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The role of the AP-1 member Fra-1 in epithelial-mesenchymal transition and carcinogenesis
Ivana Custic
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Hartmut Beug
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30166.78305.131153-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die epithelial-mesenchymale Transition (EMT) ist ein mehrstufiger Prozess in welchem sich polarisierte, adhäsive, epitheliale Zellen zu nicht-polarisierten und wandernden mesenchymalen Zellen verändern. Ein wichtiger Schritt im Fortschreiten eines Tumors ist die Fähigkeit, in entfernte Organe zu metastasieren. In den letzten Jahren wurden eine große Zahl von Ergebnissen und Argumenten publiziert, dass EMT in diesen Prozessen eine zentrale Rolle spielt. Aus diesem Grund sollte die Erforschung der molekularen Mechanismen, welche die EMT kontrollieren, auch zu neuen Strategien für therapeutische Intervention führen. Der dimer-bildende Transkriptionfaktor AP-1 (Fos/Jun) ist mit onkogener Transformation assoziiert und viele Studien zeigten, dass die ektopische Expression von c-Fos, und zu einem geringerem Ausmaß auch von c-Jun, zelluläre Depolarisation und viele Eigenschaften von EMT hervorrufen. Vor kurzem konnte gezeigt werden, dass das Fos Protein Fra-1 die Motilität und die Invasivität von humanen Krebszell-Linien moduliert. Die molekularen Mechanismen hinsichtlich der Mitwirkung von AP-1 Proteinen bei EMT sind noch unbekannt.
In dieser Arbeit befasse ich mich mit der Rolle von Fra-1/AP-1 in der EMT unter Verwendung eines zellulären in vitro Systems und in vivo Transplantation dieser Zellen in Mäuse. Die ektopische Expression von fra-1 in vollständig polarisierten, nicht-tumorigenen Maus-Brustepithelzellen (EpH4) und deren tumorigenen, aber noch polarisierten Derivat, den HaRasV12 Zellen (EpRas), hatte drastische Veränderungen von Morphologie und Verhalten der Zellen zur Folge. Der bekannte epitheliale Marker E-Cadherin wurde hinunter,- und mesenchymale Marker wie Fibronektin hinaufreguliert, was die Vermutung nahe legt, dass Fra-1 EMT auslösen kann. Weitere in vitro Charakterisierungen ergaben ein erhöhtes proliferatives, migratorisches und invasives Potential von Fra-1-exprimierenden Zellen. Transiente Knock-down Experimente wiesen darauf hin, dass die beobachteten Veränderungen von Fra-1 abhängig sind. Von besonderer Bedeutung ist, dass sich in Xenograft-Experimenten herausstellte, dass EpH4fra-1 Zellen tumorigen und metastasierend sind, während eine Überexpression von Fra-1 das metastatische Potential der EpRas Zellen erhöhte. Das Genexpressionsprofil bestätigte den Verlust an Expression epithelialer Gene und die Hinaufregulierung mehrerer mesenchymaler Marker in Fra-1-exprimierenden Zellen. Weiters konnten mehrere deregulierte Gene gefunden werden, die bereits mit EMT, Migration oder Invasivität assoziiert wurden unter ihnen AP-1 regulierte Gene wie Matrix-Metalloproteasen. Eine nachfolgende molekulare Analyse ergab, dass die Transkriptionsfaktoren, E-Cadherin Repressoren und EMT-assoziierten ZEB Proteine neue, direkt von Fra-1/AP-1 regulierte Gene sind. Schließendlich zeigten transiente Knock-down Experimente, dass eine Hinaufregulation von ZEB1 und/oder ZEB2 für die Induktion von EMT in Fra-1 überexprimierenden Zellen verantwortlich ist. Zusammenfassend zeigt diese Studie eine neue Funktion von Fra-1/AP-1 als wichtigen Auslöser und Regulator von EMT und eröffnet eine potentielle Verbindung zwischen AP-1 Transkriptionsfaktoren und den E-Cadherin Repressoren ZEB1 und ZEB2.
Abstract
(Englisch)
Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is a multi-step process whereby polarized, adherent epithelial cells convert into non-polarized and migratory mesenchymal cells. An important step in cancer progression is the ability of primary tumor cells to disseminate and metastasize to distant organs. To date, a large amount of evidence indicates that EMT is central to these processes. Therefore, elucidating the molecular mechanisms that control EMT might unravel potential therapeutic targets. The dimeric transcription factor AP-1 (Fos/Jun) has been associated with oncogenic transformation and ectopic expression of c-Fos and to a lesser extent c-Jun have been reported to cause cellular depolarization reminiscent of EMT. More recently, the Fos protein Fra-1 has been shown to modulate the motility and invasiveness of human cancer cell lines. However, the molecular mechanisms and targets of AP-1 in EMT are still unknown.
In this study I have addressed the role of Fra-1/AP-1 in EMT using a cellular model in vitro as well as transplantations in vivo. Ectopic expression of fra-1 in fully polarized, non-tumorigenic mouse mammary epithelial cells EpH4 and their HaRasV12-transformed, tumorigenic but still polarized derivatives resulted in dramatic changes in cell morphology and behaviour. The major epithelial marker E-cadherin was downregulated, while mesenchymal markers such as fibronectin were upregulated suggesting that Fra-1 triggers EMT. Further in vitro characterization revealed increased proliferative, migratory and invasive potential of the Fra-1-expressing cells. Transient knock-down experiments indicated that the observed changes were Fra-1-dependent. Most importantly, xenograft transplantation experiments revealed that the EpH4fra-1 cells are tumorigenic and metastatic in vivo, while Fra-1 overexpression increased the metastatic potential of EpRas cells. Gene expression profiling confirmed the loss of epithelial gene expression and the upregulation of several mesenchymal markers in the Fra-1-expressing cells. Furthermore, several genes previously associated with EMT, migration and invasiveness were found deregulated, among them AP-1 transcriptional targets such as matrix metalloproteases. Subsequent molecular analysis revealed that the transcription factors, E-cadherin repressors and EMT-associated ZEB1/2 proteins are novel direct Fra-1/AP-1 transcriptional targets. Finally, transient knock-down experiments indicated that up-regulation of ZEB1 and/or ZEB2 is responsible for the induction of EMT in Fra-1-overexpressing cells. In summary, this study revealed a new function of Fra-1/AP-1 as an important inducer and regulator of EMT and unravelled a potential link between the AP-1 transcription factors and the E-cadherin transcriptional repressors ZEB1 and ZEB2.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
carcinogenesis solid tumors metastasis formation transcription factor AP-1 Fra-1 Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT)
Schlagwörter
(Deutsch)
Karzinogenese solide Tumore Entstehung von Metastasen Transkriptionsfaktor AP-1 Fra-1 Epithelial-Mesenchymale Transition (EMT)
Autor*innen
Ivana Custic
Haupttitel (Englisch)
The role of the AP-1 member Fra-1 in epithelial-mesenchymal transition and carcinogenesis
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
171 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Dany Chalbos ,
Robert Eferl
AC Nummer
AC07806056
Utheses ID
6880
Studienkennzahl
UA | 091 | 490 | |