Investigating the role of EPAS1 and TEAD1 in anchorage-dependent hematogenous metastasis of gastric cancer

Abstract

위암은 동아시아 지역에서 높은 유병률을 보이며, 간, 복막, 폐, 림프절 등으로 전이되는 전이성이 높은 질환이다. 효과적인 항전이 치료법 개발을 위해서는 암 전이 캐스케이드의 분자적 기전을 규명하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 혈행성 위암 전이 과정에서 부착 의존성 획득을 조절하는 두 인자인 EPAS1과 TEAD1의 역할을 규명하였다. 진행성 위암 환자의 원발암과 짝검체 전이암 샘플을 활용한 RNA 시퀀싱 분석 결과, EPAS1과 TEAD1이 혈행성 전이 종양에서 선택적으로 발현이 증가하는 것을 확인하였다. 추가적으로 위암 전이 마우스 모델을 수립하여 이를 활용한 실험에서는 EPAS1과 TEAD1의 과발현이 간과 폐로의 전이를 유의하게 증가시키는 것을 관찰하였다. 이러한 결과들은 EPAS1과 TEAD1이 암세포의 부착 및 원격 장기에서의 정착을 촉진하는 역할을 한다는 것을 시사한다. 암 전이 캐스케이드를 모방한 세포 분석법을 통해 과밀한 상태에서 장시간 노출된 일부 세포가 부유성을 획득하고, 새로운 배양 접시로 옮겨진 후 재부착하는 것을 관찰하였다. 이 과정에서 재부착된 세포에서 EPAS1과 TEAD1의 발현이 증가하는 것을 확인하였다. 또한, EPAS1과 TEAD1을 부유성 세포주에 과발현시켰을 때 부착성이 유도되어, 이들 유전자가 세포의 부착 의존성을 재프로그래밍하는데 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 EPAS1과 TEAD1이 위암의 혈행성 전이를 촉진하는 데 중요한 역할을 한다는 점을 강조하며, 이들 인자의 상향 조절이 전이 과정에서 특정하게 발생하는 사건임을 시사한다. 따라서 EPAS1과 TEAD1은 전이 확산을 예방하기 위한 바이오마커 및 치료 표적으로서의 잠재력을 가지고 있다.

Metastasis remains the leading cause of mortality in gastric cancer, yet the molecular mechanisms regulating key processes in metastatic dissemination remain incompletely understood. This study identifies EPAS1 and TEAD1, two candidate Suspension-to-Adherent Transition factors, as critical regulators of anchorage dependence and metastatic progression. Through gene expression profiling across adherent and suspension gastric cancer cell lines, 15 SAT candidates were identified, with EPAS1 and TEAD1 significantly upregulated in metastatic tumors compared to their paired primary tumors. Notably, their selective upregulation in hematogenous metastases, but not in peritoneal metastases, underscores their specific role in facilitating anchorage dependence during metastatic dissemination. The functional role of EPAS1 and TEAD1 was validated in a gastric cancer metastasis mouse model using GFP- and luciferase-labeled MKN45 cells. Overexpression of either EPAS1 or TEAD1 enhanced hematogenous dissemination and organ-specific colonization, particularly in the liver and lungs. Transcriptomic analysis revealed distinct tissue-specific expression profiles in metastatic cells, with EPAS1 and TEAD1 identified as key components of a core metastatic gene signature. GO enrichment and GSEA analyses highlighted processes such as cell adhesion and migration in metastatic niches. Single-cell RNA sequencing further revealed transcriptional heterogeneity within metastatic populations, with EPAS1 and TEAD1 prominently expressed in lung metastases, reinforcing their critical role in metastatic progression. Analysis of various gastric cancer cell lines showed that baseline expression levels of EPAS1 and TEAD1 did not correlate with adherent or suspension growth phenotypes, indicating that their expression alone does not dictate cellular growth behavior. However, in vitro assays mimicking the metastatic cascade demonstrated that cells reattaching to culture plates after detachment, mirroring circulating tumor cell behavior during metastatic colonization, exhibited elevated expression of EPAS1 and TEAD1. Furthermore, overexpression of EPAS1 and TEAD1 in suspension cell lines induced anchorage dependence, highlighting their role in reprogramming cell adhesion properties. Transcriptomic profiling revealed extensive transcriptional reprogramming of pathways associated with focal adhesion, extracellular matrix remodeling, and migration, consistent with their role in metastatic colonization. These findings highlight the crucial role of EPAS1 and TEAD1 in promoting hematogenous metastasis in gastric cancer. Their upregulation appears to be a specific event within the metastatic cascade, making them promising biomarkers and therapeutic targets for preventing metastatic spread and improving patient outcomes.