The function of Syndecan-2 in regulation of melanogenesis

Abstract

Syndecan-2, a transmembrane heparan sulfate proteoglycan that is highly expressed in melanoma cells, regulates melanoma cell functions (e.g., migration). Since melanoma is a malignant tumor of melanocytes, which largely function to synthesize melanin, I investigated the possible involvement of syndecan-2 in melanogenesis. Syndecan-2 expression did not affect the expression of tyrosinase, a key enzyme in melanin synthesis, but instead enhanced the enzymatic activity of tyrosinase by increasing the membrane and melanosome localization of its regulator, protein kinase CbII. Furthermore, UVB caused increased syndecan-2 expression, and this up-regulation of syndecan-2 was required for UVB-induced melanin synthesis. To investigate correlation between syndecan-2 and melanogenic compound, I had screened melanogenic regulatory compounds. Interestingly, I found that topical tacrolimus (FK506) that is widely used to treat vitiligo enhanced syndecan-2 expression. FK506 treatment increased the melanin contents (especially that of eumelanin) in both melanocytes and melanoma cells. This treatment did not affect the transcription levels of tyrosinase, but increased cellular levels of tyrosinase in both melanocytes and melanoma cells. FK506 also induces melanosome maturation by increasing intracellular pH, thereby enhancing the stability of melanosome-localized tyrosinase, and facilitates the transfer of mature melanosomes to keratinocytes under co-treatment with UVB. Therefore, these findings suggest that FK506 contributes to melanin synthesis by regulating the maturation of melanosomes and their transfer to keratinocytes. Besides, FK506 promotes migration of melanocytes. Surprisingly, FK506 enhances expression of syndecan-2 and this enhancement promotes activation of FAK and MMP14 expression, leading to increase migration in melanoma cells. In addition, FK506 increases tyrosinase activity by syndecan-2 mediated localization of PKCbII. These results suggest that FK506 enhances migration of melanoma cells and pigmentation through syndecan-2 expression. Taken together, this research strongly suggests that syndecan-2 regulates melanin synthesis and could be a potential therapeutic target for treating melanin-associated diseases.;멜라닌세포는 표피 기저층에 존재하며, 주변에 있는 케라틴세포의 영향을 받아 피부색소인 멜라닌을 만들어 낸다. 특히 자외선에 피부가 노출되면, 멜라닌세포는 멜라닌을 멜라닌소체에서 합성하고 가지돌기를 형성한다. 그러면 합성된 멜라닌소체가 가지돌기를 통해 케라틴세포로 이동하여 피부를 보호하고, 이동된 멜라닌소체에 의해 피부색이 결정된다. 신데칸-2은 세포표면에 존재하는 세포결합 수용체이며, 색소합성이 높은 흑생종에서 발현이 증가되어있다. 신테칸-2를 악성흑생종 세포주와 멜라닌 세포에 과발현시켰을 때 멜라닌 합성이 증가하였으며,si-RNA에 의한 신데칸-2 knockdown에서는 멜라닌 합성이 억제되었다. 이러한 멜라닌 합성과정에서 신데칸-2는 PKCbII의 활성증가를 매개하여, tyrosinase의 활성을 촉진하였다. 게다가 자외선을 멜라닌세포에 조사하였을 때 신데칸-2 발현이 증가하였으며, 그로 인한 멜라닌 합성 증가를 확인하였다. 이러한 결과는 신데칸-2가 멜라닌세포에서 자외선에 의한 멜라닌 합성기전에 관여하고 있으며, 색소질환과 관련된 새로운 타겟이 될 수 있음을 제시한다. FK506은 면역억제제로서 백반증 치료제로 사용되며, 멜라닌세포에서 멜라닌 합성과 세포이동성을 증가시킨다고 알려져 있다. 악성흑색종 세포에 FK506을 처리하였을 때, 멜라닌 합성과 tyrosinase 양이 증가하였다. 그러나 이 증가는 DNA전사과정과는 관련이 없었다. 그러나 FK506은 멜라닌소체의 pH를 증가시켜 성숙 정도를 촉진하였고, 그로 인해 tyrosinase가 안정화되어 양이 증가할 수 있게 기여하였다. 또한, FK506은 자외선에 의해 멜라닌소체가 케라틴세포로 이동되는 것을 촉진하였다. 홍미롭게도 FK506은 악성흑색종 세포주인 B16F10세포에서 세포의 이동성을 증가시킬 뿐만 아니라, 신데칸-2의 발현 또한 증가시켰다. 그리고 FK506은 focal adhesion 형성 및 MMP 발현을 촉진시켰으며, 이러한 증가는 si-신데칸-2에 의해 억제되었다. 이러한 결과는 FK506이 신데칸-2의 발현을 통하여 세포의 이동성을 조절하고 있음을 제시한다. 결론적으로 본 연구는 신데칸-2가 멜라닌합성을 조절하며, 색소질환 치료의 조절 기전으로 이용될 수 있음을 제시한다.