and phosphorylation of Akt (Ser473). Surprisingly, HAL induces PI3K-generated phosphoinositol [phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PIP3), which conflicts with its ability to inhibit Akt. In fact, the production of PIP3s is nuclear, as assessed by the localized concentration of a fluorophore-tagged PIP3-targeting pleckstrin homology protein and a fluorophore-tagged substrate-trapping mutant of the phosphoinositide phosphatase, phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10 (PTEN). However, phosphoinositide-dependent protein kinase 1 (PDK1, the activating kinase of Akt) does not colocalize to the nucleus with the PI3K complex. This effectively inactivates both cytoplasmic and nuclear pools of Akt.
Conclusion: The differential compartmentalization of effectors of the PI3K–PDK1–Akt pathway is a unique means by which HAL disrupts Akt functioning in PC12 cells.

Résumé

Objectif : Il existe un lien entre l’halopéridol, un antipsychotique, et l’apoptose et l’inhibition du signal Akt prosurvie dans les phéochromocytomes (PC12) et les cultures de cellules neuronales. Le mécanisme en cause n’est toutefois pas clair.
Méthodes : Nous avons utilisé l’halopéridol pour provoquer la cytotoxicité dans des cellules PC12 à l’état préneuronal. On a surveillé l’expression et la localisation sous-cellulaire d’éléments de la voie de survie PI3K/Akt au moyen de méthodes biochimiques standards comme le fractionnement sous-cellulaire, le transfert de Western, le transfert de gènes et la microscopie par fluorescence.
Résultats : La stimulation des cellules de PC12 au moyen du facteur de croissance épidermique (utilisé comme témoin) provoque un effet normal sur le signal phosphatidylinositol 3′-kinase (PI3K)/Akt (p. ex., localisation de la PI3K sur la membrane plasmatique et phosphorylation de l’Akt [Ser473]). L’halopéridol induit le phosphoïnositol [phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate (PIP3)] généré par la PI3K, ce qui entre en conflit avec sa capacité d’inhiber l’Akt. En fait, la production de PIP3 se fait dans le noyau de la cellule telle qu’évaluée par la concentration localisée, d’une part, d’une protéine homologue à la pleckstrin ciblant PIP3 et marquée par un fluorophore et, d’autre part, d’un mutant de la phosphoïnositide phosphatase, de la phosphatase et du PTEN (phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten), capable de piéger le substrat et marqué par un fluorophore. La protéine kinase 1 dépendante du phosphoïnositide (PDK1, la kinase activant l’Akt) ne se colocalise toutefois pas dans le noyau avec le complexe PI3K, ce qui inactive en fait l’Akt cytoplasmique et nucléaire.
Conclusion : La compartimentalisation différentielle des effecteurs de la voie de signalisation PI3K-PDK1-Akt est un moyen unique par lequel l’halopéridol perturbe le fonctionnement de l’Akt dans les cellules de PC12.


Medical subject headings: haloperidol; EGF; phospholipids.

Competing interests: None declared.

Submitted Sept. 16, 2006; Revised Dec. 13, 2006; Feb. 7, 2007; Accepted Feb. 27, 2007

Correspondence to: Dr. Darrell D. Mousseau, Cell Signalling Laboratory, Neuropsychiatry Research Unit, University of Saskatchewan, 103 Wiggins Rd., Saskatoon SK S7N 5E4; fax 306 966-8830; Darrell.Mousseau@usask.ca