Syndecan-2, a multi-functional adhesion receptor in cancers

Abstract

Syndecan-2 is a member of transmembrane heparan sulfate proteoglycan family in vertebrates and participates in diverse biological processes. In fact, syndecan-2 is mainly expressed in mesenchymal cells and various cells in migratory condition. However, the specific function of syndecan-2 at the cancer cell surface is still unclear. Thus, I examined the roles and regulatory mechanisms of syndecan-2 in high motile colorectal cancer and fibrosarcoma cells and found that syndecan-2 is a multi-functional adhesion receptor to regulate tumorigenic activity of cancer cells. Since syndecan-2 might be involved in the regulation of various points during carcinogenesis, its functions were investigated in two different sets of colon cancer cells. To determine syndecan-2 function at the early stage of colon cancer, syndecan-2 was overexpressed in a low metastatic HT-29 cells. Overexpression of syndecan-2 in HT-29 cells induced distinct morphological changes of which piled up in layers without clear boundary and significantly increased tumorigenic activity based on elevated cell migration/invasion, anchorage-independent growth, and proliferation. Consistently, transplantation of HT-29 cells with high expression of syndecan-2 into nude mice showed increased tumor mass, and in tissue microarray and immonohistochemistry of colon cancer patient tissue showed that syndecan-2 was upregulated at early stage in colorectal carcinogenesis. Besides, MMP-7 expression was increased, paralled with syndecan-2 expression. proMMP-7 bound to syndecan-2 and syndecan-2 expression caused polarized MMP-7 localization on cell surface of HT-29 cells. Thus, these results strongly suggest that syndecan-2 enhances the metastatic potential of human colon carcinoma HT-29 cells through the induction and activation of MMP-7. In fact, in several colon cancer cell lines, syndecan-2 was highly expressed compared with normal cell lines. Cell biological studies using the extracellular domain of recombinant syndecan-2 (2E) or spreading assay with syndecan-2 antibody-coated plates showed that syndecan-2 mediated adhesion and cytoskeletal organization of most colon cancer cells. This interaction was critical for the proliferation of colon carcinoma cells. Blocking with 2E or antisense syndecan-2 cDNA induced G0/G1 cell cycle arrest with concomitantly increased expression of p21, p27, and p53. Furthermore, inhibition of syndecan-2 expression significantly reduced anchorage-independent growth in colon carcinoma cells. Therefore, increased syndecan-2 expression appears to be a critical for colon carinoma cell behavior, and syndecan-2 regulates tumorigenic activity through regulation of adhesion and proliferation in colon carcinoma cells. On the other hand, in HT1080 fibrosarcoma cells, syndecan-2 regulated migration, invasion into Matrigel and anchorage-independent growth, not cell-ECM adhesion or proliferation, suggesting that different functional roles of syndecan-2 in fibrosarcoma cells. Consistent with the increased cell migration/invasion of syndecan-2-overexpressing HT1080 cells, syndecan-2 overexpression increased phosphorylation and interaction of Focal adhesion kinase (FAK) and phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K), membrane localization of Tiam-1, and activation of Rac. Syndecan-2-mediated cell migration/invasion of HT1080 cells was diminished when (1) cells were cotransfected with nonphosphorylatable mutant FAK Y397F or with other FAK mutants lacking PI3K interactions, (2) cells were treated with a specific PI3K inhibitor, or (3) levels of Tiam-1 were knocked-down with small inhibitory RNAs. Furthermore, expression of several FAK mutants inhibited syndecan-2-mediated enhancement of anchorage-independent growth in HT1080 cells. Therefore, it is likely that syndecan-2 also regulates the tumorigenic activities of HT1080 fibrosarcoma cells and that tumorigenic activity of syndecan-2 in fibrosarcoma is regulated by FAK. Taken together, all these data strongly suggest that syndecan-2 plays critical roles in the neoplastic transformation of normal cells and the regulation of tumorigenic activity of both colon carcinoma and fibrosarcoma cells. Finally, these findings indicate that syndecan-2 plays a critical role as a multi-functional adhesion receptor in cancer progression.;Syndecan-2 는 transmembrane heparin sulfate proteoglycan 으로서 다양한 생물학적 기능에 관여한다. 주로 mesenchymal 세포와 여러가지 세포의 이동 환경에서 발현되는 것으로 알려져있으나, 암세포에서의 syndecan-2의 기능은 아직까지 잘 알려져 있지 않다. 이에 본 논문에서는 대장암 세포와 육종암 세포에서의 syndecan-2의 역할과 조절 메커니즘을 살펴보았고, 이를 통해 syndecan-2가 암세포의 암활성을 조절하는 다기능 세포부착 수용체임을 규명하였다. 우선, syndecan-2가 발암의 여러 단계의 조절에 관여할 수 있기 때문에, 대장암의 초기 단계에서의 syndecan-2의 기능을 알아보기 위하여, 전이성이 낮은 HT-29 세포주에 syndecan-2의 발현을 증가시켰다. HT-29 세포주에 syndecan-2의 증가는 세포와 세포의 경계가 없어지면서 세포가 쌓여자라는 모양의 변형을 유도하였고, 증가된 세포의 이동, 침투, 증식, 그리고 anchorage-independent growth에 기초한 현저히 증가된 암활성을 보였다. 또한, nude mice에 syndecan-2의 증가된 발현을 가진 HT-29 세포주를 주입했을 때, 암의 크기가 증가되었으며, 대장암 환자의 조직을 이용하여 tissue microarray, immunohistochemistry를 실시하였을 때, 대장암 진행의 초기 단계에서 syndecan-2의 발현이 증가됨을 보였다. 이러한 syndecan-2의 발현은 MMP-7 의 발현증가와 밀접하게 연관되어 있으며, syndecan-2에 의해 유도된proMMP-7은 syndecan-2에 결합하여, HT-29 세포주의 세포 표면에 편중되어 위치하였다. 따라서, 이러한 연구 결과는 syndecan-2가 MMP-7의 발현 유도와 그것의 활성을 통하여 HT-29 대장암 세포주의 전이 능력을 증가시킬 수 있음을 보여주는 것이다. 실제로, 여러 대장암 세포주에서 syndecan-2는 정상세포주에 비해 증가된 발현을 보였다. 재조합된 syndecan-2 의 extracellular 도메인 (2E)을 이용한 adhesion assay나 syndecan-2 항체를 이용한 spreading assay는 syndecan-2가 대부분의 대장암 세포의 부착과 cytoskeletal organization을 조절할 수 있음을 보여주었다. 또한, 이러한 상호작용은 대장암 세포의 증식에 매우 중요함을 보였다. 2E나 syndecan-2 안티센스 cDNA를 이용하여 syndecan-2를 저해했을 때, 세포주기의 G0/G1 arrest 가 유도되었고, 이와는 반대로 p21, p27, 그리고 p53의 발현이 증가되었으며, 대장암 세포의 anchorage-independent growth가 현저히 감소되었다. 따라서, 이러한 결과들은 증가된 syndecan-2의 발현이 대장암 세포의 작용에 매우 중요하며, syndecan-2가 이들 세포들의 세포부착이나 증식의 조절을 통하여 암활성을 조절한다는 것을 제시한다. 반면에, HT1080 육종암 세포에서 syndecan-2는 암세포의 이동, matrigel로의 침투, 그리고 anchorage-independent growth의 조절에 관여하나, 세포의 ECM의 부착, 증식엔 관여하지 않음으로써, 육종암 세포에서 다른 역할을 수행할 수 있음을 보여주었다. HT1080 세포주에서 증가된 syndecan-2의 발현으로 인한 세포의 이동과 침투의 증가는 focal adhesion kinase (FAK)와 phosphatidylinositol-3 kinase (PI3K) 의 인산화와 서로간의 상호작용의 증가를 유도하였고, Tiam-1의 세포표면으로의 이동과, Rac의 활성을 증가시켰다. 이와는 반대로, 1) 인산화될 수 없는 돌연변이 FAK Y397F 또는 PI3K와의 상호작용을 막는 FAK 돌연변이를 도입시켰을 때, 2) 특이적 PI3K 저해제를 세포에 처리했을 때, 또는 3) siRNA를 이용해 Tiam-1의 발현을 억제시켰을 때, syndecan-2 에 의한 HT1080 세포주의 세포 이동과 침투가 저해되는 것을 관찰하였다. 이러한 결과들은 syndecan-2가 FAK를 통해서 육종암의 암활성을 조절할 수 있음을 보여주는 것이다. 결론적으로, syndecan-2는 대장암과 육종암 세포 모두의 암활성 조절에 깊게 관여함으로써, 암의 진행에 있어서 다기능 부착 수용체로서 중요한 역할을 수행함을 제시한다.