Regulation of Syndecan-2 Expression and Shedding during Colonic Inflammation

Abstract

Syndecan-2, a member of transmembrane heparan sulfate proteoglycan, plays a crucial role in the progression of cancer, but its regulation in inflammatory responses has not been explored in recent days. According to the previous study, syndecan-2 expression is increased on the colonic epithelium during chronic inflammation. Here, I report that syndecan-2 exhibits the site-specific colonic expression during acute colonic inflammation. The DSS-induced colitis in mouse model revealed that syndecan-2 expression was elevated predominantly in the proximal colon. This increased expression of syndecan-2 correlated with augmented CD4+ IL-17A+ T cells infiltration in the proximal colon. Moreover, the serum levels of IL-17A were increased during the acute inflammation. However, these responses were barely detected in Rag-1-/- mice under the same condition of colitis-induction, suggesting involvement of T cells, especially Th17 cells. IL-17A directly induced IL-17RA and syndecan-2 expression in ex vivo-cultured proximal colon tissues and adenoma cell lines originated from proximal colon. Elevation of both syndecan-2 and IL-17RA expressions were also observed in other acute inflammatory diseases such as CLP-induced sepsis mice and infectious pan colitis patients, suggesting that acute inflammation induces syndecan-2 expression predominantly in the proximal colon via IL-17A-IL-17RA signaling. Interestingly, the extracellular domain shedding was not observed during acute inflammation. Syndecan-2 shedding began to increase after the 12th week of DSS-induced chronic inflammation and the significant elevation was detected after the 15th week. This elevation was correlated with increased syndecan-2 and MMP-7 expression in trans-distal colon tissues, and colocalization of two molecules in the same region was a critical factor in stimulating syndecan-2 shedding. Among several proinflammatory cytokines, only IL-6 was progressively increased its serum level and sustained its mRNA level in the trans-distal colon tissues. IL-6 directly induced both syndecan-2 and MMP-7 expression and syndecan-2 shedding in ex vivo cultured trans-distal colon tissues and adenoma cell lines originated from distal colon. Consistently, in cancer models, colocalization of syndecan-2 and MMP-7 was frequently observed in distal colon tissues with increased level of shed syndecan-2. Together, these data demonstrate that IL-6 production during chronic inflammation induces syndecan-2 shedding in the trans-distal colon by regulating MMP-7 expression. Given the unique characteristic of site-specific syndecan-2 expression in colon and the convenience of diagnosis with serum shed syndecan-2, syndecan-2 is likely to be a potential biomarker for inflammation and inflammation-associate diseases.;Syndecan-2는 세포표면에 발현하고 있는transmembrane heparan sulfate proteoglycan 으로써 발암과정에서 중요한 역할을 한다고 알려져 있다. 그러나 발암의 원인 중 하나인 염증반응과정동안 syndecan-2의 역할은 현재까지 규명되지 않았다. 이전 연구결과, syndecan-2는 만성 대장 염증과정에서 대장의 상피세포에 특이적으로 발현이 증가한다고 알려져 있다. 본 논문에서는 급성 대장 염증반응에서 대장 부위별로 특이적인syndecan-2의 발현을 확인하였다. DSS 유도 대장염증 마우스의 근위부 대장에서 syndecan-2가 현저하게 증가하는 것을 확인하였다. 하지만, 성숙된 B, T 세포를 만들지 못하는 Rag-1-/- 마우스에서는 대장염증이 유도되어도syndecan-2의 발현이 거의 증가되지 않았다. 근위부 대장에서 syndecan-2의 발현 증가는 침윤된CD4+IL-17A+ T 세포 수의 증가와 관련 있음을 규명하였다. 또한, 대장염증이 유도된 마우스의 혈청에서 IL-17A 수치가 증가되는 것을 확인하였으나, Rag-1-/- 마우스에서는 그 증가가 관찰되지 않았다. IL-17A 이 IL-17RA 와syndecan-2의 발현을 직접적으로 증가시킴을 근위부 대장암 유래 세포주 배양과 마우스 대장조직 ex vivo배양을 이용하여 규명하였다. 근위부 대장암 유래 세포주인 SNU1235에서 siRNA를 이용한 IL-17RA knockdown 은 IL-17A를 통한 syndecan-2 발현증가를 감소시켰다. 또한, IL-17A-/- 마우스에서는 대장염증을 유도하였음에도 불구하고 syndecan-2와 IL-17RA의 증가가 없었다. 마지막으로, DSS에 의한 대장 염증 유도가 아닌 CLP유도 패혈증 마우스 모델, 그리고 급성궤양성 대장염 환자의 대장 조직에서도 근위부 대장 상피세포에서 syndecan-2와 IL-17RA는 증가하지 않았다. 이와 더불어, 다양한 요인들에 의하여 증가된 syndecan-2의 발현은 완전한 세포외도메인 조각으로 shedding될 수 있다. 이전 논문들에 의하면 이 shedding된 조각이 암환자의 혈청에서 발견되었다고 보고되고 있어, 본 논문에서는 염증반응이 syndecan-2의 shedding을 촉진시키는지 확인해 보았다. C57BL/6 마우스에 DSS를 이용한 대장염증을 유도하였을 때, 만성염증이 유도된 지 12주 후부터 syndecan-2 조각이 혈청에서 발견되었다. 혈청에서의 syndecan-2 조각 증가는 말단부 대장에서의 syndecan-2와 MMP-7 발현 증가와 연관성이 있음을 규명하였다. 또한, syndecan-2와 MMP-7의 위치가 공존하는 것이 syndecan-2 shedding에서 매우 중요하다는 것을 증명하였다. 마우스 혈청안의 염증성 사이토카인 수치를 분석하였을 때, IL-1, IL-6 와 IL-17A 가 모두 염증유도 15주차에 증가하였지만, 그 중 IL-6만 염증유도 기간동안 점증적으로 증가하였고, 말단부 대장조직에서의 증가된 IL-6 mRNA 수치도 9주에서 15주차 동안 유지되었다. IL-6는 syndecan-2와 MMP-7의 발현, 그리고 syndecan-2 shedding을 직접적으로 유도함을 말단부 대장암 유래 세포주 배양과 마우스 대장조직 ex vivo배양을 이용하여 규명하였다. 흥미롭게도, 저산소 환경은 syndecan-2의 발현을 증가시켰지만, MMP-7의 발현을 억제함으로써 syndecan-2의 shedding을 저해하였다. 최종적으로, 대장암 동물 모델인 AOM-DSS 마우스 모델과 대장암 환자들의 대장조직에서 syndecan-2와 MMP-7의 공존이 더 많이 관찰되었다. 따라서, 본 논문에서는 급성 대장염증 반응에 의한 근위부 대장에서의 syndecan-2발현이 IL-17A-IL-17RA 신호전달을 통해 초기 염증반응에서 일어난다는 것을 근위부 대장에서 확인하였다. 이에syndecan-2발현 증가는 급성 염증반응에서의 생체 표지자 로서의 가능성을 제시한다. 또한, 만성 염증반응에서는 IL-6에 의한 말단부 대장에서의 syndecan-2와 MMP-7의 발현이 syndecan-2의 shedding을 유도함으로써 지속적인 대장염증 과정, 더 나아가 초기 대장암 발달을 확인할 수 있는 표지인자로서 가능성을 시사한다.