Article

Hepsin colocalizes with desmosomes and induces progression of ovarian cancer in a mouse model

Molecular Pathology Unit and Center for Cancer Research, Massachusetts General Hospital, Charlestown, MA.
International Journal of Cancer (Impact Factor: 5.01). 11/2008; 123(9):2041-7. DOI: 10.1002/ijc.23726
Source: PubMed

ABSTRACT Hepsin is a serine protease that is widely expressed in different tissues and cell types, most prominently in the normal liver and kidney. Overexpression of hepsin has been associated with prostate cancers, ovarian cancers and renal cell carcinomas. The physiological functions of hepsin in normal tissues and tumors are poorly understood. To gain insight into its function in ovarian cancer, we analyzed the expression and subcellular localization of hepsin protein in ovarian cancer cell lines and tumors. We showed that the membrane-associated hepsin protein is present at desmosomal junctions, where it colocalizes with its putative proteolytic substrate hepatocyte growth factor. Consistent with the growing evidence that desmosomal junctions and their constituents play a role in cancer progression, we demonstrated that overexpression of hepsin promotes ovarian tumor growth in a mouse model. The ability of ectopic hepsin to induce tumor growth in mice is abrogated by the mutation of 3 critical residues in the catalytic domain, thus implicating the enzymatic activity of hepsin in promoting tumor progression.

Download full-text

Full-text

Available from: Zhenfeng Duan, Jul 05, 2015
0 Followers
 · 
105 Views
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Die Entdeckung und Untersuchung der Typ II transmembranären Serin Proteasen (TTSP) befindet sich noch immer in den Anfängen und obwohl erste Schritte schon gemacht wurden, bleibt noch ein weiter Weg, bis alle Fragen beantwortet sind. Dabei verschafft ihnen gerade die Lokalisation an der Zelloberfläche exzellente Voraussetzungen für die Kommunikation zwischen einzelnen Zellen und ihrer extrazellulären Umgebung. TTSP besitzen damit die Möglichkeit, entscheidungsrelevant in die Regulation von Zellantwort und Zellfunktion einzugreifen. Unter diesem Aspekt konnten neue Ergebnisse zu Expression und Regulation von TTSP auf humanen intestinalen Epithelzellen (IEC) in dieser Arbeit präsentiert werden. So wurde die Genexpression von MTSP-1, TMPRSS-2 und TMPRSS-4 sowie PAR-2 in humanen intestinalen Gewebeproben vor allem stark erhöht im Bereich des Caecums nachgewiesen. Hier könnte ein möglicher Zusammenhang mit der hohen Bakteriendichte im Dickdarm bestehen, die zur Induktion der TTSP führt. Vergleichend weisen die Proteasen ein sehr ähnliches Expressionsmuster auf. Insbesondere zeigte sich eine deutliche Koexpression der TTSP mit PAR-2 im GI-Trakt. Dies erscheint interessant, da PAR-2 durch MTSP-1 und TMPRSS-2 aktiviert werden kann und wirft die Frage nach der Existenz einer physiologischen Aktivierungskaskade zur Immunmodulation im humanen Intestinum auf. Weitergehend untersuchten wir die Regulation der TTSP in IEC nach direkter Exposition mit gramnegativen und grampositiven sowie invasiven und nicht-invasiven vitalen Bakterien unterschiedlicher Pathogenität. Am augenfälligsten imponierte hierbei die deutliche Suppression aller TTSP in beiden Zelllinien durch das kommensale Bakterium Enterococcus faecium. Dagegen werden TTSP durch weitere Bakterien differentiell induziert, wobei sich die Genexpression stärker in gering differenzierten HT29-Zellen als in gut differenzierten Caco2-Zellen zeigte. Neben Gramzugehörigkeit und invasivem/nichtinvasivem Verhalten bedingen somit weitere bakterielle Faktoren die Regulation der Genexpression der TTSP in IEC. Darauf basierend wurden IEC mit verschiedenen Bakterienpräparationen unterschiedlicher E. coli-Stämme exponiert. TTSP wurden erneut am deutlichsten in HT29-Zellen induziert, dies unter anderem durch die verschiedenen Präparationen des probiotischen E. coli Nissle 1917. Die Proteasen und PAR-2 werden differentiell durch einzelne Präparationen oder auch alle drei Präparationen induziert. Stärkster proinflammatorischer Stimulus ist dabei die hitzeinaktivierte Fraktion, welche zum Teil auch die deutlichste Induktion der TTSP hervorruft. Somit scheinen vor allem nicht-Protein hitzeresistente Faktoren, vermutlich Kohlenhydratstrukturen wie LPS zu einer starken Induktion von IL-8 und TTSP zu führen. Dagegen zeigt sich der bakterielle Überstand, also die von den Bakterien sezernierten Faktoren, in beiden Zelllinien als schwächerer Stimulus der TTSP-Induktion. Insbesondere induziert der Überstand eine nur sehr geringe proinflammatorische IL-8 Expression. Diesbezüglich zeigten weitere Experimente mit Zytokinen, LPS und Dexamethason, dass TTSP in IEC einer Regulation durch pro- und antiinflammatorische Stimuli unterliegen. So können proinflammatorische Zytokine TTSP und PAR-2 gleichsinnig induzieren. Dabei wirkt Dexamethason (immun-) modulatorisch auf die TTSP- und PAR-2 Expression und führt zur Suppression der durch proinflammatorische Zytokine induzierten TTSP-Expression. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass TTSP in humanen Gewebeproben des GI-Trakts expremiert werden. Sie unterliegen in IEC einer Regulation durch pro- und antiinflammatorische Stimuli und werden durch Bakterien unterschiedlicher Gramzugehörigkeit, Pathogenität und Präparation differentiell induziert. Damit scheinen TTSP im humanen Gastrointestinaltrakt einen wichtigen Beitrag innerhalb der angeborenen Immunmodulation auf mucosaler Ebene zu leisten. Type II transmembrane serine proteases (TTSP) are a new and expanding family of proteolytic enzymes. Currently little is known about their physiological functions, although it was shown that many TTSP are overexpressed in human tumors. In this study the expression and regulation of four TTSP (namely MT-SP1, Hepsin, TMPRSS-2, TMPRSS-4) on human intestinal epithelial cells using a real-time PCR was rewied. It could be shown that TTSP and PAR-2 are coexpressed in human gastrointestinal tissues and this with highest levels around coecum. In further inflammatory cell model studies using cytokines and different bacterial strains TTSP expression was detected. Interestingly Entercoccus faecium induced a considerable downregulation of expression. In contrast E. coli Nissle as a probiotic strain induced a strong overexpression. Different preparations of E. coli exhibit that the heat-inactivated preparation induced highest overexpression.
  • Source
    [Show abstract] [Hide abstract]
    ABSTRACT: Die Darmerkrankungen M. Crohn und Colitis ulcerosa gehören zur Gruppe der chronisch entzündlichen Darmerkrankungen. Diese Erkrankungen stehen wegen ihres langen, schweren und teilweise mit multiplen Komplikationen einhergehenden Verlaufes seit langem im Fokus der Wissenschaft. Sie sind durch eine diskontinuierliche, segmentale, im ganzen Gastrointestinaltrakt alle Wandschichten betreffende Entzündung (M. Crohn) bzw. eine kontinuierliche, die oberflächlichen Schleimhautschichten mit einbeziehende Entzündung (Colitis ulcerosa) charakterisiert. Die Hauptlokalisation für Läsionen bei M. Crohn liegt im terminalen Ileum bzw. proximalen Colon, die der Colitis ulcerosa befindet sich immer im Rectum und dehnt sich nachfolgend nach proximal aus. Die Hauptkomplikationen des M. Crohn liegen in Stenosen des Darmes, Fistelungen und Abszessen, bei der Colitis ulcerosa in Blutungen und einem im Vergleich zum M. Crohn weit erhöhten Entartungsrisiko begründet. Obwohl die Krankheitsbilder schon lange bekannt sind, konnte ihre genaue Ursache noch nicht eindeutig bestimmt werden. Viele Studien befassten sich mit der Pathogenese der beiden Erkrankungen. Unter anderem werden geographische, ethnische bzw. genetische Faktoren sowie bestimmte Verhaltensweisen, Infektionen, genetische Veränderungen, das Alter der Probanden sowie deren Geschlecht, virale bzw. bakterielle Infektionen sowie autoimmune Reaktionen als Faktoren diskutiert. Es häufen sich die Hinweise, dass virale bzw. bakterielle Infektionen, eine gestörte Schleimhautbarriere sowie autoimmune Entzündungsreaktionen für die Auslösung und Unterhaltung dieser Entzündungen ursächlich sind. Auf immunhistochemischer Ebene konnte z.B. eine verstärkte Expression des Protease-aktivierten Rezeptor 2 (PAR2) und von Tumornekrosefaktor alpha (TNFa) aufgezeigt werden. PAR2 ist ein G-proteingekoppelter Rezeptor, dessen Expression vor allem im Gastrointestinaltrakt nachgewiesen wurde. PAR2 kann durch eine proteolytische Spaltung, z.B. durch Trypsin, Chymotrypsin, aber auch durch membranständige Serin-Proteasen (TTSP) aktiviert werden. Bis heute ist jedoch die Funktion von PAR2 in Physiologie und Pathophysiologie des Gastrointestinaltraktes noch immer unzureichend verstanden. Um ein besseres Verständnis der Funktion von PAR2 in Bezug auf Entzündungsreaktionen zu erhalten, war die Fragestellung dieser Arbeit, das Expressionsmuster der den Rezeptor beeinflussenden Faktoren zu evaluieren. Zu diesen Faktoren gehören zum Beispiel die Gruppe der membranständigen Serin-Proteasen. Neben der Aktivierung von PAR2 übernehmen die membranständigen Serin-Proteasen wichtige Aufgaben in diversen physiologischen wie auch pathophysiologischen Zellfunktionen. Unter anderem sind sie in Aufgaben bei der Zellentwicklung, der Gerinnung, der Komplementaktivierung, der Wundheilung, der Verdauung, der Zell-Zell-Interaktion, aber auch bei Entzündungsreaktionen sowie bei Tumorwachstum und Metastasierung eingebunden. Bis heute gibt es in der Literatur keine Studien, die das Expressionsmuster der membranständigen Serin-Proteasen bei Entzündungen wie den chronisch entzündlichen Darmerkrankungen widerspiegeln. Aus diesem Grund haben wir bei vier Vertretern der membranständigen Serin-Proteasen das Expressionsmuster bei Gewebsbiopsieproben von Patienten mit M. Crohn und Colitis ulcerosa näher untersucht. Unsere Ergebnisse weisen für die gemessenen membranständigen Serin-Proteasen (TMPRSS2, TMPRSS4, MTSP-1 und Hepsin) erstmals ein statistisch signifikantes, deutlich erhöhtes Expressionsmuster bei den chronisch entzündlichen Darmerkrankungen M. Crohn und Colitis ulcerosa nach. Die statistisch signifikant erhöhte Expression der gemessenen membranständigen Serin-Proteasen liefert weitere Hinweise, dass die membranständigen Serin-Proteasen, zum Teil PAR2 vermittelt, in die Auslösung bzw. Unterhaltung und Modulation der chronisch entzündlichen Darmerkrankungen eingebunden sind. Für die Genese der chronisch entzündlichen Darmerkrankungen könnte dies, wie frühere Studien schon proklamierten, eine Serin-Protease abhängige Störung der Schleimhautbarriere sowie der mucosalen Immunabwehr bedeuten. Auch ist eine über membranständige Serin-Proteasen vermittelte Tumorgenese von colorectalen Karzinomen bei der Colitis ulcerosa denkbar. Mit diesem Wissen könnte in Zukunft möglicherweise ein diagnostischer Ansatz über die membranständigen Serin-Proteasen als Tumormarker sowie ein therapeutischer Ansatz über die selektive Blockade der Proteasen gegeben sein. Es gibt derzeit jedoch keine Daten, die das Expressionsverhalten der membranständigen Serin-Proteasen bei Tumoren von Patienten mit chronisch entzündlichen Darmerkrankungen näher beleuchten. Deshalb sind in der Zukunft weitere Untersuchungen notwendig, um die Genese sowie Therapie dieser Erkrankungen und aller auftretenden Komplikationen besser verstehen zu können. The inflammatory diseases Crohn disease and ulcerative colitis are part of the group of chronic inflammatory bowel diseases.