Role of TGFBI as an Ascending-Specific Secretory Regulator in the Colon

Abstract

The colon preserves mucosal homeostasis through regionally coordinated secretion of proteins that support epithelial barrier integrity and extracellular matrix (ECM) remodeling. To determine whether these secretory processes differ across anatomical segments, I screened for segment-specific secreted proteins in the mouse colon and examined their functions. Ex vivo analysis identified TGFBI as a predominantly soluble factor released in the ascending and transverse colon, whereas SERPINB5 secretion was largely confined to the transverse colon and occurred mainly via extracellular vesicles, despite minimal segmental differences in mRNA levels. Notably, TGFBI was specifically enriched in the ascending colon basement membrane. Consistently, unavoidable experimental stress of washing with PBS caused more severe tissue impairment in the ascending than in the descending colon, suggesting a segment-specific requirement for TGFBI. Although TGFBI-deficient mice displayed no overt morphological abnormalities, PBS washing induced greater epithelial damage in the ascending colon of knockout mice compared with wild-type controls. Consistently, barrier integrity assays using size-dependent fluorescent tracers (OGD10, TRD70) showed that same stress induced TRD70 permeability was intrinsically higher in the ascending colon and further increased by TGFBI loss, whereas OGD10 retention remained comparable. On the other hand, under DSS exposure, TRD70 permeability remained elevated in proximal segments and increased more strongly in wild-type than knockout tissue, supporting a critical role for TGFBI in maintaining ascending colon barrier function. During DSS-induced colitis, TGFBI secretion maintained in the ascending and transverse colon, whereas SERPINB5 secretion showed a similar decline but increased in the descending colon. In line with the elevated macrophage presence during inflammation, cytokine-stimulation assays revealed segment-dependent regulation: IL-6 suppressed secretion of both TGFBI and SERPINB5, while IL-1β selectively enhanced TGFBI secretion, highlighting distinct cytokine-specific effects on epithelial secretome dynamics. Analyses of TCGA and CPTAC datasets demonstrated significantly elevated TGFBI expression in primary colon tumors, which correlated with poor patient prognosis. Across colon cancer cell lines, DLD1 cells exhibited the highest TGFBI secretion, further potentiated by IL-6 and IL-1β stimulation. Functionally, TGFBI depletion reduced colon cancer cell migration in wound healing assays but increased migration in transwell assays, indicating that TGFBI regulates distinct modes of cell motility and contributes to tumor progression. In support of an extracellular role, transwell migration was enhanced by conditioned media from TGFBI knockdown cells, suggesting that secreted TGFBI modulates cell migration in addition to its cellular expression. Collectively, these findings reveal that TGFBI is secreted in a colon-segment–specific manner to support epithelial integrity—particularly in the ascending colon—under homeostatic conditions, is dynamically regulated by cytokines during inflammation, and is upregulated in tumor environments where it modulates cancer-associated cell behaviors.;대장은 조직 항상성 유지를 위해 해부학적 구간에 따라 상피 장벽 안정성과 세포 외 기질 재구성을 지원하는 단백질을 차별적으로 분비할 가능성이 있다. 본 연구에서는 이러한 분비 체계가 실제로 구간별로 다르게 나타나는지 규명하고, 구간 특이적 분비 단백질의 기능과 병리적 의미를 분석하고자 하였다. Ex vivo 분석 결과, TGFBI는 상행결장과 횡행결장에서 주로 분비되는 가용성 인자로 확인되었으며 특히 상행결장 기저막에 특이적으로 축적되었다. 상행결장에서 PBS 세척이라는 불가피한 실험적 스트레스만으로도 하행결장보다 더 심한 조직 손상이 관찰되었으며, 이는 상행결장에서 TGFBI의 의존도가 높음을 시사하였다. 더 나아가 TGFBI 결손 마우스는 형태학적으로 정상과 유사해 보였음에도, 실험적 스트레스에 의해 상행결장에서 야생형 대비 심한 상피 손상이 유도되었다. 크기 의존적 형광 추적자를 이용한 장 투과성 분석에서도 TRD70의 투과성은 본래 상행결장에서 높았고 TGFBI 결손으로 인해 더욱 증가하였다. DSS 처리 시에도 TRD70 투과성은 상행결장에서 지속적으로 높았으며 야생형에서 결손마우스보다 더 크게 증가하여 상행결장에서 TGFBI의 장벽 보호 기능을 재확인하였다. DSS 유발 대장염에서 TGFBI 분비는 상행결장과 횡행결장에서 유지되었고 하행결장에서 증가하였다. SERPINB5는 횡행결장에서 감소, 하행결장에서 증가하였다. 사이토카인 자극 실험에서는 대장 위치 및 인자별 조절 양상이 확인되었는데, IL-6는 TGFBI와 SERPINB5 분비를 횡행, 하행결장에서 억제한 만면, IL-1β는 TGFBI 분비를 상행, 하행 결장에서 촉진하였다. 암 관련 분석에서도 TGFBI의 병리적 의미가 나타났다. TCGA 및 CPTAC 데이터에서 TGFBI의 발현은 원발성 대장암에서 유의하게 증가하였고 환자 예후 불량과 연관되었다. 대장암 세포주 분석에서도 DLD1은 가장 높은 TGFBI 분비를 보였으며 IL-6와 IL-1β 발현과 분비가 더욱 증가하였다. 기능적으로, TGFBI 결손은 wound healing assay에서 대장암 세포의 이동을 감소시킨 반면 transwell assay에서는 이동을 증가시켰으며, 이는 TGFBI가 서로 다른 세포 이동 양식을 조절하고 종양 진행에 기여함을 시사한다. 또한, TGFBI 결손 세포에서 얻은 배양액 처리 시 transwell 이동이 더욱 증가하여, 분비된 TGFBI 역시 세포 이동에 영향을 줄 가능성을 제시한다. 결론적으로, TGFBI는 정상 상태에서 상행결장에 특이적으로 분비되어 대장 장벽을 유지하는 핵심적 역할을 수행하며, 염증성 환경에서는 사이토카인에 의해 조절되고 종양 환경에서는 대장암 세포 이동성을 포함한 세포 행동에 영향을 미친다.