유방암세포에서 CDCP1의 중요성과 그 단백질 수준에서의 조절

Abstract

Poor prognosis of breast cancer patients is closely associated with metastasis and relapse. In this regard, many evidences suggested that mesenchymal phenotype breast cancer cells are a primary cause of relapse in breast cancer. EMT is one of the most important mechanisms of mesenchymal phenotype maintenance in breast cancers. Basal type breast cancers are among the most aggressive and deadly breast cancer subtypes, displaying high expression of EMT regulated molecule such as EMT markers and regulators. However, the molecular mechanisms underlying EMT of basal type breast cancer cells remain obscure. Here I reveal that CDCP1 is a critical protein for the maintenance of mesenchymal features in basal type breast cancer cells. CDCP1 is preferentially expressed in basal type breast cancer cells, compared to luminal type. By loss and gain of CDCP1, I found that CDCP1 is necessary and sufficient for the maintenance of mesenchymal phenotypes and metastatic ability through EMT. To better understand the posttranslational regulation of CDCP1 expression, I performed screening of E3 ligase which can degrade protein level of CDCP1. I identified FBXL14 as an important E3 ligase that targets CDCP1 for ubiquitylation and degradation. Furthermore, I discovered that activated STAT3 and STAT5 can induce expressions of miR17 and miR20a, these two miRNA can degrade mRNA of FBXL14. FBXL14 can block CDCP1-induced EMT and metastasis in breast cancer models. these findings establish the STAT3, STAT5-miR17, miR20a-FBXL14-CDCP1 axis as a mechanism of posttranslational regulation of EMT and cancer metastasis.|유방암을 치료하기 위해 여러 항암제 치료와 방사선 치료가 많이 응용되고 있지만 luminal type의 유방암의 치료는 어느 정도 개선되었음에도 불구하고, basal type의 유방암의 이동성과 침윤성에 의해 일어나는 전이와 재발이 환자들의 예후를 낮게 유지하고 있다. 아직까지 basal type에서 간엽형질을 유지하는데 있어서 중요한 분자 기전들의 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 adaptor protein의 역할을 할 수 있는 당 단백질 중 하나인 CDCP1의 발현이 luminal type의 유방암세포에 비해 basal type의 유방암세포에서 매우 높게 나타나는 것을 확인하였다. 따라서 CDCP1의 발현이 basal type의 간엽형질 유지에 중요한 역할을 할 것이라고 생각하였고, CDCP1이 유방암 세포 내에서 상피-간엽성 전환(Epithelial-Mesenchymal Transition; EMT)을 일으킴으로써 이러한 악성화된 형질을 유지한다는 사실을 밝혀냈다. 흥미롭게도 CDCP1의 발현은 유전자 수준과 단백질 수준에서 서로 별개로 조절 받는다는 사실을 알아냈다. 간엽형질의 basal type의 유방암 세포에서 많이 활성화 되어있다고 알려져 있는 EGFR 신호에 의해서 이 두 수준이 모두 조절되고 있었는데, 특히 유방암에서 중요하다고 알려져 있는 STAT3와 STAT5 신호에 의해서 CDCP1의 단백질 안정성이 유지된다는 사실을 밝혀냈다. 이 두 신호를 억제했을 시에 CDCP1의 단백질 수준이 감소했다. 일반적으로 단백질 수준의 조절기작은 ubiquitin-proteosome system (UPS)에 의해 일어나게 되기 때문에 CDCP1의 단백질을 조절할 수 있는 E3 ligase를 선별하였고, 그 중에 FBXL14이 CDCP1의 단백질을 붕괴할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 이는 STAT3, STAT5 신호에 의존적으로 조절되었고, 이 둘의 활성 정도와 FBXL14의 발현 율의 추세가 서로 반대인 것을 확인하였기에 miRNA가 이 조절기작에 개입할 것이라고 유추하였다. 실험 결과, basal type의 유방암 세포 내에서 STAT3, STAT5 신호가 활성화 되면 그에 따라 miR17, miR20a의 발현이 증가하였고, 이 miRNA들은 FBXL14의 3'UTR에 결합하여 그 발현을 억제하였다. 최종적으로 FBXL14이 억제됨으로 인해 CDCP1의 단백질은 안정화된다는 사실을 밝혀냈다. 이러한 복잡한 조절기작에 의해서 CDCP1의 발현수준이 조절됨을 밝혀냈고 이러한 세분화된 조절기작을 밝힘에 따라서 각각의 분자들을 치료 표적으로써 사용할 수 있다고 간주된다. 동물실험에서도 CDCP1을 표적으로 한 억제는 효과적으로 basal type의 유방암 세포의 전이를 억제하였으므로 유방암 치료를 위한 임상적 적절성이 높음을 확인하였다.; Poor prognosis of breast cancer patients is closely associated with metastasis and relapse. In this regard, many evidences suggested that mesenchymal phenotype breast cancer cells are a primary cause of relapse in breast cancer. EMT is one of the most important mechanisms of mesenchymal phenotype maintenance in breast cancers. Basal type breast cancers are among the most aggressive and deadly breast cancer subtypes, displaying high expression of EMT regulated molecule such as EMT markers and regulators. However, the molecular mechanisms underlying EMT of basal type breast cancer cells remain obscure. Here I reveal that CDCP1 is a critical protein for the maintenance of mesenchymal features in basal type breast cancer cells. CDCP1 is preferentially expressed in basal type breast cancer cells, compared to luminal type. By loss and gain of CDCP1, I found that CDCP1 is necessary and sufficient for the maintenance of mesenchymal phenotypes and metastatic ability through EMT. To better understand the posttranslational regulation of CDCP1 expression, I performed screening of E3 ligase which can degrade protein level of CDCP1. I identified FBXL14 as an important E3 ligase that targets CDCP1 for ubiquitylation and degradation. Furthermore, I discovered that activated STAT3 and STAT5 can induce expressions of miR17 and miR20a, these two miRNA can degrade mRNA of FBXL14. FBXL14 can block CDCP1-induced EMT and metastasis in breast cancer models. these findings establish the STAT3, STAT5-miR17, miR20a-FBXL14-CDCP1 axis as a mechanism of posttranslational regulation of EMT and cancer metastasis.