Syndecan-2-mediated matrix metalloproteinase-7 regulation in colon cancer cells

Abstract

Syndecan-2, a cell surface heparan sulfate proteoglycan, is highly expressed in colon cancer cells and participates in diverse biological processes, especially cancer cell migration and invasion. Although syndecan-2 is known to induce matrix metalloproteinases-7 (MMP-7) expression in colon cancer cells, the underlying regulatory mechanism remains unknown. Here, I investigated regulatory role of syndecan-2 to induce MMP-7 expression and their functional roles in colon cancer activity regulation. The cytoplasmic domain was closely associated with syndecan-2-medaited MMP-7 expression in HT-29 colon cancer cells. Increased syndecan-2 expression resulted in increased membrane localization of protein kinase Cγ(PKCγ). Particularly, phosphorylation of serine 198 at the variable region of syndecan-2 cytoplasmic increased phosphorylation of both FAK and ERK, and syndecan-2-mediated MMP-7 expression, suggesting that syndecan-2 cytoplasmic domain regulates expression of MMP-7 through PKCγ-mediated activation of FAK/ERK pathway. Increased expression of MMP-7 excreted as a pro-form of MMP-7. Interestingly, syndecan-2 extracellular domain directed interacted with pro-domain of MMP-7. Studies with a series of syndecan-2 extracellular domain deletion mutants and pro-domain of MMP-7 showed that the interaction was mediated through the extracellular domain of syndecan-2 (human residues 41 to 60) with α2 helix-loop-α3 helix at pro-domain of MMP-7. Consistently, interaction defective syndecan-2 mutants (replacing either Tyr 51 into Ala or Ala 52 into Glu in syndecan-2) did not affect expression of MMP-7, but reduced syndecan-2-mediated anchorage-independent growth of HT-29 colon adenocarcinoma cells and MMP-7-medaited extracellular domain shedding of both syndecan-2 and E-cadherin, suggesting that the interaction of syndecan-2 extracellular domain with MMP-7 is important for colon cancer activity regulation. E-cadherin is one of molecule plays a mechanical role in mediating cell-cell interaction. Overexpression of syndecan-2 enhanced the E-cadherin shedding without changing level of transcriptional expression in HT-29 colon cancer cells. Inhibition of either expression or activity of MMP-7 reduced the extracellular shedding of E-cadherin, suggesting that syndecan-2 mediates E-cadherin shedding via MMP-7. Besides, HT-29 cells overexpressing syndecan-2 showed significantly lower cell-surface expression of E-cadherin, significantly decreased cell-cell contact and a more fibroblastic cell morphology, suggesting that supports the acquisition of a fibroblast-like morphology by regulating MMP-7 expression in a colon cancer cells. Taken together, all these data strongly suggest that syndecan-2 regulates colon cancer activity cooperative with MMP-7.;Syndecan-2 는 세포 표면에 존재하는 heparan sulfate proteoglycan 단백질중의 하나로써, 대장암 세포에서 높게 발현되고 있고 다양한 생물학적 프로세스에 관여하고 있고 특히, 암세포의 이동성과 침습에 중요한 역할을 하고있다. 그리고 syndecan-2 는 초기 대장암에서 matrix metalloproteinases-7 (MMP-7) 단백질의 발현을 증가 시키지만 정확한 그 메커니즘은 현재까지 규명되지 않았다. 그리하여 본 논문에서는 대장암 세포주에서 syndecan-2가 MMP-7을 특이적으로 조절하는 기전을 규명하였다. Syndecan-2 의 세포내 domain 중 V-region serine198 에 의한 PKCγ의 세포막 주위로의 이동이 FAK/ERK 라는 세포신호전달 단백질을 통해 MMP-7의 발현을 조절하는 것을 밝혔다. 더 나아가 syndecan-2에 의해 발현이 증가된 proMMP-7 이 다시 세포 표면의 syndecan-2와 직접적으로 결합함으로써 세포내 활성을 조절한다는 것을 규명하고자 구조적 연구 접근방식 (NMR 과 docking 모델 프로그램)을 활용하여 syndecan-2와 MMP-7 복합체 구조를 확립하였다. 사람의 syndecan-2 세포외도메인 내의 amino acid 51번째 타이로신 은 proMMP-7 의 α2helix-loop-α3helix 부위와 직접적인 결합을 통해서 대장암 세포내에서 비활성 상태의 MMP-7을 활성화된 엔자임으로 바꾸어 줌으로써 암 활성을 증가 시킬 수 있음을 밝혔다. 한편, 세포와 세포의 결합에 중요한 역할을 하고 암의 이동성 및 전이과정에 관여하고 있는 세포표면 단백질인 E-cadherin 은 최근 연구에 따르면 MMP-7에 의하여 세포간 결합이외에도 완전한 세포외도메인 형태로 잘리는 절단 (shedding) 을 통해 암세포의 활성을 촉진 한다고 보고되고 있다. 그리하여 본 논문은 대장암 세포에서 세포표면단백질인 syndecan-2 와 E-cadherin 간의 상관관계를 규명하였다. 흥미롭게도, 대장암 세포주인 HT-29 세포내에서 syndecan-2 는 E-cadherin의 유전자 발현변화 없이 MMP-7을 통한 E-cadherin 세포외도메인 절단을 증가시켜 상피세포(epithelial)를 결합 조직 형성(fibroblastic) 세포 형태로 모양을 변화 시키고 부분적 상피간엽이행(EMT) 현상을 매개하는 것을 밝혔다. 결론적으로, 초기 대장암세포에서 발현이 증가된 syndecan-2는 세포내기질을 붕괴시킬 수 있는 MMP-7의 발현을 증가시키고 발현 증가 뿐 아니라 그 활성도 결합을 통해 조절하여 암전이 기전이의 하나인 EMT현상도 유도할 수 있음을 밝혔다. 이러한 발견은 대장암 세포내 syndecan-2 발현을 통한 MMP-7 조절은 세포내 신호전달체계의 변화와 세포기질의 변화를 야기함으로써 추후 대장암의 치료제 개발에 효율적 접근이 용이할 것으로 기대된다.