Gen knockdown der Metalloproteasen Meprin alpha 1, alpha 2 und beta im Zebrabärbling Danio rerio

Die Metalloproteasen Meprin α und β übernehmen Schlüsselfunktionen in vielen (patho-) physiologischenrnProzessen. So sind sie beteiligt an der Umstrukturierung der extrazellulären Matrix, an immunologischenrnReaktionen oder an entzündlichen Gewebserkrankungen. Die beiden Enzyme kommenrnhauptsächlich in den Bürstensaummembranen von Niere und Darm sowie in der Haut von Vertebratenrnvor. Für die Erforschung der biologischen Aktivität der Meprine wurde in dieser Arbeit der ModellorganismusrnDanio rerio verwendet, der vor allem durch die Möglichkeit der gentechnischen Manipulationrnprädestiniert ist. Im Fisch konnten drei homologe Enzyme (Meprin α1, α2 und β) nachgewiesenrnwerden. Während mRNA-Analysen eine nahezu ubiquitäre Verteilung der Meprine offenbarten,rnkonnte ich mittels spezifischer Antikörper die Expression auf Proteinebene nachweisen. WährendrnMeprin α1 und β verstärkt im Darmepithel und in der Epidermis lokalisiert sind, konnte Meprinrnα2 ausschließlich in der Lamina propria des Darms identifiziert werden.rnDer Hauptteil der vorliegenden Arbeit zielt auf die spezifische Reduzierung des Expressionslevels derrnMeprine in Embryonen des Zebrabärblings. Dies wurde durch die Mikroinjektion von sogenanntenrnMorpholinos in die Zygote erzielt. Morpholinos sind RNA-Moleküle, die spezifisch an die mRNA desrnZielproteins binden können und die Translation verhindern. Die auftretenden Effekte durch das Fehlenrnder Meprine lassen so Rückschlüsse auf ihre physiologische Funktion zu. Nach der Injektion vonrnMorpholinos gegen Meprin α1 zeigten sich lediglich leichte epidermale Deformationen. Bei Meprin βrnhingegen kam es zu einer massiven Fehlbildung von Organen im Rumpf- und Schwanzbereich. Diesesrnführte zu erheblichen Defekten; die Embryonen starben innerhalb der ersten 24 Stunden nach derrnBefruchtung. Demzufolge müssen Meprin α1 und Meprin β insbesondere an der Gewebsdifferenzierungrnbeteiligt sein. Dies korreliert mit verschiedenen Experimenten, u.a. an knockout Mäusen, ausrndenen hervorgeht, dass die Prozessierung und Aktivierung der Cytokine Interleukin-1β oder Interleukin-rn18 durch Meprin β erfolgen kann.rnDie Injektion von Meprin α2-Morpholinos erbrachte ein weiteres, eindrucksvolles Ergebnis: Das Blutgefäßsystemrnvon injizierten Embryonen war vollständig unterbrochen und es sammelten sich Erythrozytenrnim Bereich der Caudalvene an. Diese Phänotypen gleichen den knockdown-Experimenten mitrndem vascular endothelial growth factor VEGF-A, dem entscheidenden Wachstumsfaktor in der Angiogenesern(Blutgefäßbildung). Eine Inkubation des humanen VEGF-A mit (humanem) rekombinantemrnMeprin α bzw. β führte zu einer differenzierten Prozessierung des Moleküls. Diese Ergebnisse legenrnnahe, dass Meprin α pro-angiogenetisch wirkt, indem es VEGF-A prozessiert und damit die Gefäßbildungrnaktiviert. Aus den Daten dieser Arbeit wird die hohe Signifikanz der Meprine für die Proliferationrnund Differenzierung spezieller Gewebe deutlich, welche somit eine wichtige Grundlage für Studienrnan höheren Vertebraten darstellt.

MEP1A allele for meprin A metalloprotease is a susceptibility gene for inflammatory bowel disease

The MEP1A gene, located on human chromosome 6p (mouse chromosome 17) in a susceptibility region for inflammatory bowel disease (IBD), encodes the alpha-subunit of metalloproteinase meprin A, which is expressed in the intestinal epithelium. This study shows a genetic association of MEP1A with IBD in a cohort of ulcerative colitis (UC) patients. There were four single-nucleotide polymorphisms in the coding region (P=0.0012-0.04), and one in the 3'-untranslated region (P=2 x 10(-7)) that displayed associations with UC. Moreover, meprin-alpha mRNA was decreased in inflamed mucosa of IBD patients. Meprin-alpha knockout mice exhibited a more severe intestinal injury and inflammation than their wild-type counterparts following oral administration of dextran sulfate sodium. Collectively, the data implicate MEP1A as a UC susceptibility gene and indicate that decreased meprin-alpha expression is associated with intestinal inflammation in IBD patients and in a mouse experimental model of IBD.

Aktivität der humanen Meprin-Metalloproteasen unter Berücksichtigung potentieller Aktivatoren

Die Metalloproteasen Meprin α und Meprin β sind an essentiellen (patho)physiologischen Prozessen beteiligt. Um die Funktion dieser Proteasen zu verstehen, ist es von Bedeutung, sie nicht isoliert, sondern im gesamten proteolytischen Netzwerk zu betrachten.rnDie Meprine werden in einer Vielzahl von Geweben, in Leukozyten, aber auch in Krebszellen exprimiert. In der Haut konnten die beiden Enzyme in unterschiedlichen dermalen Schichten detektiert werden, wo sie u.a. an der Kollagenassemblierung durch Abspaltung der Propeptide beteiligt sind. rnIm Zuge von Proteomics Analysen konnten mehr als 3000 proteolytische Schnittstellen von fünf Astacin-Metalloproteasen (Meprin α, Meprin β, Astacin, LAST und LAST_MAM) in Peptiden und nativen Substraten identifiziert werden und somit eine Aussage über die Spaltspezifität getroffen werden. In der vorliegenden Arbeit konnten diese Spaltspezifitäten mit Hilfe von fluorogenen Substraten in vitro verifiziert werden. Bemerkenswert hierbei ist die starke Präferenz der beiden Meprine und LAST_MAM für die Aminosäuren Aspartat und Glutamat in der P1‘ Position. rnMeprine werden als Zymogene exprimiert und müssen durch proteolytische Prozessierung einer tryptischen Protease aktiviert werden. Ein Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit waren Aktivitätsbestimmungen beider Meprine unter Berücksichtigung potentieller Aktivatoren und Substrate. Es konnten die kallikrein-related peptidases (KLK) 4, 5 und 8 als spezifische Aktivatoren identifiziert werden, wobei nur KLK5 beide Proteasen aktiviert. Sowohl KLK4 als auch KLK8 sind lediglich in der Lage, das Propeptid von Meprin β abzuspalten. Außerdem konnte biochemisch und mittels Proteomics gezeigt werden, dass proKLK7 von Meprin β prozessiert wird. Durch N-terminale Sequenzierung wurde eine Schnittstelle zwei Aminosäuren N-terminal der eigentlichen Aktivierungsstelle identifiziert. Dieser Schritt beschleunigt die Aktivierung von KLK7, wenn durch Trypsin noch das verbliebene Dipeptid abgespalten wird. rnDa einige Vertreter der humanen kallikrein-related peptidases (KLK) als Meprin-Aktivatoren identifiziert werden konnten, sollten diese im Zuge dieser Arbeit im Modellorganismus Danio rerio untersucht werden. Durch in silico und RT-PCR Analysen konnte gezeigt werden, dass keine funktionellen KLK-Homologe im Zebrafisch codiert sind. Da somit andere tryptische Proteasen an der Aktivierung der Meprine beteiligt sein müssen, wurde die Transmembran-Serinprotease TMPRSS4 analysiert. In der Tat zeigte die Reduktion des Expressionslevels von TMPRSS4 durch Morpholino-Injektion drastische Störungen in der embryonalen Entwicklung von Zebrabärblingen. Mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie ließ sich eine Fehlbildung der epidermalen Haut bis zu einem Ablösen der Keratinozyten von dem darunter liegenden Gewebe feststellen. rn

Funktionelle Charakterisierung der Metalloendopeptidasen Meprin alpha und Meprin beta unter besonderer Berücksichtigung pathologischer Umstände in der menschlichen Dermis

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei neuentdeckte Astacin-ähnliche-Proteasen LAST undrnLAST_MAM aus dem Pfeilschwanzkrebs Limulus polyphemus funktionell charakterisiert.rnInsbesondere LAST_MAM, eignet sich zur phylogenetischen Untersuchung, hinsichtlich derrnEvolution von Astacin-ähnlichen-Proteasen mit MAM-Domäne, zu denen auch die Meprinernzählen. Es wurde deutlich, dass LAST_MAM nicht unmittelbar mit anderen Astacinen, diernüber eine MAM-Domäne verfügen, verwandt ist, und dass von einer divergenten Entwicklungrndieser Proteasen und der MAM-Domäne selbst ausgegangen werden muss.rnMeprin Metalloendopeptidasen werden in membrangebundener und sezernierter Form,rnvorwiegend in Epithelien aber auch in intestinalen Leukozyten und bestimmten Krebszellenrnexprimiert. Meprin

Molecular interaction of the human metalloprotease meprin beta with the amyloid precursor protein, ADAM10, and ADAM17 based on proteomics

Die Zinkendopeptidasen Meprin α und β sind Schlüsselkomponenten in patho(physiologischen) Prozessen wie Entzündung, Kollagenassemblierung und Angiogenese. Nach ihrer Entdeckung in murinen Bürstensaummembranen und humanen Darmepithelien, wurden weitere Expressionsorte identifiziert, z.B. Leukozyten, Krebszellen und die humane Haut. Tiermodelle, Zellkulturen und biochemische Analysen weisen auf Funktionen der Meprine in der Epithelialdifferenzierung, Zellmigration, Matrixmodellierung, Angiogenese, Bindegewebsausbildung und immunologische Prozesse hin. Dennoch sind ihre physiologischen Substrate weitgehend noch unbekannt. Massenspektrometrisch basierte Proteomics-Analysen enthüllten eine einzigartige Spaltspezifität für saure Aminosäurereste in der P1´ Position und identifizierten neue biologische Substratkandidaten. Unter den 269 extrazellulären Proteinen, die in einem Substratscreen identifiziert wurden, stellten sich das amyloid precursor protein (APP) and ADAM10 (a disintegrin and metalloprotease 10) als sehr vielversprechende Kandidaten heraus. Mehrere Schnittstellen innerhalb des APP Proteins, hervorgerufen durch verschiedenen Proteasen, haben unterschiedlichen Auswirkungen zur Folge. Die β-Sekretase BACE (β-site APP cleaving enzyme) prozessiert APP an einer Schnittstelle, welche als initialer Schritt in der Entwicklung der Alzheimer Erkrankung gilt. Toxische Aβ (Amyloid β)-Peptide werden in den extrazellulären Raum freigesetzt und aggregieren dort zu senilen Plaques. Membran verankertes Meprin β hat eine β-Sekretase Aktivität, die in einem Zellkultur-basierten System bestätigt werden konnte. Die proteolytische Effizienz von Meprin β wurde in FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer)-Analysen bestimmt und war um den Faktor 104 höher als die von BACE1. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass Meprin β die ersten zwei Aminosäuren prozessiert und somit aminoterminal einen Glutamatrest freisetzt, welcher nachfolgend durch die Glutaminylzyklase in ein Pyroglutamat zykliert werden kann. Trunkierte Aβ-Peptide werden nur in Alzheimer Patienten generiert. Aufgrund einer erhöhten Hydrophobie weisen diese Peptide eine höhere Tendenz zur Aggregation auf und somit eine erhöhte Toxizität. Bis heute wurde keine Protease identifiziert, welche diese Schnittstelle prozessiert. Die Bildung der Meprin vermittelten N-terminalen APP Fragmenten wurde in vitro und in vivo detektiert. Diese N-APP Peptide hatten keine cytotoxischen Auswirkungen auf murine und humane Gehirnzellen, obwohl zuvor N-APP als Ligand für den death receptor (DR) 6 identifiziert wurde, der für axonale Degenerationsprozesse verantwortlich ist. rnIm nicht-amyloidogenen Weg prozessiert ADAM10 APP und entlässt die Ektodomäne von der Zellmembran. Wir konnten das ADAM10 Propeptid als Substrat von Meprin β identifizieren und in FRET Analysen, in vitro und in vivo zeigen, dass die Meprin vermittelte Prozessierung zu einer erhöhten ADAM10 Aktivität führt. Darüber hinaus wurde ADAM10 als Sheddase für Meprin β identifiziert. Shedding konnte durch Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) oder durch das Ionophor A23187 hervorgerufen werden, sowie durch ADAM10 Inhibitoren blockiert werden. rnDiese Arbeit konnte somit ein komplexes proteolytisches Netwerk innerhalb der Neurophysiologie aufdecken, welches für die Entwicklung der Alzheimer Demenz wichtig sein kann.rn

Meprinα transactivates the epidermal growth factor receptor (EGFR) via ligand shedding, thereby enhancing colorectal cancer cell proliferation and migration

Meprinα, an astacin-type metalloprotease is overexpressed in colorectal cancer cells and is secreted in a non-polarized fashion, leading to the accumulation of meprinα in the tumor stroma. The transition from normal colonocytes to colorectal cancer correlates with increased meprinα activity at primary tumor sites. A role for meprinα in invasion and metastatic dissemination is supported by its pro-angiogenic and pro-migratory activity. In the present study, we provide evidence for a meprinα-mediated transactivation of the EGFR signaling pathway and suggest that this mechanism is involved in colorectal cancer progression. Using alkaline phosphatase-tagged EGFR ligands and an ELISA assay, we demonstrate that meprinα is capable of shedding epidermal growth factor (EGF) and transforming growth factor-α (TGFα) from the plasma membrane. Shedding was abrogated using actinonin, an inhibitor for meprinα. The physiological effects of meprinα-mediated shedding of EGF and TGFα were investigated with human colorectal adenocarcinoma cells (Caco-2). Proteolytically active meprinα leads to an increase in EGFR and ERK1/2 phosphorylation and subsequently enhances cell proliferation and migration. In conclusion, the implication of meprinα in the EGFR/MAPK signaling pathway indicates a role of meprinα in colorectal cancer progression.

Compartmentalised expression of meprin in small intestinal mucosa: enhanced expression in lamina propria in coeliac disease

Epithelial cells in the human small intestine express meprin, an astacin-like metalloprotease, which accumulates normally at the brush border membrane and in the gut lumen. Therefore, meprin is targeted towards luminal components. In coeliac disease patients, peptides from ingested cereals trigger mucosal inflammation in the small intestine, disrupting epithelial cell differentiation and function. Using in situ hybridisation on duodenal tissue sections, we observed a marked shift of meprin mRNA expression from epithelial cells, the predominant expression site in normal mucosa, to lamina propria leukocytes in coeliac disease. Meprin thereby gains access to the substrate repertoire present beneath the epithelium.

The alpha and beta subunits of the metalloprotease meprin are expressed in separate layers of human epidermis, revealing different functions in keratinocyte proliferation and differentiation

The zinc endopeptidase meprin (EC 3.4.24.18) is expressed in brush border membranes of intestine and kidney tubules, intestinal leukocytes, and certain cancer cells, suggesting a role in epithelial differentiation and cell migration. Here we show by RT-PCR and immunoblotting that meprin is also expressed in human skin. As visualized by immunohistochemistry, the two meprin subunits are localized in separate cell layers of the human epidermis. Meprin alpha is expressed in the stratum basale, whereas meprin beta is found in cells of the stratum granulosum just beneath the stratum corneum. In hyperproliferative epidermis such as in psoriasis vulgaris, meprin alpha showed a marked shift of expression from the basal to the uppermost layers of the epidermis. The expression patterns suggest distinct functions for the two subunits in skin. This assumption is supported by diverse effects of recombinant meprin alpha and beta on human adult low-calcium high-temperature keratinocytes. Here, beta induced a dramatic change in cell morphology and reduced the cell number, indicating a function in terminal differentiation, whereas meprin alpha did not affect cell viability, and may play a role in basal keratinocyte proliferation.

Metalloprotease meprin beta in rat kidney: glomerular localization and differential expression in glomerulonephritis

Meprin (EC 3.4.24.18) is an oligomeric metalloendopeptidase found in microvillar membranes of kidney proximal tubular epithelial cells. Here, we present the first report on the expression of meprin beta in rat glomerular epithelial cells and suggest a potential involvement in experimental glomerular disease. We detected meprin beta in glomeruli of immunostained rat kidney sections on the protein level and by quantitative RT-PCR of laser-capture microdissected glomeruli on the mRNA level. Using immuno-gold staining we identified the membrane of podocyte foot processes as the main site of meprin beta expression. The glomerular meprin beta expression pattern was altered in anti-Thy 1.1 and passive Heymann nephritis (PHN). In addition, the meprin beta staining pattern in the latter was reminiscent of immunostaining with the sheep anti-Fx1A antiserum, commonly used in PHN induction. Using Western blot and immunoprecipitation assays we demonstrated that meprin beta is recognized by Fx1A antiserum and may therefore represent an auto-antigen in PHN. In anti-Thy 1.1 glomerulonephritis we observed a striking redistribution of meprin beta in tubular epithelial cells from the apical to the basolateral side and the cytosol. This might point to an involvement of meprin beta in this form of glomerulonephritis.

The metalloprotease meprinbeta processes E-cadherin and weakens intercellular adhesion

BACKGROUND: Meprin (EC 3.4.24.18), an astacin-like metalloprotease, is expressed in the epithelium of the intestine and kidney tubules and has been related to cancer, but the mechanistic links are unknown. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We used MDCK and Caco-2 cells stably transfected with meprin alpha and or meprin beta to establish models of renal and intestinal epithelial cells expressing this protease at physiological levels. In both models E-cadherin was cleaved, producing a cell-associated 97-kDa E-cadherin fragment, which was enhanced upon activation of the meprin zymogen and reduced in the presence of a meprin inhibitor. The cleavage site was localized in the extracellular domain adjacent to the plasma membrane. In vitro assays with purified components showed that the 97-kDa fragment was specifically generated by meprin beta, but not by ADAM-10 or MMP-7. Concomitantly with E-cadherin cleavage and degradation of the E-cadherin cytoplasmic tail, the plaque proteins beta-catenin and plakoglobin were processed by an intracellular protease, whereas alpha-catenin, which does not bind directly to E-cadherin, remained intact. Using confocal microscopy, we observed a partial colocalization of meprin beta and E-cadherin at lateral membranes of incompletely polarized cells at preconfluent or early confluent stages. Meprin beta-expressing cells displayed a reduced strength of cell-cell contacts and a significantly lower tendency to form multicellular aggregates. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: By identifying E-cadherin as a substrate for meprin beta in a cellular context, this study reveals a novel biological role of this protease in epithelial cells. Our results suggest a crucial role for meprin beta in the control of adhesiveness via cleavage of E-cadherin with potential implications in a wide range of biological processes including epithelial barrier function and cancer progression.

Activation of the epidermal growth factor receptor (EGFR) by a novel metalloprotease pathway

Neutrophil Elastase (NE) is a pro-inflammatory protease present at higher than normal levels in the lung during inflammatory disease. NE regulates IL-8 production from airway epithelial cells and can activate both EGFR and TLR4. TACE/ADAM17 has been reported to trans-activate EGFR in response to NE. Here, using 16HBE14o-human bronchial epithelial cells we demonstrate a new mechanism by which NE regulates both of these events. A high molecular weight soluble metalloprotease activity detectable only in supernatants from NE-treated cells by gelatin and casein zymography was confirmed to be meprin alpha by Western immunoblotting. In vitro studies demonstrated the ability of NE to activate meprin alpha, which in turn could release soluble TGFa and induce IL-8 production from 16HBE14o- cells. These effects were abrogated by actinonin, a specific meprin inhibitor. NE-induced IL-8 expression was also inhibited by meprin alpha siRNA. Immunoprecipitation studies detected EGFR/TLR4 complexes in NE-stimulated cells overexpressing these receptors. Confocal studies confirmed colocalization of EGFR and TLR4 in 16HBE14o- cells stimulated with meprin alpha. NF?B was also activated via MyD88 in these cells by meprin alpha. In bronchoalveolar lavage fluid from NE knock-out mice infected intra-tracheally with Pseudomonas aeruginosa meprin alpha was significantly decreased compared with control mice, and was significantly increased and correlated with NE activity, in bronchoalveolar lavage fluid from individuals with cystic fibrosis but not healthy controls. The data describe a previously unidentified lung metalloprotease meprin alpha, and its role in NE-induced EGFR and TLR4 activation and IL-8 production.

Funktionelle Analyse der Meprin-Metalloproteasen alpha und beta hinsichtlich ihrer physiologischen Regulation und biologischen Bedeutung

Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, ein besseres Verständnis der beiden Metalloproteasen Meprin α und β in ihrem proteolytischen Netzwerk hinsichtlich ihrer physiologischen Regulation durch endogene Inhibitoren, wie auch der biologischen Funktion von Meprin α für den Prozess der Angiogenese, zu erlangen. rnMit der Analyse des ersten identifizierten endogenen Meprin-Inhibitors Fetuin-A gelang die Bestimmung der Ki-Werte für Meprin α mit 4,2 x 10-5 M und 1,1 x 10-6 M für Meprin β. Des Weiteren konnte für Meprin β eine Schnittstelle im Fetuin-A validiert werden. Mit der Identifizierung von Cystatin C, einem Cystein-Protease-Inhibitor als endogener Inhibitor der Metalloprotease Meprin α, mit einem Ki-Wert von 8,5 x 10-6 M, wurden erstmals Proteasefamilie-übergreifende Inhibitionsmechanismen für Metalloproteasen offenbart.rnDie Analyse von drei potentiellen Meprin-Inhibitoren, identifiziert als Substrate in einem neuen Proteomics-Analyse-Verfahren terminal amine isotopic labeling of substrates (TAILS), ermöglichte die Charakterisierung von Elafin als spezifischen Meprin α-Inhibitor. Für Elafin ist es außerdem gelungen, die durch TAILS ermittelte Schnittstelle für Meprin α mittels Edman Sequenzierung zu validieren. Der secretory leukocyte peptidase inhibitor (SLPI), ein Elafin-Homolog, konnte als weiteres Meprin α-Substrat bestätigt werden. Außerdem gelang es, die Meprin α-Schnittstelle im SLPI zu validieren.rnEin weiteres Ziel dieser Arbeit war, ein besseres Verständnis der biologischen Funktion der Metalloprotease Meprin α zu erlangen. Hier konnte in vivo eine stark pro-angiogene Wirkung von Meprin α gezeigt werden und erstmals die Expression von Meprin α, jedoch nicht von Meprin β, in Endothelzellen nachgewiesen werden. Zugleich konnte mit der Analyse der durch die TAILS-Methode identifizierten pro-angiogenen Substrate vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) und connective tissue growth factor (CTGF) der Regulationsmechanismus von Meprin α in der Angiogenese identifiziert werden. So ist Meprin α durch die Spaltung von CTGF in der Lage VEGF-A – gebunden und inhibiert im Komplex mit CTGF – durch proteolytische Spaltung von CTGF wieder freizusetzen. Somit wird die inhibierte VEGF-A-Aktivität wieder vollständig hergestellt. rnMit der Charakterisierung der ersten endogenen Meprin-Inhibitoren ist es gelungen, zu einem besseren Verständnis der endogenen Regulation der Meprine beizutragen und eine Proteasefamilie-übergreifende endogene Regulation aufzuzeigen. Mit der Entdeckung von Meprin α als pro-angiogene Protease und der Entschlüsselung des angiogenen Regulationsmechanismus konnte eine essentielle biologische Bedeutung dieser Protease beschrieben werden.rn

Specific processing of tenascin-C by the metalloprotease meprinbeta neutralizes its inhibition of cell spreading

The metalloprotease meprin has been implicated in tissue remodelling due to its capability to degrade extracellular matrix components. Here, we investigated the susceptibility of tenascin-C to cleavage by meprinbeta and the functional properties of its proteolytic fragments. A set of monoclonal antibodies against chicken and human tenascin-C allowed the mapping of proteolytic fragments generated by meprinbeta. In chicken tenascin-C, meprinbeta processed all three major splicing variants by removal of 10kDa N-terminal and 38kDa C-terminal peptides, leaving a large central part of subunits intact. A similar cleavage pattern was found for large human tenascin-C variant where two N-terminal peptides (10 or 15kDa) and two C-terminal fragments (40 and 55kDa) were removed from the intact subunit. N-terminal sequencing revealed the exact amino acid positions of cleavage sites. In both chicken and human tenascin-C N-terminal cleavages occurred just before and/or after the heptad repeats involved in subunit oligomerization. In the human protein, an additional cleavage site was identified in the alternative fibronectin type III repeat D. Whereas all these sites are known to be attacked by several other proteases, a unique cleavage by meprinbeta was located to the 7th constant fibronectin type III repeat in both chicken and human tenascin-C, thereby removing the C-terminal domain involved in its anti-adhesive activity. In cell adhesion assays meprinbeta-digested human tenascin-C was not able to interfere with fibronectin-mediated cell spreading, confirming cleavage in the anti-adhesive domain. Whereas the expression of meprinbeta and tenascin-C does not overlap in normal colon tissue, inflamed lesions of the mucosa from patients with Crohn's disease exhibited many meprinbeta-positive leukocytes in regions where tenascin-C was strongly induced. Our data indicate that, at least under pathological conditions, meprinbeta might attack specific functional sites in tenascin-C that are important for its oligomerization and anti-adhesive activity.

Fetuin-A and cystatin C are endogenous inhibitors of human meprin metalloproteases

Meprin and , zinc metalloproteinases, play significant roles in inflammation, including inflammatory bowel disease (IBD), possibly by activating cytokines, like interleukin 1 , interleukin 18, or tumor growth factor . Although a number of potential activators for meprins are known, no endogenous inhibitors have been identified. In this work, we analyzed the inhibitory potential of human plasma and identified bovine fetuin-A as an endogenous meprin inhibitor with a K(i) (inhibition constant) of 4.2 × 10(-5) M for meprin and a K(i) of 1.1 × 10(-6) M meprin . This correlated with data obtained for a fetuin-A homologue from carp (nephrosin inhibitor) that revealed a potent meprin and inhibition (residual activities of 27 and 22%, respectively) at a carp fetuin concentration of 1.5 × 10(-6) M. Human fetuin-A is a negative acute phase protein involved in inflammatory diseases, thus being a potential physiological regulator of meprin activity. We report kinetic studies of fetuin-A with the proteolytic enzymes astacin, LAST, LAST_MAM, trypsin, and chymotrypsin, indeed demonstrating that fetuin-A is a broad-range protease inhibitor. Fetuin-A inhibition of meprin activity was 40 times weaker than that of meprin activity. Therefore, we tested cystatin C, a protein structurally closely related to fetuin-A. Indeed, cystatin C was an inhibitor for human meprin (K(i) = 8.5 × 10(-6) M) but, interestingly, not for meprin . Thus, the identification of fetuin-A and cystatin C as endogenous proteolytic regulators of meprin activity broadens our understanding of the proteolytic network in plasma.

Enhanced activity of meprin-?, a pro-migratory and pro-angiogenic protease, in colorectal cancer

Meprin-α is a metalloprotease overexpressed in cancer cells, leading to the accumulation of this protease in a subset of colorectal tumors. The impact of increased meprin-α levels on tumor progression is not known. We investigated the effect of this protease on cell migration and angiogenesis in vitro and studied the expression of meprin-α mRNA, protein and proteolytic activity in primary tumors at progressive stages and in liver metastases of patients with colorectal cancer, as well as inhibitory activity towards meprin-α in sera of cancer patient as compared to healthy controls. We found that the hepatocyte growth factor (HGF)-induced migratory response of meprin-transfected epithelial cells was increased compared to wild-type cells in the presence of plasminogen, and that the angiogenic response in organ-cultured rat aortic explants was enhanced in the presence of exogenous human meprin-α. In patients, meprin-α mRNA was expressed in colonic adenomas, primary tumors UICC (International Union Against Cancer) stage I, II, III and IV, as well as in liver metastases. In contrast, the corresponding protein accumulated only in primary tumors and liver metastases, but not in adenomas. However, liver metastases lacked meprin-α activity despite increased expression of the corresponding protein, which correlated with inefficient zymogen activation. Sera from cancer patients exhibited reduced meprin-α inhibition compared to healthy controls. In conclusion, meprin-α activity is regulated differently in primary tumors and metastases, leading to high proteolytic activity in primary tumors and low activity in liver metastases. By virtue of its pro-migratory and pro-angiogenic activity, meprin-α may promote tumor progression in colorectal cancer.