CD44 enhances invasion of basal-like breast cancer cells by upregulating serine protease and collagen-degrading enzymatic expression and activity

Introduction: Basal-like breast cancers (BL-BCa) have the worst prognosis of all subgroups of this disease. Hyaluronan (HA) and the HA receptor CD44 have a long-standing association with cell invasion and metastasis of breast cancer. The purpose of this study was to establish the relation of CD44 to BL-BCa and to characterize how HA/CD44 signaling promotes a protease-dependent invasion of breast cancer (BrCa) cells.

Methods: CD44 expression was determined with immunohistochemistry (IHC) analysis of a breast cancer tissue microarray (TMA). In vitro experiments were performed on a panel of invasive BL-BCa cell lines, by using quantitative polymerase chain reaction (PCR), immunoblotting, protease activity assays, and invasion assays to characterize the basis of HA-induced, CD44-mediated invasion.

Results: Expression of the hyaluronan (HA) receptor CD44 associated with the basal-like subgroup in a cohort of 141 breast tumor specimens (P = 0.018). Highly invasive cells of the representative BL-BCa cell line, MDA-MB-231 (MDA-MB-231Hi) exhibited increased invasion through a basement membrane matrix (Matrigel) and collagen. In further experiments, HA-induced promotion of CD44 signaling potentiated expression of urokinase plasminogen activator (uPA) and its receptor uPAR, and underpinned an increased cell-associated activity of this serine protease in MDA-MB-231Hi and a further BL-BCa cell line, Hs578T cells. Knockdown of CD44 attenuated both basal and HA-stimulated uPA and uPAR gene expression and uPA activity. Inhibition of uPA activity by using (a) a gene-targeted RNAi or (b) a small-molecule inhibitor of uPA attenuated HA-induced invasion of MDA-MB-231Hi cells through Matrigel. HA/CD44 signaling also was shown to increase invasion of MDA-MB-231 cells through collagen and to potentiate the collagen-degrading activity of MDA-MB-231Hi cells. CD44 signaling was subsequently shown to upregulate expression of two potent collagen-degrading enzymes, the cysteine protease cathepsin K and the matrix metalloprotease MT1-MMP. RNAi- or shRNA-mediated depletion of CD44 in MDA-MB-231Hi cells decreased basal and HA-induced cathepsin K and MT1-MMP expression, reduced the collagen-degrading activity of the cell, and attenuated cell invasion through collagen. Pharmacologic inhibition of cathepsin K or RNAi-mediated depletion of MT1-MMP also attenuated MDA-MB-231Hi cell invasion through collagen.

Conclusion: HA-induced CD44 signaling increases a diverse spectrum of protease activity to facilitate the invasion associated with BL-BCa cells, providing new insights into the molecular basis of CD44-promoted invasion.

Androgens and estrogens stimulate ribosome biogenesis in prostate and breast cancer cells in receptor dependent manner

Ribosome biogenesis is a fundamental cellular process intimately linked to cell growth and proliferation, which is upregulated in most of cancers especially in aggressive cancers. In breast and prostate cancers steroid hormone receptor signalling is the principal stimulus for cancer growth and progression. Here we investigated the link between estrogen and androgen receptor signalling and the initial stage of ribosome biogenesis - transcription of rRNA genes. We have discovered that estrogen or androgen treatment can positively regulate rRNA synthesis in breast and prostate cancer cells respectively and that this effect is receptor dependent. This novel and interesting finding suggests a previously unidentified link between steroid hormone receptor signalling pathways and the regulation of ribosome biogenesis.

KIF2A silencing inhibits the proliferation and migration of breast cancer cells and correlates with unfavorable prognosis in breast cancer

Background: Kinesin family member 2a (KIF2A), a type of motor protein found in eukaryotic cells, is associated with development and progression of various human cancers. The role of KIF2A during breast cancer tumorigenesis and progression was studied.

Methods: Immunohistochemical staining, real time RT-PCR and western blot were used to examine the expression of KIF2A in cancer tissues and adjacent normal tissues from breast cancer patients. Patients' survival in relation to KIF2A expression was estimated using the Kaplan-Meier survival and multivariate analysis. Breast cancer cell line, MDA-MB-231 was used to study the proliferation, migration and invasion of cells following KIF2A-siRNA transfection.

Results: The expression of KIF2A in cancer tissues was higher than that in normal adjacent tissues from the same patient (P <0.05). KIF2A expression in cancer tissue with lymph node metastasis and HER2 positive cancer were higher than that in cancer tissue without (P <0.05). A negative correlation was found between KIF2A expression levels in breast cancer and the survival time of breast cancer patients (P <0.05). In addition, multivariate analysis indicated that KIF2A was an independent prognostic for outcome in breast cancer (OR: 16.55, 95% CI: 2.216-123.631, P = 0.006). The proliferation, migration and invasion of cancer cells in vitro were suppressed by KIF2A gene silencing (P <0.05).

Conclusions: KIF2A may play an important role in breast cancer progression and is potentially a novel predictive and prognostic marker for breast cancer.

The pyrrolo-1,5-benzoxazepine, PBOX-6, inhibits the growth of breast cancer cells in vitro independent of estrogen receptor status and inhibits breast tumour growth in vivo

Members of a novel series of pyrrolo-1,5-benzoxazepine (PBOX) compounds have been shown to induce apoptosis in a number of human leukemia cell lines of different haematological lineage, suggesting their potential as anti-cancer agents. In this study, we sought to determine if PBOX-6, a well characterised member of the PBOX series of compounds, is also an effective inhibitor of breast cancer growth. Two estrogen receptor (ER)-positive (MCF-7 and T-47-D) and two ER-negative (MDA-MB-231 and SK-BR-3) cell lines were examined. The 3,4,5-dimethylthiazol-2-yl-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT) assay was used to determine reduction in cell viability. PBOX-6 reduced the cell viability of all four cell lines tested, regardless of ER status, with IC(50) values ranging from 1.0 to 2.3 microM. PBOX-6 was most effective in the SK-BR-3 cells, which express high endogenous levels of the HER-2 oncogene. Overexpression of the HER-2 oncogene has been associated with aggressive disease and resistance to chemotherapy. The mechanism of PBOX-6-induced cell death was due to apoptosis, as indicated by the increased proportion of cells in the pre-G1 peak and poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) cleavage. Moreover, intratumoural administration of PBOX-6 (7.5 mg/kg) significantly inhibited tumour growth in vivo in a mouse mammary carcinoma model (p=0.04, n=5, Student's t-test). Thus, PBOX-6 could be a promising anti-cancer agent for both hormone-dependent and -independent breast cancers.

Characterizing the Expression of Cytochrome P450s in Breast Cancer Cells

Une résistance aux agents anticancéreux utilisés dans le traitement du cancer du sein est souvent associée à un échec de traitement. Des variations dans le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, sont des facteurs pouvant expliquer des phénomènes de résistance. Notre but était d’évaluer l’impact des isoenzymes du CYP450s, dans le métabolisme local des agents anticancéreux. Notre premier objectif était de valider un gène rapporteur pour nos analyses de PCR en temps réel. Pour ce faire, nous avons criblé l’expression de 6 gènes rapporteurs dans 23 lignées cellulaires. NUP-214 a été démontré comme étant le gène rapporteur le plus stable avec un écart-type de seulement 0.55 Ct. Notre deuxième objectif était de déterminer le niveau d’expression des ARNm de 19 isoformes du CYP450 dans plusieurs lignées cellulaires du cancer du sein. Les ARNm des CYP450s ont démontré une très grande variabilité entre les lignées cellulaires. Les isoformes CYP1B1 et CYP2J2 démontrent l’expression la plus importante pour la majorité des lignées. Notre troisième objectif était d’évaluer la corrélation entre l’expression des isoformes des CYP450s et leur activité métabolique en utilisant les substrats spécifiques du CYP1B1 et 2J2, 7-éthoxyrésorufine et ébastine, respectivement. Une forte corrélation (r2=0.99) fut observée entre l’activité métabolique vis-à-vis l’ébastine et l’expression du CYP2J2. De même, le métabolisme du 7-éthoxyrésorufine était fortement corrélé (r2=0.98) avec l’expression du CYP1B1. En résumé, ces résultats suggèrent que le métabolisme local des agents anticancéreux pourrait significativement moduler le devenir des agents anticancéreux dans l’organisme, et pourrait être ainsi, une source de résistance.

Role of the protein tyrosine phosphatase DEP-1 in Src activation and the mediation of biological cell functions of endothelial and breast cancer cells

L’implication des protéines tyrosines phosphatases (PTPs) dans la régulation de la signalisation et la médiation des fonctions cellulaires a été bien établie dans les dernières années. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels les PTPs régulent les processus fondamentaux tels que l’angiogenèse demeurent méconnus. Il a été rapporté que l’expression de la PTP DEP-1 (Density-enhanced phosphatase 1) augmente avec la densité cellulaire et corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2. Cette déphosphorylation contribue à l’inhibition de contact dans les cellules endothéliales à confluence et diminue l’activité du VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement ses résidus catalytiques Y1054/1059. De plus, la plupart des voies de signalisation en aval du VEGFR2 sont diminuées sauf la voie Src-Gab1-AKT. DEP-1 déphosphoryle la Y529 de Src et contribue à la promotion de la survie dans les cellules endothéliales. L’objectif de cette thèse est de mieux définir le rôle de DEP-1 dans la régulation de l’activité de Src et les réponses biologiques dans les cellules endothéliales. Nous avons identifié les résidus Y1311 et Y1320 dans la queue C-terminale de DEP-1 comme sites majeurs de phosphorylation en réponse au VEGF. La phosphorylation de ces résidus est requise pour l’activation de Src et médie le remodelage des jonctions cellules-cellules dépendantes de Src. Ce remodelage induit la perméabilité, l’invasion et la formation de capillaires en réponse au VEGF. Nos résultats démontrent que la phosphorylation de DEP-1 sur résidu tyrosine est requise pour diriger la spécificité de DEP-1 vers son substrat Src. Les travaux révèlent pour la première fois un rôle positif de DEP-1 sur l’induction du programme angiogénique des cellules endothéliales. En plus de la phosphorylation sur tyrosine, DEP-1 est constitutivement phosphorylé sur la thréonine 1318 situé à proximité de la Y1320 en C-terminal. Cette localisation de la T1318 suggère que ce résidu pourrait être impliqué dans la régulation de la Y1320. En effet, nous avons observé que la T1318 de DEP-1 est phosphorylée potentiellement par CK2, et que cette phosphorylation régule la phosphorylation de DEP-1 sur tyrosine et sa capacité de lier et d’activer Src. En accord avec ces résultats, nos travaux révèlent que la surexpression du mutant DEP-1 T1318A diminue le remodelage des jonctions cellules-cellules et par conséquent la perméabilité. Nos résultats suggèrent donc que la T1318 de DEP-1 constitue un nouveau mécanisme de contrôle de la phosphorylation sur tyrosine et que ceci résulte en l’activation de Src et l’induction des fonctions biologiques des cellules endothéliales en réponse au VEGF. Suite à ces travaux dans les cellules endothéliales qui démontrent un rôle positif de DEP-1 dans la médiation des réponses angiogéniques, nous avons voulu approfondir nos connaissances sur l’implication potentielle de DEP-1 dans les cellules cancéreuses où l’activité de Src est requise pour la progression tumorale. Malgré le rôle connu de DEP-1 comme suppresseur tumoral dans différents types de cancer, nous avons émis l’hypothèse que DEP-1 pourrait promouvoir les fonctions biologiques dépendantes de Src telles que la migration et l’invasion dans les cellules cancéreuses. Ainsi, nous avons observé que l’expression de DEP-1 est plus élevée dans les lignées basales de cancer du sein qui sont plus invasives comparativement aux lignées luminales peu invasives. Dans les lignées basales, DEP-1 active Src, médie la motilité cellulaire dépendante de Src et régule la localisation des protéines impliquées dans l’organisation du cytosquelette. L’analyse d’un micro-étalage de tissu a révélé que l’expression de DEP-1 est associée avec une réduction tendencielle de survie des patients. Nos résultats proposent donc, un rôle de promoteur tumoral pour DEP-1 dans la progression du cancer du sein. Les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que DEP-1 peut agir comme promoteur des réponses angiogéniques et du phénotype pro-invasif des lignées basales du cancer du sein probablement du à sa capacité d’activer Src. Nos résultats suggèrent ainsi que l’expression de DEP-1 pourrait contribuer à la progression tumorale et la formation de métastases. Ces découvertes laissent donc entrevoir que DEP-1 représente une nouvelle cible thérapeutique potentielle pour contrer l’angiogenèse et le développement du cancer.