PLOS ONE: Galektin-3 Underlättar cellrörlighet i ventrikelcancer genom uppreglering Proteas-aktiverad receptor-1 (PAR-1) och matrix metalloproteinas-1 (MMP-1)

Abstrakt

Bakgrund

Galektin-3 är känt för att reglera cancermetastas. Däremot har den underliggande mekanismen inte definierats. Genom DNA microarray studier efter galektin-3 tysta, visade vi här att galektin-3 spelar en nyckelroll i uppreglering av uttryck för proteas-aktiverad receptor-1 (PAR-1) och matrix metalloproteinas-1 (MMP-1) PAR-1 och därigenom främja magcancer metastaser.

Metodik /viktigaste resultaten

Vi undersökte uttrycksnivåerna Galectin-3, PAR-1, och MMP-1 i magcancer patientvävnader och även effekterna av att tysta dessa proteiner med specifika siRNA och med överuttryckande dem med särskilda Lenti-virala konstruktioner. Vi utnyttjas också zebrafisk embryo modell för analys av In vivo
magcancer cellinvasion. Dessa studier visade att: a) galektin-3 tysta minskar uttrycket av PAR-1. b) galektin-3 överuttryck ökar cellmigration och invasion och denna ökning kan vändas genom PAR-1 tysta, vilket indikerar att galektin-3 ökar cellmigration och invasion via PAR-1 uppreglering. c) galektin-3 interagerar direkt med AP-1 transkriptionsfaktor, och detta komplex binder till PAR-1-promotorn och driver PAR-1 transkription. d) galektin-3 förstärker också fosfor-paxillin, en PAR-1 nedströms mål, genom att öka MMP-1-expression. MMP-1 tystande block fosfor-paxillin förstärkning och cellinvasion orsakas av galektin-3 överuttryck. e) tysta antingen galektin-3, PAR-1 eller MMP-1 signifikant reducerad migration cell i kärlen i zebrafisk embryo modell. f) Galektin-3, PAR-1, och MMP-1 är mycket uttrycks och samlokaliserade i maligna vävnader från gastric cancerpatienter.

Slutsatser /Betydelse

Galektin-3 spelar huvud roll aktiverande cellytereceptor genom produktion av proteas och ökar gastrisk cancermetastas. Galektin-3 har potential att utgöra en värdefull farmakologisk mål för förebyggande av magcancer metastaser

Citation:. Kim S-J, Shin J-Y, Lee K-D, Bae Y-K, Choi I-J, Park SH, et al. (2011) Galektin-3 Underlättar cellrörlighet i ventrikelcancer genom uppreglering Proteas-aktiverad receptor-1 (PAR-1) och matrix metalloproteinas-1 (MMP-1). PLoS ONE 6 (9): e25103. doi: 10.1371 /journal.pone.0025103

Redaktör: Jean-Marc Vanacker, Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon, Frankrike

emottagen: 18 maj, 2011; Accepteras: 23 augusti 2011; Publicerad: 22 september 2011

Copyright: © 2011 Kim et al. Detta är en öppen tillgång artikel distribueras enligt villkoren i Creative Commons Attribution License, som tillåter obegränsad användning, distribution och reproduktion i alla medier, förutsatt den ursprungliga författaren och källan kredit

Finansiering:. Denna studie stöddes av National Cancer Center (NCC) i Sydkorea bidrag (NCC-0.910.150 och NCC-0.810.060), Innovative Research Institute for Cellterapi, Sydkorea (A062260) och denna forskning stöddes av Basic442 Science Research Program genom National Research Foundation (NRF) som finansieras av ministeriet för utbildning, vetenskap och teknik (1.031.790-1), Sydkorea. Finansiärerna hade ingen roll i studiedesign, datainsamling och analys, beslut att publicera, eller beredning av manuskriptet

Konkurrerande intressen:.. Författarna har förklarat att inga konkurrerande intressen finns

Introduktion

cancer som sprider (metastaser) från sin ursprungliga plats till en annan del av kroppen, kallas metastaserande cancer. metastaserande cancer har dålig prognos och hög dödlighet [1]. En fullständig förståelse av den biologiska mekanismen (s) deltar i metastas och rationella metoder för att förhindra eller kontrollera metastaser kan leda till praktiska metoder för att förbättra överlevnaden hos patienter som lider av metastaserande cancer. I tidigare studier har vi funnit att galektin-3 ökar magcancer cellrörlighet genom uppreglering fascin-1, en aktin-bunt cytoskelettala protein [2]. Galektin-3 är en 31 kDa kolhydratigenkännings protein, involverat i tumörbildning, cancercellernas tillväxt och metastaser [3], [4], [5] och dess höga uttryck i flera humana cancerformer har visat sig korrelera med dålig prognos av metastaserande cancer.

för att klargöra vilken roll galektin-3 i cancermetastaser, knackade ner vi dess uttryck i gastric cancerceller med hjälp av sin siRNA och granskat resultaten i genuttryck genom DNA microarray analys [6]. Bland tidigare resultat, fann vi signifikant sänkning av proteas-aktiverad receptor-1 (PAR-1), en medlem av familjen av trans G-proteinkopplade receptorer [7], och dess aktivator, matrismetalloproteas-1 ( MMP-1) (figur S1). Kluvna PAR-1 är auto-fosforylerad och omvandlade av extracellulärt signal (s) genom olika vägar, och spelar en avgörande roll i tumörmetastas [7], [8], [9]. Överuttryck av PAR-1 har rapporterats i flera cancerformer, däribland melanom, bröst och magsäck. MMP-1 är också uppreglerat i ett brett utbud av avancerad cancer, och en betydande negativ korrelation har observerats mellan dess uttryck och patientöverlevnad [10], [11], [12], [13]. Också flera studier funnit att MMP-1 spelar en avgörande roll i metastas av bröstcancer [14], lever och koloncancer [15], och magcancer [16], [17], bland annat. Det verkar som en gång utsöndras, MMP-1 befrämjar cancercellinvasion genom nedbrytning av extracellulära matriser och /eller submukosala lager av lymfkärlen [10], [14]. Ett flertal studier har visat att inhibering av MMP leder till inhibition av cellinvasion [18], [19].

essa upptäckter ledde oss att anta att galektin-3, PAR-1 och MMP-1 kan vara inblandad i öka migration och invasion av magcancer. För att testa denna hypotes genomförde vi studier för sin roll i gastric cancerceller. I båda In vitro Mössor och In vivo
studier använde vi zebrafisk embryo modell för att bestämma deras effekter på migration och invasion av cancerceller med levande organeller. Vi bestämde också uttrycksnivåer galektin-3, PAR-1 och MMP-1 i maligna vävnader från gastric cancerpatienter för kliniska korrelationer mellan dessa proteiner i prover från människa.

Resultat

Tysta galektin -3 eller PAR-1 minskar migration och invasion av mänskliga gastric cancerceller

uttrycksnivåer av galektin-3 och PAR-1 var hög i de flesta gastric cancercellinjer. Vi tystade galektin-3 och PAR-1 i MKN-28-celler med användning av de respektive siRNA. Behandling med galektin-3 siRNA minskade expressionsnivåer av både galektin-3 och PAR-1, medan PAR-1 siRNA behandling minskade endast PAR-1-expression medan ingen skillnad observerades i galektin-3 (Figur 1A). Transfektion av SNU-638 celler, som ursprungligen uppvisar inget uttryck galektin-3, med galektin-3-kodande plasmid resulterade i ökat uttryck av både PAR-1 och galektin-3 (Figur 1B). Tysta antingen galektin-3 eller PAR-1 minskade totala antalet migrera ( p Hotel < 0,001) (Figur 1C) och invaderande celler ( p Hotel < 0,001) (Figur 1D), nästan med hälften. Dessa data visade att galektin-3 ökade PAR-1 uttryck och både galektin-3 och PAR-1 modul magcancer cellmigration och invasion.

Galektin-3 förbättrar magcancer cellmigration /invasion genom att öka PAR-1 expression

Vi undersökte förhållandet mellan galektin-3-inducerade ökningar av cellmigration och invasion, å ena sidan och PAR-1 expression på andra sidan. Vi infekterade SNU638 celler med en lentivirus innehållande galektin-3-expressionskassetten, och undersökte uttryck för galektin-3 och PAR-1, och uppmätta cell migration. Vi fann att överuttryck av galektin-3 åtföljdes av ökad PAR-1 mRNA och proteinuttryck (Figur 2A), samt cellmigration ( p Hotel < 0,001) (Figur 2B) och cellinvasion ( p Hotel < 0,001) verksamhet (figur 2C). Dessa ökningar minskade med PAR-1 tysta. Dessa resultat tyder på att galektin-3 främjas migration och invasion av gastric cancerceller genom uppreglering av PAR-1.

Galektin-3 främjar PAR-1 transkription genom interaktion med AP-1-komplexet

försökte vi sedan att belysa hur galektin-3 reglerar PAR-1 expression. Eftersom det har rapporterats att AP-1 transkriptionsaktiviteten regleras av galektin-3 [20], har vi fokuserat på den roll som denna transkriptionsfaktor i detta avseende (figur 2D). Vi gjorde immunoprecipitation studier och fastställt att galektin-3 direkt interagerade med både Fra-1 och c-Jun i AP-1-komplexet, och att denna interaktion i samband med uppreglering av AP-1 transkriptionsaktivitet (Figur 2E). Därefter undersökte vi den DNA-bindande aktiviteten hos AP-1 med och utan galektin-3 av ChIP-analyser (Figur 2F). Vi fann att AP-1-komplex bundna promotorn av PAR-1 i närvaro av galektin-3, men inte i dess frånvaro. Vi bedömde även den transkriptionella aktiviteten av AP-1 genom luciferasanalysen efter transfektion av en reporterplasmid innehållande AP-1 bindningssekvens framför en luciferas-körning minimal promotor i LacZ eller galektin-3-överuttryckande SNU-638 celler ( p Hotel < 0,001) (Figur 2G). Den transkriptionella aktiviteten av AP-1 ökade signifikant i galektin-3-överuttryckande celler, men inte i LacZ överuttryckande celler. Dessa resultat antydde att galektin-3 underlättade bindning av PAR-1-promotorn genom att interagera med AP-1-komplexet, och därigenom öka PAR-1 expression genom transkriptionell reglering.

Galektin-3 ökar uttrycket av MMP-1 och aktiveringen av PAR-1 signalerar

MMP-1 har rapporterats att reglera PAR-1-aktivering genom klyvning av PAR-1 bundna intracellulär signalering, och att påverka cellinvasion [21]. Enligt figur S1, visade vi att galektin-3 regleras MMP-1-expression. Därför bekräftade vi sambanden mellan galektin-3, MMP-1 och PAR-1. Vi analyserade mRNA expressionsnivåer av MMP-9, som är ett nedströms mål av PAR-1 [8], efter att tysta galektin-3, MMP-1 och PAR-1 individuellt (figur 3A). Medan galektin-3 ljuddämpnings reducerade uttrycket av alla tre molekyler (MMP-1, PAR-1 och MMP-9), MMP-1 ljuddämpnings minskas endast MMP-9 uttryck och inte de av galektin-3 eller PAR-1. Intressant nog producerade PAR-1 tysta samma effekter som MMP-1 tysta. Vi upptäckte också fosforylering av cytoskelettprotein paxillin (pY181), ett kännetecken för PAR-1-aktivering [22], [23]. Efter tysta galektin-3, MMP-1 och PAR-1 individuellt, var phosphorylaion av paxillin minskat, vilket antydde galektin-3 regleras också PAR-1-aktivitet. Vi kontrollerade också en minskning av MMP-9 aktivitet efter tysta av galektin-3, MMP-1 och PAR-1 individuellt (figur 3A).

galektin-3-överuttryck SNU638 celler visade ökade uttrycksnivåer av MMP -1 och PAR-1-proteinet såväl som deras mRNA, förutom fosforylerad paxillin (pY181). I dessa celler, MMP-1 ljuddämpnings minskas fosforyleringen av paxillin utan att ändra expressionen av galektin-3 eller PAR-1 (figur 3B). Dessutom, MMP-1 ljuddämpnings reducerade cellinvasion, som utlöses av galektin-3 överuttryck ( p
< 0,001) (figur 3C), vilket innebär att galektin-3 ökade MMP-1-expression som leder till aktivering av PAR-1-signalering.

överuttryck av MMP-1 i cancerceller ökar cellinvasion genom aktivering av PAR-1 signalerar

Vi bekräftade att uppreglering av MMP-1 av galektin-3 är viktigt för aktiveringen av PAR-1-signalering och ökad gastric cancerceller invasion. Ett lentivirus (pLECE3 vektor) innehållande MMP-1-uttryckskassetten regleras av CMV-promotorn framställdes och infekterades i AGS gastric cancerceller (Figur 4A-B). Som förväntat, MMP-1 överuttryck ökade invasionen potential gastric cancerceller, och PAR-1 tysta omvända avsevärt denna ökning ( p Hotel < 0,001) (Figur 4B). Detta bekräftades också av det faktum att överuttryck av MMP-1 ökade fosforylering av paxillin, och att ytterligare tysta PAR-1 blockerade sådan fosforylering (Figur 4A). I MMP-1-överuttryckande celler, galektin-3 ljuddämpnings reducerade uttrycket av PAR-1, men inte det av MMP-1, och även fosforyleringen av paxillin och cell invasiv potential (figur 4A-B). Dessa observationer antydde att överuttryck av MMP-1 ökade cancercell invasivity genom aktivering av PAR-1-signalering. Tas alla tillsammans, föreslog dessa resultat att galektin-3 ökade expressionen av både PAR-1 och MMP-1, och att den ökade MMP-1-expression aktiveras PAR-1-signalering, som i sin tur, underlättade cancercellinvasion. Dessa händelser är schematiskt i figur 4C.

tysta galecin-3, PAR-1 eller MMP-1 block magcancer cell migration In vivo
i en zebrafisk modell

Transgena zebrafisk, Tg (kdrl: EGFP) ^{s843
[24], uttrycker EGFP specifikt i sin kärl. Motsvarande zebrafisk embryon är transparenta med grönt fluorescerande fartyg. Vi använde dessa fiskar för att genomföra In vivo
studier av magcancer cell migration mänsklig (Figur 5A). När den röda fluorescensmärkta AGS celler injicerades i gulesäcken av zebrafiskembryon vid 48 HPF (timmar efter befruktning), majoriteten av transplanterade AGS-celler var belägna i centrum av gulesäcken av de embryon genom 4 tim efter transplantation ( HPT). Efter 26 HPT, både normala och scRNA transfekterade celler migrerat till bålen regionen och bosatt i kärlet på bålen och /eller svans av embryon vid 50 hpt. Emellertid antalet av migrerade AGS-celler, i vilka var och en av galektin-3, PAR-1 eller MMP-1 tystas, minskade signifikant (figur 5B). Vi räknas också antalet zebrafiskembryon som visar migrerande celler och resultaten visas (Figur S2). Åttio 4-93 procent av zebrafisk embryon som transplanterats med kontrollceller eller scRNA behandlade celler visade celler migrerar in i deras bål och svans kärl vid 50 hpt. Dock endast 7 till 11% av embryon som transplanterats med celler i vilka galektin-3, PAR-1 eller MMP-1 tystades, visas migrerande celler. Dessa upptäckter föreslog, att först, zebrafisk embryo modellen kan användas för att övervaka migration av gastriska cancerceller som ett levande djur, och för det andra att tystande av vardera av galektin-3, PAR-1 och MMP-1 orsakade signifikant minskning av magcancer cell migration in vivo
.}

Uttryck av galektin-3, PAR-1 och MMP-1 är förhöjda, parallellt, i maligna vävnader gastric cancerpatienter

Vi bestämde mRNA och proteinuttrycksnivåer av galektin-3, PAR-1 och MMP-1 i normala och maligna vävnader från 20 gastric cancerpatienter, sedan användes RT-PCR med hjälp av en bild J analysator. Såsom visas i fig 5C och Figur S3, 73,7% av cancerpatienterna visade högre expressionsnivåer av galektin-3 och 70% av dem uppvisade högre PAR-1 och MMP-1-nivåer i deras maligna vävnader än i deras normala motsvarigheter. Dessutom, bland galektin-3-positiva patienter, 71,4% var också PAR-1 positiv medan 64,3% var också MMP-1 positiva (figur 5D). Dessa data indikerade att det finns en parallell ökning i uttrycket av galektin-3 samt PAR-1 och MMP-1, i de maligna gastric vävnader. Vi fann också att dessa proteiner samlokaliserade i de maligna områdena vävnaderna, och inte i icke-maligna områden (figur 5C). Galektin-3 var närvarande i både cytosolen och kärnan, medan PAR-1 och MMP-1 sågs i allmänhet i cytosolen och membran inom samma område (figur 5C). Dessa fynd tyder på att både PAR-1 och MMP-1 uttryck korrelerade signifikant med galctin-3 uttryck i gastric cancerpatienter.

Diskussion

Denna studie visade att galektin-3 förbättrade magcancer cell migration och invasion. Mekanistiskt här länkade galektin-3 till uppreglering av PAR-1 cellytereceptor, och aktiviteten MMP-1-proteas. Detta är i överensstämmelse med rapporter som visar ett samband mellan uttryck av PAR-1 och tumörinvasion och metastas i mag- och flera andra cancerformer [25], [26], [27]. Denna studie är den första att visa en direkt interaktion av galektin-3 och AP-1 komplexa komponenter, c-Jun och Fra-1, och reglering av PAR-1 uttryck av AP-1 transkriptionsfaktor. Eftersom det har redan visat av andra att överuttryck av Fra-1 befrämjar cancercellinvasion och metastas [28], uppreglering av PAR-1 av c-Jun och Fra-1 verkade vara en möjlig mekanism som förklarar kopplingen av galektin-3-inducerad uppreglering av PAR-1 cellytereceptor, och aktiviteten MMP-1-proteas. Denna möjlighet stöds av vår upptäckt av parallella och samlokaliserade uttryck för galektin-3 och PAR-1 i maligna vävnader hos patienter med ventrikelcancer.

Det är en ny observation som galektin-3 ökar MMP-1-expression . Det är tydligt att överuttryck av MMP-1 kan öka gastrisk cancercell invasion aktivitet genom att blockera cell till cell och cell till matris-interaktioner genom ECM-nedbrytning. Därför kan en ökning av MMP-1-expression främjas av galektin-3 har dubbla effekter, nämligen, PAR-1-aktivering och ECM nedbrytning, och båda är kritiska för gastric cancermetastas. Men hur galektin-3 reglerar MMP-1-expression är fortfarande oklart, eftersom uttrycket av MMP-1 regleras av en serie komplexa händelser inklusive överhörning mellan flera transkriptionella faktorer, såsom AP-1, signalomvandlare och aktivator av transkriptions 3, MAP-kinas, och hypoxi-inducerbara faktor-1 i hypoxi [29], [30], [31].

Fastställande av zebrafisk ( Danio rerio
) embryo modell för studera migration och invasion av gastric cancerceller är en speciell prestation av denna studie, eftersom lämpliga djurmodeller inte var tillgängliga för att studera human magcancer metastaser tills nu. Zebrafisk modell för att studera genetiskt manipulerade cancer och /eller tumörxenografter, har många fördelar, bland annat möjligheten att framåt och bakåt genetiska analyser, öppenhet embryon [32], och lämplighet för GFP märkning av fartyg [32], [33], [34]. Denna studie visade att RFP märkta gastric cancerceller invaderat blodkärl medan galektin-3, MMP-1 eller PAR-1 tystas gastric cancerceller kunde inte. Således verkar zebrafisk embryot att vara en lovande modell för att studera invasion och metastas av cancerceller, men ytterligare studier tydligt behövs för att bekräfta detta fynd.

Sammanfattningsvis våra studier visat att galektin-3 accelererad magsäckscancer cellmotilitet med upp-reglering av PAR-1 och MMP-1. är tydligt behövs ytterligare studier för att fastställa vilken roll galektin-3 i cancermetastaser och dess lämplighet som ett terapeutiskt mål för utvalda cancer.

Material och metoder

vävnader

Par 2 mm storlek biopsiprover erhölls från magsäcks vävnader hos 20 patienter som genomgår diagnostisk endoskopi och endoskopisk submukosala dissektion vid National cancer center i Korea, efter att ha inhämtat sina skriftliga informerade medgivanden. Vävnadsproverna frystes i flytande kväve vid -70 ° C omedelbart efter biopsi fram till användning. Några av de vävnadsprover paraffindized för immunhistokemiska studier, efter behov. Dessa studier har godkänts av Institutional Review Board of National Cancer Center (# NCCNSH 03-024).

Cell Culture och siRNA transfektioner

Måttligt differentierade humana magcancer-cellinjer, AGS, MKN- 28 och SNU-638 erhölls från Korea Cell Bank och underhållas som beskrivits tidigare [35]. siRNA används i transfektioner, var alla från Invitrogen (Carlsbad, CA). Deras sekvenser är galektin-3 (LGAL3) siRNA; 5'-AUAUGAAGCACUGGUGAGGUCUAUG-3 ', PAR-1 siRNA; 5'-CCCAUCUGUGUACACCGGAGUGUUU-3 ', och MMP-1 siRNA; 5'-GGAGAAAUAGUGGCCCAGUGGUUGA-3 '. Transfektioner utfördes med användning av Lipofectamine RNAiMAX reagens (Invitrogen), enligt tillverkarens instruktioner. Induktion av övergående galektin-3 överuttryck i SNU-638 celler uppnås med hjälp av pcDNA3.1 /NT-galektin-3 med pcDNA3.1 /NT-GFP. För normalisering kontrollbehandling ades de gastriska cancercellinjer som behandlats med 1

• PLOS ONE: tumör-Log Odds positiva lymfnoder-metastasering Staging System, en lovande ny Staging System för Gastric Cancer efter D2 resektion i China
• PLOS ONE: Honokiol inducerar kalpain-medierad Glukos reglerade protein-94 klyvning och apoptos i mänskliga Gastric cancerceller och minskar tumör Growth