Regulation of tumor progression by CCN1 and CCN2 protein-mediated signaling in breast cancer

Abstract

유방암은 전 세계적으로 발생하는 가장 흔한 암중에 하나이며 전 세계 여성의 사망 원인을 주도하고 있다. 유방암의 약 70%는 에스트로겐 수용체 (ER) 양성으로 알려져 있다. 에스트로겐에 대한 경쟁적 억제제인 타목시펜은 ER 양성 유방암의 표적 치료법으로 일반적으로 사용되고 있다. 타목시펜 치료는 유방암 사망률을 30% 정도 감소시키는 기여를 했지만 ER 양성 유방암 환자의 약 40%가 이에 대한 내성을 획득하는 것으로 알려져 있다. 한편, 삼중 음성 유방암 (TNBC)은 유방암의 아형 중 하나로 ER, 프로게스테론 수용체 (PR) 및 인간 표피 성장 인자 수용체 2 (HER2)가 발현되지 않는 것으로 정의된다. TNBC는 다른 유방암에 비해 예후가 더 나쁘고 종양 크기와 등급이 높으며 전이 위험이 더 높은 것으로 알려져 있다. 다른 유방암 아형과 비교해서 TNBC는 ER, PR 및 HER2를 발현하지 않기 때문에 호르몬 요법과 HER2 표적 요법을 사용할 수 없고, 따라서 화학 요법이 주요 치료 방법으로 간주된다. TNBC의 20%가 수술과 화학 요법을 포함한 기존 치료에 반응하는 것으로 알려져 있지만 TNBC는 다른 유방암 아형에 비해 재발 경향이 높다. 따라서 이러한 유방암에 대한 새로운 치료 표적을 식별하는 것은 유방암의 임상 결과를 개선하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 connective tissue growth factor (CTGF)와 cysteine-rich angiogenic inducer 61 (CYR61)이 유방암 진행에 관여한다는 것을 확인했다. 우선, TNBC 세포주 및 환자 조직에서 CTGF가 과발현 되어 있는 것을 확인할 수 있었다. CTGF knockdown 실험을 통해 CTGF가 시험관 내에서 세포 성장, 이동, 침윤 능력을 지원하고 생체 내에서 종양 형성에 관여한다는 것을 발견했다. 이러한 현상에 대한 분자적 기작으로, CTGF가 integrinαvβ3/FAK/Src/NF-κB p65 신호 전달 경로를 통해 GLUT3 발현을 유도함을 밝혔다. 또한, 직접적으로 CTGF 매개 GLUT3의 발현이 해당 작용을 증가, 세포 증식, 이동 및 침윤을 증가시키는 것을 확인했다. 이러한 결과는 해당 과정 의존적인 물질대사의 상향 조절을 통해 TNBC의 암화에 기여하는 CTGF의 새로운 역할을 시사한다. 또한 타목시펜 치료 후 재발하는 유방암 환자에서 Yes-associated protein (YAP), CTGF, CYR61은 상향 조절되고 ERα는 하향 조절되어 있는 것을 발견했다. YAP, CTGF, CYR61 및 ERα의 발현 사이에 음의 상관 관계가 존재함을 확인했다. 타목시펜 저항성 세포에서 CTGF와 CYR61을 knockdown 했을 때 타목시펜에 대한 저항성이 감소하는 것을 확인했다. 또한, 타목시펜 저항성 세포에서 증가된 EGFR 신호가 YAP 활성을 증가시키고, YAP 하위인자인 CTGF 및 CYR61을 유도하는 것을 확인했다. CTGF 및 CYR61은 ERα의 프로모터 영역에 직접 결합하여 전사 수준에서 ERα의 하향 조절을 유도하는 것을 확인했다. 대사 재프로그래밍은 암의 주요한 특징 중 하나로 잘 알려져 있습니다. 산소가 있는 상태에서도 해당 과정 의존적인 형태로의 대사 재프로그래밍은 유방암의 증가된 성장과 이동능력을 지원하는 것으로 알려져 있다. 최근 보고된 연구에서 흥미롭게도 히알루론산과 해당 과정 사이의 연관성을 보여주었으며, 이는 ECM 구성요소와 포도당 대사 사이의 상호 연결의 가능성을 의미한다. 이와 유사한 맥락에서 본 연구에서는 CTGF가 GLUT3를 유도하여 해당 과정을 증가시켜 유방암의 성장과 이동능력을 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 또한 이전 연구들은 유방암 진행 과정에서 ER 발현이 손실될 수 있다는 증거를 보고했다. 유방 종양의 재발 후 원래 발현하던 ER, PR 및 HER2의 발현을 잃는 사례도 보고된 적이 있다. 이러한 연구들은 ER의 손실이 유방암의 진행과 관련이 있음을 보여준다. 본 연구에서는 타목시펜 내성 유방암에서 과발현 되는 CTGF와 CYR61이 ERα의 하향 조절을 유도하는 것으로 확인했다. 또한 CTGF가 TNBC 및 등급이 높은 종양에서 과발현 됨을 확인하였고 이는 CTGF 발현이 유방암 진행의 인자로 작용할 수 있음을 시사한다. 종합하여, 본 연구는 TNBC 및 타목시펜 저항성 유방암에서 CTGF 및 CYR61의 새로운 역할을 제시하며 유방암에서의 작용기전에 대한 분자적인 수준에서의 이해를 제공한다.|Breast cancer is one of the most common cancers occurring worldwide, leading the cause of death in women globally. About 70% of breast cancer are known to be estrogen receptor (ER)-positive. Tamoxifen, a competitive inhibitor of estrogen, has been commonly used as a therapeutic option for ER-positive breast cancer patients. However, although tamoxifen treatment has reduced the mortality rate of breast cancer by 30%, about 40% of ER-positive breast cancer patients are known to acquire resistance to it. In the meanwhile, triple-negative breast cancer (TNBC) is a subtype of breast cancer, defined by the negative expression of ER, progesterone receptor (PR), and human epidermal growth factor receptor 2 (HER2). Comprising of 10-20% of invasive breast cancer cases, TNBC is known to have poorer prognosis, higher tumor size and grade, higher risk of distant metastasis. Compared with other breast cancer subtypes, the negative expression of ER, PR, and HER2 renders hormone therapy and HER2-targeted therapy ineffective against TNBC. Therefore, chemotherapy is considered as the main systemic treatment option. However, although 20% of TNBC is known to respond to conventional treatments including surgery and chemotherapy, there is a high tendency of recurrence compared to other breast cancer subtypes. Therefore, identifying novel therapeutic targets for those breast cancers could contribute to improving the clinical outcome of breast cancer. In this study, it was demonstrated that connective tissue growth factor (CTGF), and cysteine-rich angiogenic inducer 61 (CYR61) are involved in breast cancer progression. CTGF was found to be overexpressed in TNBC cell lines and patient tissues. Through performing CTGF knockdown experiments, it was found that CTGF supported cell growth and motility in vitro, and tumorigenesis in vivo. Mechanistically, CTGF was found to upregulate GLUT3 through the integrin αvβ3/FAK/Src/NF-κB p65 signaling axis. Also, CTGF-mediated upregulation of GLUT3 expression led to increased glycolysis followed by increased cell proliferation, migration, and invasion. These results suggest a novel role of CTGF in supporting the aggressive phenotypes of TNBC through upregulation of glycolysis. Also, in recurrent breast cancer patients following tamoxifen treatment, Yes-associated protein (YAP), CTGF, and CYR61 were upregulated while ERα was downregulated. A negative correlation was observed between the expression levels of YAP, CTGF, and CYR61, and ERα. It was found that ablation of CTGF and CYR61 in a tamoxifen-resistant (TR) cell line increased sensitivity of the TR cells to tamoxifen. Also, increased EGFR signaling in the TR cells led to increased YAP activity, followed by upregulation of CTGF and CYR61, well known YAP downstream effectors. CTGF and CYR61 was found to directly bind to the promoter regions of ERα, leading to downregulation of ERα at the transcriptional level. Metabolic reprogramming is well known as a hallmark of cancer. Metabolic reprogramming to enhanced glycolysis even in the presence of oxygen is known to support the increased growth and metastasis of breast cancer. A recent study demonstrated an interesting link between hyaluronic acid and glycolysis, indicating an association between ECM components and glucose metabolism. In that context, CTGF was found to induce GLUT3, leading to increased glycolysis, supporting enhanced growth, migration, and invasion of breast cancer. Previous studies have shown evidence that during the course of breast cancer progression, ER expression can be lost. Also, after recurrence, some cases of breast tumors, which originally expressed ER, PR, and HER2, show loss of expression of those receptors. These studies demonstrate that loss of ER is associated with breast cancer development. In this study, it is shown that CTGF and CYR61, which is overexpressed in endocrine therapy-resistant breast cancer, leads to downregulation of ERα. Also, it is demonstrated that CTGF is overexpressed in TNBC and high-grade tumors, indicating that CTGF expression may act as a driving force for breast cancer progression. Together, the findings in this study indicate a novel role of CTGF and CYR61 in TNBC and tamoxifen-resistant breast cancer and provides an additional dimension to their function in breast cancer.