연구목표 1. Caveolin에 대한 translation study를 수행함으로서 종양발생 및 악성화 과정에서의 Caveolae 종양관련기능의 기능적 반전여부 및 신호전달 network의 특이성을 규명한다. 2. Caveolin의 기능을 세포증식, 사멸, 침윤, 내피세포부착, 이동성, 원격전이 등을 중심으로 분석함으로서 종양특이적 Caveolae 신호전달계의 분자적 특이성을 규명한다. 3. TCF-$\beta$1 등 다양한 cytokine 신호전달계와의 crosstalk의 특이성을 분석함으로서
연구목표 1. Caveolin에 대한 translation study를 수행함으로서 종양발생 및 악성화 과정에서의 Caveolae 종양관련기능의 기능적 반전여부 및 신호전달 network의 특이성을 규명한다. 2. Caveolin의 기능을 세포증식, 사멸, 침윤, 내피세포부착, 이동성, 원격전이 등을 중심으로 분석함으로서 종양특이적 Caveolae 신호전달계의 분자적 특이성을 규명한다. 3. TCF-$\beta$1 등 다양한 cytokine 신호전달계와의 crosstalk의 특이성을 분석함으로서 종양악성화 신호전달계의 master regulator로의 역할을 규명한다. 주요 연구내용 1. 위암 및 대장암을 대상으로 한 Caveolin gene family의 translational study 2. Caveolae/Caveolin 신호전달계의 oncogenic switch에 대한 연구 3. Caveolin-VCAM interaction이 종양세포의 원격전이에 미치는 영향에 대한 연구 4. TGF-$\beta$1 기능의 oncogenic switch와 Caveolae/Caveolin과의 관련성에 대한 연구 5. Caveolae/Caveolin과 TGF-$\beta$1의 전이촉진기능과의 관련성에 대한 연구 6. Cavelae/Caveolin 신호전달계에 기반한 새로운 종양특이적 지표인자의 탐색 주요 연구결과 1. Caveolin gene family의 mRNA 및 단백질 발현 양상을 조사한 결과 상당수의 세포주로부터 Caveolin 유전자 발현의 소실 또는 비정상적 감소가 발견되었다. 2. 종양세포주 및 조직에서 Caveolin-1$\alpha$, 2$\alpha$ 유전자 발현의 감소는 promoter CpG site hypermethylation과 같은 epigenetic alteration과 point mutation과 같은 genetic alteration이 관여함을 확인할 수 있었다. 3. Caveolin-1을 과발현하고 있는 세포주의 Cav-1은 cell growth를 촉진하고 있는 반면에 Caveolin-1 발현이 소실되어 있거나 비정상적으로 낮은 수준의 Caveolin-1을 발현하고 있는 경우 wt-Cav-1 expression이 tumor growth를 억제한다는 사실이 확인되었다. 4. Malignant tumor progression 과정에서 Caveolin 발현과 연관성을 보이는 genetic 또는 epigenetic event를 분석하였다. 세포주에서의 Caveolin의 발현양상과 K-Ras mutation 상태가 매우 유의하게 관련되어 있음이 주목되었으나 primary tumor tissue에서는 K-Ras mutation과 Caveolin 발현의 유의한 관련성이 확인되지 않았다. 5. 종양악성화에 따른 TGF-$\beta$1 과발현은 종양세포의 증식, 침윤, 전이 등 악성화와 밀접히 연관되어 있으나 TCF-$\beta$1의 oncogenic switch를 야기하는 분자적 기전은 미지의 상태이다. 본 연구결과 TGF-$\beta$1이 Ha-Ras와의 collaboration을 통해 종양세포의 분열을 촉진한다는 사실과 대표적인 anti-apoptotic factor인 XIAP가 이를 매개함을 최초로 확인하였다. 6. 본 연구를 통해 XIAP의 일부가 Caveolae내에 존재한다는 사실과 함께 XIAP가 Caveolae내에서 Ha-Ras 및 TGF-$\beta$1 receptor type I과 direct interaction한다는 사실을 확인하였다. 또한 siCav-1을 통해 Caveolin-1을 knockdown할 경우 XIAP의 caveolae localization이 붕괴되면서 TGF-$\beta$1 기능의 oncogenic conversion이 차단되고 TGF-$\beta$1 본래의 종양억제기능이 회복됨을 발견 하였다. 7. 따라서 XIAP의 Caveolae Iocalization은 XIAP가 Caveolae를 통하여 TCF-$\beta$1와 Ha-Ras를 연결하는 linker molecule임을 강하게 추론케 한다. 이는 본 연구의 가설로 제기한 바와 같이 종양악 성화과정에서 Caveotin이 다양한 cytokine의 biphasic effect를 매개하는 주요인자임을 시사하고 있다. 8. Caveolin-1과 XIAP 사이의 결합은 원형질막에 있는 lipid-raft 혹은 caveolae에서 발생하여, 그 결합이 증가할수록 ERK의 활성 후 지속적으로 노출되는 shear stress에 의하여 불활성화가 일어나는 현상을 발견하였다. 즉, shear stress에 의한 ERK의 활성은 transiently activation 되는데 이는 아마도 ERK inactivation 기전이 가동됨으로 나타나는 현상으로 이에 대한 불활성 기전에 XIAP와 Caveolin-1의 interaction이 관여하고 있음을 알 수 있었다. 9. XIAP의 새로운 antagonist로 발견된 XAF11은 인체 방광암, 신장암, 전립선암, 대장암 등에서 빈번한 promoter CpG sites hypermethylation과 이에 따른 발현감소를 보인다. XAF1은 p53의 protein stability를 증가시키면 p53 의존적으로 proapoptotic function을 발휘한다. 10. 본 연구를 통해 새로운 XAF1 isofrom이 발견되었으며, 당초 보고된 바와 달리 XAF1A를 포함한 모든 XAF1 isoform은 XIAP를 핵안으로 sequestering하는 effect를 나타내지 않았다. 또한 XAF1은 XIAP가 존재하지 않는 XIAP-null cell에서도 proapoptotic activity를 나타내었다. 따라서 XAF1의 proapoptotic effect는 XIAP와 무관하게 나타나는 현상임이 강하게 시사되었다.
Abstract▼
Purpose of study 1. Identification of molecular mechanisms underlying the oncogenic conversion of Caveolin function during the malignant progression of human tumors and characterization of related signaling pathways by performing comprehesive translational study of Caveolin genes. 2. Functiona
Purpose of study 1. Identification of molecular mechanisms underlying the oncogenic conversion of Caveolin function during the malignant progression of human tumors and characterization of related signaling pathways by performing comprehesive translational study of Caveolin genes. 2. Functional characterization of caveolin in human cancer cells based on its effect on cell proliferation, apoptosis, invasion, adhesion, migration, and distant metastasis. 3. Analysis of caveolin as a master regulator of tumor-specific signaling crosstalk: implicatipon for Caveolin in the oncogenic conversion of TGF-$\beta$1 function during the malignant progression of human carcinomas. Main study contents 1. Translational study of Caveolin gene family in human gastric and colon cancers 2. Oncogenic switch of faveolae/Caveolin function 3. Effect of Caveolin-VCAM interaction on distant metastasis of tumor cells 4. Implication of Caveolin in oncogenic switch of TGF-$\beta$1 function 5. Role for Caveolae/Caveolin in TGF-$\beta$1-mediated metastasis 6. Identification of novel markers applicable to Cavelae/Caveolin-based tumor therapy Major results 1. Loss or abnormal reduction of Caveolin expression was observed in a substantial fraction of human stomach and colon cancer cell lines and primary carcinomas. 2. Abnormal expression of Caveolin-1$\alpha$/2$\alpha$ showed a tight association with aberrant promoter CpG site hypermethylation. In addition, genetic alterations such as point mutations were found in both cancer cell lines and primary tumors. 3. While over expressed Caveolin-1 in some tumor cells stimulates cell proliferation, restoration of Caveolin-1 in non-expressing tumor cells exhibited anti-proliferative effect. 4. Abnormal reduction of Caveolin was significantly associated with K-Ras mutation in colon cancer cell lines, but this correlation was not verified in primary tumors. 5. We previously found that TGF-$\beta$1 exerts mitogenic effect through a collaboration with Ha-ras/mapk signaling. In the present study, we identified that an antiapoptotic factor XIAP is a critical mediator of the mitogenic conversion of TGF-$\beta$1 function in malignant cancers. 6. A small fraction of XIAP is localized in the plasma membrane and binds to Ha-Ras and TGF-$\beta$1 receptor type I in the caveolae. In addition, disruption of caveolae localization of XIAP using siRNA against Cav-1 abolishes the oncogenic conversion of TGF-$\beta$1 function and restores its tumor suppression function. 7. These results indicate that XIAP in the Caveolae plays as a molecular linker for the TGF-$\beta$1 and Ha-Ras signalings. This also supports our hypothesis that Caveolin might be a crucial factor mediating the biphasic effect of cytokines, including TGF-$\beta$1, in the malignant progression of human tumors. 8. Molecular interaction between Caveolin-1 and XIAP occurs in the lipid-raft or Caveolae. We also found that Erk activation in endothelial cells by shear stress is a transient phenomenon, which is affected by the interaction between Caveolin-1 and XIAP. 9. XAFI, a newly identified XIAP antagonist, is frequently inactivated in human bladder, kidney, prostate, and colorectal carcinomas by promoter CpC sites hypermethylation. XAF1 expression enhances the protein stability of p53 and exerts proapoptotic effect in the p53-dependent manner. 10. Our study demonstrates first the presence of new XAF1 isofroms (XAF1D and XAF1E) and none of the XAF1 isoforms carry XIAP-sequestering activity. Furthermore, all of the XAF1 isoforms exert proapoptotic function in both XIAP-null and XIAP-expressing cells, indicating that XAF1`s proapoptotic action is XIAP-independent.
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