Protein kinase casein kinase 2 regulates anoikis

Abstract

[한글]

암세포의 발달 과정 중에 일어나는 E-cadherin에서 N-cadherin으로의 대체 발현은 암세포의 이동과 침윤을 유도해서 결국에는 전이가 되게 한다. 정상 상피 세포에서 integrin-세포기질 사이의 결합 억제는 anoikis를 유도한다. Anoikis에 대한 저항성 획득은 암세포의 전이 과정에서 중요한 단계로 알려져 있다. 높은 protein kinase casein kinase 2 (PKCK2) 활성도는 인간의 암세포에서 자주 발견되며, 세포의 성장과 자가 사멸과 같은 다양한 세포 활성을 조절한다. 따라서, 본 연구에서는 E-cadherin에서 N-cadherin으로의 발현 변화 기작과 N-cadherin 유전자 발현의 조절 기작과 anoikis 저항성 획득에서 N-cadherin의 역할에 대해 연구했다. 먼저 anoikis에 민감한 식도암 세포주인 TE2와 TE3 세포주는 E-cadherin을 발현하지만 anoikis에 저항성을 획득한 식도암 세포주인 HCE4와 HCE7 세포주는 N-cadherin을 발현하는 것을 알 수가 있었다. HCE4 세포주에서 E-cadherin의 발현 감소는 높은 PKCK2 활성도에 의한 -catenin/Axin2/GSK3 신호 전달 기작을 통해서 E-cadherin의 전사 억제 인자인 snail의 안정성을 증가시킴으로써 유도될 것이라고 추측할 수 있었다. 또한 N-cadherin 유전자 발현 조절 기작을 밝혀내기 위해 N-cadherin 프로모터를 연구한 결과, 프로모터 활성을 담당하는 부위를 찾았고 그 부위에 결합하는 전사 활성인자인 myeloid zinc finger 1 (MZF1)이 N-cadherin의 프로모터 활성도를 높인다는 것을 알 수 있었다. 뿐만 아니라 MZF1는 PKCK2에 의해 인산화 되며 발현이 조절됐다. 다음으로, anoikis 저항성 획득에서 N-cadherin의 역할을 살펴보았다. N-cadherin에 의한 anoikis 저항성 획득은 PKB/Akt 활성화에 의해 매개되었고, anoikis에 대한 저항성을 획득한 암세포에 N-cadherin siRNA를 통해 N-cadherin 발현을 억제한 결과 PKB/Akt 활성도는 감소하였고 동시에 anoikis에 민감하게 변화되는 것을 알 수 있었다. 또한 높은 PKCK2활성도에 의한 PTEN 단백질의 비활성화는 PKB/Akt 활성도를 유지시켜서 anoikis에 대한 저항성 획득을 가능하게 하였다. 이런 결과들은 transforming growth factor- 1 (TGF- 1)에 의해 E-cadherin에서 N-cadherin으로 발현이 대체되는 폐암세포주인 A549 세포주에서 다시 확인할 수 있었다. TGF- 1가 전 처치 되지 않았을 경우 A549 세포주는 E-cadherin을 발현하며 anoikis에 대해 민감했지만, TGF 1에 의해 N-cadherin이 발현되는 A549 세포주는 PKB/Akt 활성도가 증가 되었고 동시에 anoikis에 대한 저항성을 획득했다. A549 세포주의 anoikis 저항성 획득에서 N-cadherin의 역할은 N-cadherin siRNA를 통해 다시 한번 확인하였다. 뿐만 아니라 TGF- 1에 의한 E-cadherin에서 N-cadherin으로의 대체 발현이 PKCK2 활성도에 의해 조절된다는 것을 알 수 있었다.이런 결과들로 미루어 볼 때 PKCK2는 암세포에서 일어나는 E-cadherin에서 N-cadherin으로의 대체 발현뿐 아니라 전이 과정에서 중요한 단계인 anoikis에 대한 저항성 획득을 조절한다는 것을 알 수 있었다.

[영문]

The disruption of integrin-extracellular matrix interactions in normal epithelial cells induces anoikis. The acquisition of anoikis-resistance in cancer cells is regarded as a critical step for metastasis. The E- to N- cadherin switching enables tumor cells to invade, migrate, and metastasize and N-cadherin confers anoikis resistance to cancer cells. Little was know about the mechanism of E- to N-cadherin switching, the regulatory mechanism of N-cadherin gene expression, and role (s) of N-cadherin in anoikis resistance. In this study, PKCK2 activity in cancer cell was involved in all those processes. b-catenin, a Wnt-signaling mediator was stabilized by PKCK2-mediated phosphorylation, thereby increasing its nuclear translocation. Nuclear b-catenin increased Axin2 transcription resulting in increased cytoplasmic shuttling of nuclear GSK3b, a kinase responsible for controlling Snail turnover, thereby stabilizing E-cadherin repressor, Snail and then, E-cadherin was down-regulated. In addition, it has been observed that an essential N-cadherin promoter region (-296 to -158) for N-cadherin gene expression and a transcription factor, myeloid zinc finger1 (MZF1) could bind to the region, and when MZF-1 was overexpressed, the N-cadherin promoter activity was increased. Interestingly, MZF1 protein stability was also regulated by PKCK2 activity. It has been known that when N-cadherin was expressed, PKB/Akt activity was increased. Consistent with this, PKB/Akt activity was high in N-cadherin expressing cancer cells and when N-cadherin was knocked-down by siRNA, PKB/Akt activity was decreased and anoikis-resistant esophageal cancer cells became susceptible to anoikis. In addition, PTEN phosphatase activity was inhibited by PKCK2 and when N-cadherin expressing cancer cells were treated with PKCK2 inhibitor, emodin, PKB/Akt activity was decreased and anoikis-resistant cancer cells underwent anoikis.Taken together, intracellular PKCK2 activity in cancer cells regulated E- to N-cadherin switching, N-cadherin up-regulation resulting in increasing PKB/Akt activity, thereby conferring cancer cells anoikis resistance. Therefore, downregulation of PKCK2 activity in cancer cells could reduce cancer metastasis.