Claudin-Familie von Proteinen und Krebs: Ein Überblick
Zusammenfassung
Tight Junctions sind die apikale Zell-Zell-Adhäsion, die die parazelluläre Permeabilität regulieren und für die Polarität der Epithelzellen entscheidend sind. Die molekulare Architektur von Tight Junction wurde ausgiebig untersucht, was bestätigt hat, dass die Claudin-Familie von Proteinen integraler Bestandteil von Tight Junction ist. Der Verlust der Zell-Zell-Adhäsion ist von zentraler Bedeutung für die zelluläre Transformation und den Erwerb von metastasierendem Potenzial; die Rolle der Claudin-Familie von Proteinen in einer Reihe von pathophysiologischen Ereignissen, einschließlich der Entwicklung von menschlichen Karzinomen, beginnt jedoch erst jetzt verstanden zu werden. Es wurden mehrere Claudin-Maus-Knockout-Modelle erstellt, und die Vielfalt der beobachteten Phänotypen zeigt deutlich ihre wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gewebeintegrität in verschiedenen Organen und legt nahe, dass Claudine auch an anderen zellulären Kontexten als Tight Junctions beteiligt sind. Die Mechanismen der Claudin-Regulation und ihre genaue Rolle in der normalen Physiologie und Krankheit werden aufgeklärt, aber es bleibt noch viel zu tun. In dieser Übersicht haben wir den konzeptionellen Rahmen für Claudine und ihre mögliche Bedeutung für Krebs erörtert. Wir gehen davon aus, dass wir in den nächsten Jahren einen Boom in unserem Verständnis der potenziellen Rolle von Claudinen bei der Regulation der Tumorentstehung erleben werden, was wiederum neue Ansätze für die gezielte Therapie bieten kann.
1. Einleitung
Genetische Veränderungen in verschiedenen Genen, die für die Aufrechterhaltung des normalen epithelialen Phänotyps verantwortlich sind, haben sich als Hauptursache für die Deregulierung der normalen epithelialen Physiologie herausgestellt Es ist jedoch bekannt, dass genetische Mutationen mit verschiedenen Umweltreizen korrelieren. Darüber hinaus wird die direkte Exposition gegenüber verschiedenen Umweltkarzinogenen als eine der plausibelsten Quellen für die Induktion von Neoplasien angesehen. Im Allgemeinen ist der Säugetierkörper in seinem Absorptionsverhalten sehr selektiv, was sowohl durch die Größe als auch durch die Ladung der Moleküle reguliert wird, denen der Körper ausgesetzt ist. Tight Junctions, die apikalste Zell-Zell-Adhäsion, sind aufgrund ihrer zellulären Lage für diese Selektion verantwortlich, und jede qualitative oder quantitative Deregulierung der TJ-Eigenschaften könnte möglicherweise das normale Gleichgewicht verändern, was zu einer abnormalen Zellphysiologie führt. Auch die normale Regulation der Wachstumsfaktorrezeptoraktivierung aufgrund der differentiellen Verteilung des Rezeptors und der jeweiligen Liganden kann aufgrund unregelmäßiger Tight Junctions beeinträchtigt werden . Es wurde gezeigt, dass eine Störung der Tight-Junction-Barrierefunktion und Änderungen der Permeabilitätseigenschaften mit einer Reihe von pathologischen Zuständen wie Nierenerkrankungen, entzündlichen Darmerkrankungen, Lungenödemen, Durchfall und Gelbsucht einhergehen . Richtige Zell-Zell- und Zell-extrazelluläre Matrix-Wechselwirkungen sind essentiell für das normale Funktionieren einer Epithelzelle, und es ist bekannt, dass verschiedene Zelladhäsionsproteine wie E-Cadherin, -Catenin oder 1-Inetgrin beim Verlust normaler Zell-Zell- oder Zell-ECM-Adhäsionen andere Funktionen als ihre normale Zelladhäsionsfunktion erfüllen . Eine ähnliche Hypothese könnte für die Proteine, die die Tight Junctions bilden, postuliert werden, die über die Kopplung des extrazellulären Milieus an intrazelluläre Signalwege und das Zytoskelett wahrscheinlich eine zentrale Rolle im neoplastischen Prozess spielen könnten. In dieser Hinsicht bindet ZO-1, ein Tight-Junction-Protein, an den Y-Box-Transkriptionsfaktor ZONAB, von dem gezeigt wurde, dass er die Zellproliferation erhöht und die Differenzierung verringert . Kürzlich wurde gezeigt, dass Symplekin, ein weiterer Transkriptionsfaktor, die Tumorigenität der Darmkrebszellen durch die Hochregulierung von Claudin-2 und ZONAB erhöht . Wichtig ist, dass ZO-1 und ZONAB an der engen Verbindungsstelle in differenzierten und polarisierten Epithelzellen lokalisiert sind, während sie in proliferativen oder dedifferenzierten Zellen in das Zellzytoplasma / den Zellkern translozieren . In diesem Papier, Wir werden das aktuelle Wissen über die Rolle der engen Verbindung mit besonderem Schwerpunkt auf der Claudin-Familie von Proteinen bei Krebs und mögliche Ursache-Wirkungs-Assoziation zwischen der Expression spezifischer Mitglieder der Claudin-Familie mit Tumorwachstum und -progression zusammenfassen.
2. Tight Junction und Tumorentstehung
Tight Junctions (TJs) sind die apikalsten interzellulären Übergänge in Epithel- und Endothelzellen. Die beiden Hauptfunktionen, die für Tight Junctions definiert sind, sind die Regulierung der parazellulären Permeabilität durch ihre Barrierefunktion und die Aufrechterhaltung der Zellpolarität durch die Zaunfunktion . Diese Überlegungen zu Polarität, Kompartimentierung und Barrierefunktion sind die Grundlage einer faszinierenden Entwicklung in der Biomedizin. Die Zaunfunktion von Tight Junction hilft bei der Aufrechterhaltung der Zellpolarität und verhindert so die Vermischung von Molekülen in der apikalen Membran mit denen in der lateralen Membran. In jedem Bereich der wissenschaftlichen Forschung gibt es bestimmte Zeiten, in denen ein neues Konzept Gestalt annimmt und Akzeptanz findet. Die Beteiligung des Abbaus der Epithelbarriere an der Entwicklung epithelialer Neoplasien ist derzeit ein Konzept, das an Akzeptanz und Bedeutung gewinnt, obwohl zu erwähnen ist, dass die “Wurzeln” dieses Konzepts viele Jahre zurückreichen. Die Funktion der engen Verbindung, die tief in die Krebszellbiologie involviert ist, ist die epitheliale parazelluläre Permeabilität und der Verlust der Zellpolarität .
Das Konzept des epithelialen Barriereabbaus umfasst die drei miteinander verbundenen Elemente, die für das Wachstum und die Entwicklung von Neoplasmen von entscheidender Bedeutung sind: (i) Infolge der Zellpolarität befinden sich funktionelle Wachstumsfaktorrezeptoren normalerweise auf der basal-lateralen Zelloberfläche, die der interstitiellen Flüssigkeit und dem Blutkreislauf zugewandt ist; (ii) Wachstumsfaktorproteine (die Liganden für diese Rezeptoren) sind häufig in sehr hohen Konzentrationen in luminalen Flüssigkeiten in Epithelgeweben; und (iii) früh im Prozess der Neoplasie treten “Verzerrungen” in TJs auf, so dass relativ große gelöste Stoffe über epitheliale Barrieren gelangen können, die normalerweise ihre Bewegung einschränken, ein Phänomen, das man als “Läsionsleck” bezeichnen könnte.” Bei Darmkrebs beispielsweise nimmt die Expression von Claudin-2, das mit der Epithelpermeabilität korreliert ist, zu, während die Expression von Claudin-1 oder 7, die mit einer erhöhten TER korreliert sind, entweder falsch lokalisiert oder verringert ist . So hat sich das Konzept entwickelt, dass eine TJ-Störung in prämalignem neoplastischem Gewebe die Wahrscheinlichkeit erhöhen kann, dass es sich aufgrund der kontinuierlichen Stimulation der Zellteilung von initiierten (prämalignen) Zellen, die dem Abbau der natürlichen Barriere zwischen Wachstumsfaktoren und ihren Rezeptoren folgt, zu einem Tumorkarzinom entwickelt.
Studien haben gezeigt, dass die epithelialen Tight Junctions dynamische Strukturen sind und während der Umgestaltung des Epithelgewebes , der Wundreparatur , der Entzündung und der Umwandlung in Tumoren moduliert werden . Die Assoziation von abnormaler TJ-Funktion und epithelialer Tumorentwicklung wurde durch frühere Studien vorgeschlagen, die Veränderungen in den TJ-Strukturen von Epithelkarzinomen zeigten . In-vitro-Studien mit Epithelzelllinien zeigten, dass Monoschichten durch Onkogene wie K-ras oder durch Phorbolester-Tumorpromotoren in mehrschichtige polypartige Strukturen umgewandelt werden können . Die epitheliale Mehrschichtigkeit war mit einer erhöhten TJ-Permeabilität , Aktivierung der Proteinkinase C- und Phosphorylierung von TJ-Proteinen verbunden .
3. Claudins: Tight Junction Integral proteins
Tight Junctions sind komplexe zelluläre Einheiten und wurden immer unterschätzt, insbesondere wegen des Mangels an genauen Kenntnissen der Proteine, aus denen sie bestehen, und auch wegen der Schwierigkeiten, in vivo oder in vitro Modelle zur Bestimmung der wahren funktionellen Eigenschaften, die mit diesen Proteinen verbunden sind. Obwohl mehrere Proteine mit unterschiedlichen biologischen Funktionen, einschließlich Tumorsuppressoren wie APC, PTEN oder Zellpolaritätsproteine wie Par-3, aPKC an der Tight-Junction-Stelle lokalisiert sind, erst in den späten 1980er Jahren biochemische und immunologische Studien identifizierten das 225 kDa Protein Zonula occludens-1 (Z0-1) als erstes Polypeptid, das ausschließlich mit dem TJ assoziiert ist . ZO-2 und ZO-3, die stark mit ZO-1 verwandt sind, wurden später identifiziert . Genetische Manipulationsstudien deuteten jedoch darauf hin, dass die ZO-Familie von Proteinen, obwohl sie mit TJ assoziiert sind, nicht die TJ-Integralproteine sind. Die Immunlokalisierung durch Licht- und Elektronenmikroskopie ergab ferner, dass alle drei bekannten ZOs (ZO-1, ZO-2 und ZO-3) ausschließlich an der cytoplasmatischen Oberfläche von TJs in unmittelbarer Nähe der Plasmamembran und nicht in der Plasmamembran lokalisiert sind. Seitdem wurde in den letzten Jahren eine Reihe von integralen Membranproteinen identifiziert, die mit dem TJ assoziiert sind, darunter Occludin , Junctional Adhesion Molecule (JAM) und die Claudin-Proteinfamilie, die aus mindestens 24 Mitgliedern besteht (Abbildung 1). Die Staus sind Immunglobulin (Ig) -ähnliche Single-Span-Transmembranmoleküle und vermitteln eine unabhängige Adhäsion. Sie sind sowohl bei TJs als auch bei AJs konzentriert, nicht nur in polarisierten Epithel- und Endothelzellen, sondern auch in hämatopoetischen Zellen aller Linien . Diese Proteine können Homodimere oder Heterodimere bilden, um gepaarte Stränge zwischen benachbarten Zellen zu erzeugen, wodurch die charakteristischen Permeabilitätseigenschaften verschiedener Epithelgewebe bestimmt werden . Occludin mit vier Transmembrandomänen wurde als erstes TJ-spezifisches integrales Membranprotein identifiziert. Occludin-defiziente viszerale Endodermzellen trugen jedoch immer noch ein gut entwickeltes Netzwerk von TJ-Strängen, was auf die Existenz von noch nicht identifizierten TJ-spezifischen integralen Membranproteinen hinweist .
Schematische Darstellung der engen Verbindungsstelle zwischen den Epithelzellen und dem parazellulären Transport. Der untere Teil stellt Tight-Junction-Stränge und das Zusammenspiel ihrer Hauptkomponenten dar.
Unter Verwendung derselben Leberfraktion, die zur Identifizierung von Occludin verwendet wurde, und mittels eines Saccharosestufengradienten wurde eine einzelne 22-kDa-Bande als mutmaßliches neues TJ-Integralprotein entdeckt. Die Peptidsequenzierung ergab zwei Proteine in dieser Bande, die anschließend Claudin 1 und 2 genannt wurden . Der Name claudin leitet sich vom lateinischen Wort “claudere” ab, was Schließen bedeutet. Das Ergebnis mehrerer Studien seit der ersten Entdeckung von Claudin-1 und -2 hat nun gezeigt, dass die Claudin-Proteinfamilie die wichtigsten integralen Membranproteine sind, die das Rückgrat von Tight Junctions bilden . Die Claudin-Familie besteht aus 24 bekannten Transmembranproteinen, die unterschiedliche gewebe- und entwicklungsspezifische Verteilungsmuster aufweisen . Sie werden sowohl in Epithel- als auch in Endothelzellen nachgewiesen und bilden einen Komplex mit Okkludin und / oder Staus . Claudine kodieren 20-27 kDa-Proteine mit vier Transmembrandomänen, zwei extrazellulären Schleifen, von denen die erste signifikant länger als die zweite ist, und einem kurzen intrazellulären Carboxylschwanz (Abbildung 2). Die letzten Aminosäuren dieses Schwanzes sind innerhalb der Familie hochkonserviert und bilden PDZ-Bindungsmotive: Claudine 1-9 und 17 S / TYV, Claudine 10 und 15 AYV, Claudin 11 AHV, Claudin 12 HTT, Claudin 13 LDV, Claudine 14, 18 und 20 DYV, Claudin 16 TRV und Claudin 19 DRV. Durch diese Motive sind Claudine mit den TJ-PDZ-haltigen Proteinen ZO-1, ZO-2, ZO-3, PATJ und MUPP1 verbunden . Es wurde auch gezeigt, dass eine Reihe anderer zytosolischer und nuklearer Proteine, einschließlich der regulatorischen Proteine Rab3b, Rab13, Tumorsuppressoren wie PTEN, Transkriptionsfaktoren wie ZONAB und HuASH1, direkt oder indirekt mit dem Tight Junction Complex interagieren . Diese Wechselwirkungen legen nahe, dass Tight Junctions nicht nur als Barrieren für den parazellulären Fluss gelöster Stoffe fungieren, sondern auch eine wichtige Rolle bei der Regulierung anderer Zellfunktionen wie Proliferation und Tumorsuppression spielen können. Zum Beispiel führt eine Mutation in CLDN14 zu nicht-syndromaler rezessiver Taubheit und das mutierte CLDN16-Gen wurde mit hereditärer Hypomagnesiämie in Verbindung gebracht . Mäuse, denen claudin11 fehlt (auch bekannt als Occludin-Sertoli-Protein), haben das Fehlen von TJ-Strängen in Myelinblättern von Oligodendrozyten und Sertoli-Zellen im Hoden nachgewiesen . Sie zeigen männliche Sterilität sowie verzögerte axonale Leitungsraten im zentralen Nervensystem. Aufkommende Details aus einer Reihe von Studien im Zusammenhang mit den Claudinen bei Krebs haben jedoch Mitglieder der Claudin-Familie in eine breite Palette von Krebserkrankungen beim Menschen und auf gewebespezifische Weise verwickelt.
Schematische Darstellung der Struktur von Claudinen. Claudine sind Transmembranproteine mit Domänen 1 bis 4 (TMD-1, TMD-2, TMD-3 und TMD-4) und extrazelluläre Schleifen stellen ein vielversprechendes Ziel für die Therapie dar. Das -COOH-Terminal von Claudinen enthält eine PDZ-Bindungsdomäne, die eine posttranskriptionelle Modifikation erfährt, die für die Signaltransduktion wichtig ist.
4. Claudine und Krebs
Seit ihrer Entdeckung erweitert sich die Literatur über den Status von Claudinen bei verschiedenen Krebsarten ständig, und im Gegensatz zu der allgemeinen Annahme, dass die Claudine-Expression während der Tumorentstehung abnehmen würde, da Tight Junctions während der zellulären Transformation verloren gehen, scheint sich die Claudine-Expression gewebespezifisch zu verändern. In: Tan et al. haben gezeigt, dass die Expression und Verteilung von Claudin-1 mit dem Zelldissoziationsstatus in Pankreaskrebszellen durch mitogenaktivierte Proteinkinase assoziiert ist 2 Aktivierung. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass Claudin-7 bei invasiven Duktalkarzinomen , Kopf- und Halskrebs und metastasiertem Brustkrebs verringert ist . Andererseits sind Claudin-3 und -4 bei verschiedenen Krebsarten, einschließlich pankreasduktalem Adenokarzinom, Prostata-, Gebärmutter-, Eierstockkrebs und Brustkrebs, häufig erhöht, während hepatozelluläre und Nierenkarzinome niedrigere Claudine-4- und -5-Spiegel exprimierten . Während eine geringere Expression von Claudin-2 auch bei Brust- und Prostatakarzinomen beobachtet wurde, nahm die Expression von Claudin-1 und Claudin-7, die im normalen zervikalen Plattenepithel nicht nachweisbar waren, in der zervikalen Neoplasie zu . Interessanterweise haben neuere Studien gezeigt, dass die Expression bestimmter Claudine, insbesondere Claudin-1 und Claudin-4, während der Metastasierung zunimmt und die genetische Hemmung ihrer Expression einen tiefgreifenden Einfluss auf die metastatischen Fähigkeiten von Krebszellen hat, wenn auch auf gewebespezifische Weise . In Tabelle 1 haben wir den Status der Expression von Mitgliedern der Claudin-Familie bei verschiedenen Krebsarten zusammengefasst. Intuitiv ist der Mechanismus, durch den eine verminderte Claudin-Expression zu einer beeinträchtigten TJ-Funktion und damit zu Neoplasien führen kann, leicht zu verstehen, aber wie eine erhöhte Claudin-Expression zur neoplastischen Progression beiträgt, wie hier und von anderen beschrieben, ist weniger klar. Ein plausibler Mechanismus ist, dass die Hochregulation oder aberrante Gewebeexpression bestimmter Claudine zur Neoplasie beitragen kann, indem sie die TJ-Struktur und -Funktion direkt verändert. Darüber hinaus wird postuliert, dass Claudine auch Zellsignalwege beeinflussen können. Claudin-Proteine sind wahrscheinlich an Signalwegen über Bindungsdomänen an ZO-1 an ihrem Carboxylterminus beteiligt . Es ist bekannt, dass Zell-Zell-Adhäsionsproteine eine wichtige Rolle bei der zellulären Transformation spielen, wenn sie von ihrer normalen Membranlokalisation verdrängt werden, und als onkogenes Molekül dienen könnten. Die am besten untersuchten Moleküle sind -Catenin, die zwar als Zell-Zell-Adhäsionsmoleküle dienen, wenn sie in ihrer normalen zellulären Lokalisation exprimiert werden, -Catenin wird onkogen . Eine ähnliche funktionelle Heterogenität könnte für Claudine postuliert werden, jedoch sind weitere Studien erforderlich, um eine solche Vorstellung zu unterstützen.
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In diesem Zusammenhang haben wir kürzlich gezeigt biologische Bedeutung der veränderten Claudin-1-Expression in Darmkrebszellen. Ein Anstieg der Claudin-1-Expression wurde in humanen primären Kolonkarzinom- und Metastasenproben und in den Zelllinien, die von primären und metastasierten Tumoren stammen, im Vergleich zu ihren normalen Gegenstücken beobachtet . Ein wichtiger Befund unserer Studie war die nukleare Lokalisation von Claudin-1 in einer signifikanten Untergruppe von Darmkrebsproben, insbesondere bei der Untergruppe von Lebermetastasen Läsionen. Es ist bekannt, dass die nukleare Lokalisation mehrerer Zellübergangsproteine (-Catenin, ZO-1, ZO-2) mit der onkogenen Transformation und Zellproliferation korreliert . Wie oben erwähnt, spielt -Catenin eine gut charakterisierte Doppelrolle bei der Zelladhäsion (Membran lokalisiert) und bei der Signaltransduktion (zytoplasmatisch und nukleär), die zur Epithelzelltransformation führt. Ferner induzieren Mutanten des TJ-Proteins ZO-1, die sich nicht mehr an der Plasmamembran lokalisieren, einen dramatischen epithelial-mesenchymalen Übergang (EMT) von Madin-Darby-caninen Nieren-I-Zellen . In ähnlicher Weise induzierten genetische Manipulationen der Claudin-1-Expression in Darmkrebszelllinien Veränderungen des zellulären Phänotyps mit strukturellen und funktionellen Veränderungen der Marker des epithelial-mesenchymalen Übergangs (EMT) und hatten signifikante Auswirkungen auf das Wachstum von xenotransplantierten Tumoren und Metastasen in athymischen Mäusen. Insbesondere die Regulation der E-Cadherin-Expression und der -Catenin / Tcf–Signalisierung erwies sich als einer der möglichen Mechanismen, die Claudin-1-abhängigen Veränderungen zugrunde liegen, und schlug damit ein komplexes Zusammenspiel zwischen verschiedenen Zell-Zell-Adhäsionsmolekülen vor . Es häufen sich Hinweise darauf, dass die Regulation der Genexpression von Tight-Junction-Proteinen durch den Wnt-Signalweg Teil eines Mechanismus ist, der für die Differenzierung von Epithelzellen essentiell ist und bei der onkogenen Transformation unausgewogen ist. Darüber hinaus kann die Wnt-abhängige Signaltransduktion eine Möglichkeit sein, die Barrierefunktion zu beeinflussen, die im Wesentlichen durch die epithelialen Tight Junctions bestimmt wird. In den letzten Jahren wurde gezeigt, dass eine Reihe von Komponenten, die in Verbindungskomplexen polarisierter Epithelzellen gefunden wurden, Signalfunktionen haben, die am Zellwachstum und an der Differenzierung beteiligt sind . Die Aktivierung des Wnt-Signalwegs führt zur Stabilisierung von -Catenin, das anschließend in den Zellkern transloziert und die Genexpression in Verbindung mit der Familie der Transkriptionsfaktoren Lymphoid Enhancer Factor (LEF) / T-Cell Factor (TCF) reguliert . LEF / TCF sind Kerneffektoren des Wingless (Wg) / Wnt-Signalwegs, der an der Regulation von Zellschicksal, Differenzierung und Polarisation beteiligt ist . Mutationen im Gen für das adenomatöse Polyposis coli (APC) Tumorsuppressorprotein stabilisiert -Catenin und sollen entscheidende Ereignisse bei der onkogenen Transformation von Darmepithelzellen sein, die sich zu Adenomen und Karzinomen entwickeln können . Die Expression spezifischer Mitglieder der Claudin-Familie kann durch den Wnt-Signalweg reguliert werden. Es wird gezeigt, dass Claudin-1 und Claudin-2 Zielgene sind, die durch -Catenin-Signalisierung reguliert werden . Nicht nur nahm die Expression von Claudin-1 als Reaktion auf die Reduktion von intrazellulärem Catenin durch Adenovirus -vermittelten Transfer von Wildtyp-APC in die APC-defizienten Dickdarmkrebszellen signifikant ab, sondern es wurde auch bestätigt, dass zwei mutmaßliche Tcf4-Bindungselemente in der 5′-flankierenden Region von Claudin-1 für die Aktivierung seiner Transkription verantwortlich sind . Ferner binden Kerneffektoren des Wnt-Signalwegs direkt an die Claudin-2-Promotorregion und verstärken dadurch die Claudin-2-Promotoraktivität. Sie zeigten ferner ein Übersprechen zwischen dem Wnt-Signalweg und der Cdx-bezogenen transkriptionellen Aktivierung in Bezug auf die Claudin-2-Promotor-vermittelte Genexpression . Dies deutet darauf hin, dass die Wnt-Signalisierung den Claudin-2-Promotor direkt über den LEF-1 / -Catenin-Komplex reguliert und indirekt die Claudin-2-Genexpression durch Transkriptionsaktivierung von Cdx1 verstärkt. Wichtig ist, dass die Genexpression einer anderen Komponente des Tight-Junction-Komplexes, ZO-1, nach vorübergehender Expression von -Catenin in humanen Dickdarmkrebszelllinien mit niedrigem endogenem -Catenin unterdrückt wurde, was zu einem Verlust der epithelialen Polarisation in neoplastischen Zellen beitragen soll . Ferner ist die Mutation des APC-Gens (also -Catenin-Aktivierung und nukleare Translokation) in der Mehrheit der menschlichen kolorektalen Karzinome vorhanden . Es ist weiter interessant, dass Darmkrebszellen, die Claudin-1 (HT29, SW480 und SW620) exprimierten, alle Mutationen in APC aufweisen und aktiviert haben -Catenin / Tcf-Signalisierung. Im Gegensatz dazu exprimieren RIE- und HCT116-Zellen Wildtyp-APC , und keine der Zelllinien exprimiert nachweisbare Mengen an Claudin-1 und zeigte somit an, dass das APC-Protein die Claudin-1-Expression in -Catenin / Tcf-abhängiger / unabhängiger Weise regulieren kann. Eine ähnliche Abhängigkeit der Claudin-1-Expression in Darmkrebszellen von der APC- und -Catenin-Signalisierung wurde auch von anderen gezeigt . Metastasierung ist ein komplexes Phänomen, das eine Reihe spezifischer Schritte erfordert, wie z. B. verminderte Adhäsion, erhöhte Motilität und Invasion, Proteolyse und Resistenz gegen Apoptose . Claudine können die Migration / Motilität erhöhen, wie sowohl Boyden Chamber als auch Wound-Healing Assays zeigen. Claudin-5 fördert die Verarbeitung von Pro-MMP-2 durch MT1-MMP. Die Expression von Claudin-5 ersetzte nicht nur TIMP-2 in der Pro-MMP-2-Aktivierung durch MT1-MMP, sondern förderte auch die Aktivierung von Pro-MMP-2, vermittelt durch alle MT-MMPs- und MT1-MMP-Mutanten, denen die Transmembrandomäne fehlt (DeltaMT1-MMP) . Die Stimulation der MT-MMP-vermittelten PROMMP-2-Aktivierung wird auch bei anderen Mitgliedern der Claudin-Familie berichtet, einschließlich Claudin-1, -2 und -3 . Aminosäuresubstitutionen oder Deletionen in der Ektodomäne von Claudin-1 beseitigten diese stimulierende Wirkung und die direkte Wechselwirkung von Claudin-1 mit MT1-MMP und MMP-2 wurde mittels Immunpräzipitation nachgewiesen. MT1-MMP wurde mit Claudin-1 nicht nur an Zell-Zell-Grenzen, sondern auch an anderen Teilen der Zelle kolokalisiert . Daher scheint es, dass die Interaktion von MMP mit Claudinen eine wichtige Rolle bei der Tumorentstehung, Invasion und Metastasierung spielen könnte, die durch Claudin-Expression vermittelt wird. In unseren Studien beobachteten wir, dass die Überexpression von Claudin-1 in Darmkrebszellen die Aktivität von MMP-2 und MMP-9 erhöhte, während die Hemmung von Claudin-1 zu einer signifikanten Abnahme der MMP-9-Aktivität führte . In ähnlicher Weise erhöhte die Überexpression von Claudin-3 oder 4 in Ovarialepithelzellen die Matrix-Metalloproteinase-2 (MMP-2) -Aktivität .
Claudin-Expression und -funktionen werden auf mehreren Ebenen und durch verschiedene Mechanismen reguliert . Die Delokalisierung von Claudinen aus der Membran scheint bei den transformierten Zellen üblich zu sein . Die konstitutive Aktivierung von Ras oder Ras-vermittelten Signalwegen ist einer der ersten Schritte während der Tumorentstehung, der ursächlich mit der neoplastischen Transformation verbunden ist. In Ha-Ras-überexprimierenden MDCK-Zellen fehlten die Tight-Junction-Proteine Claudin-1, Occluding und ZO-1 an den Zell-Zell-Kontaktstellen, waren jedoch im Zytoplasma vorhanden . Die Hemmung der MEK1-Aktivität bindet alle drei Proteine an die Zellmembran, was zu einer Wiederherstellung der Tight-Junction-Barrierefunktion in MDCK-Zellen führt . In einer weiteren Studie mit Brustkrebszellen beeinflusste die MEK1-Hemmung jedoch weder die mRNA- oder Proteinspiegel von Claudin-1, Occludin und / oder ZO-1 noch veränderte sie die subzelluläre zytoplasmatische Verteilung von Claudin-1, um membranspezifischer zu sein . Des Weiteren, Studien haben die Proteinkinase C in die Regulation von TJs durch Phorbolesterstimulation einbezogen. Auch die PKA-abhängige Regulation von TJs wurde kürzlich demonstriert. Claudin-3 und -4 können in Eierstockkrebszellen durch PKA phosphoryliert werden, eine Kinase, die häufig bei Eierstockkrebs aktiviert wird (Abbildung 3). Darüber hinaus Modulation der MAP-Kinase-Signalisierung speziell ERK 1/2 und P-P38 sowie PI-3-Kinase haben tiefgreifende Auswirkungen auf Tight Junction Sealing und Claudin-Expression . In ähnlicher Weise kann die Lysin-defiziente Proteinkinase 4 (WNK4) mehrere Claudine phosphorylieren und die parazelluläre Permeabilität erhöhen . Die meisten Claudin-Proteine haben mutmaßliche Serin- und / oder Threonin-Phosphorylierungsstellen in ihren cytoplasmatischen carboxyterminalen Domänen. Die Folgen der durch diese Kinasen hervorgerufenen differentiellen Modulation dieser Claudine müssen noch bestimmt werden, können jedoch zur Ovarialtumorigenese beitragen.
Schematische Darstellung mehrerer Mechanismen, die an der Regulation der Expression und Funktion von Claudinen beteiligt sind. Gestrichelte Linien zeigen indirekte Wege an und durchgezogene Linien stellen direkte Wege dar. Abkürzungen: HDAC-Histon-Deacetylase; MAPKs- Mitogen-aktivierte Proteinkinasen; RUNX3-Runt-verwandter Transkriptionsfaktor 3; FOXO1-Forkhead Box O-1; PAR3 / PAR6-Partitionierung defekt; PI3K- Phosphoinositid 3-Kinasen; NF-κ B – Kernfaktor Kappa-Lichtkettenverstärker von aktivierten B-Zellen.
Wachstumsfaktorrezeptoren, die für die Regulation der Zellproliferation und des Überlebens wichtig sind, einschließlich EGF-, HGF- und IGF-Rezeptoren, regulieren die Claudin-Expression und die zelluläre Verteilung, jedoch wiederum auf zell- / gewebespezifische Weise . Darüber hinaus haben neuere Studien im Zusammenhang mit Darmentzündungen die Rolle von Zytokinen einschließlich TNF-, INF-, IL-13 bei der Regulation der Claudine-Expression vorgeschlagen .
Das endozytäre Recycling von Claudin-Proteinen ist ebenfalls ein potenzieller Mechanismus der Claudin-Regulation , und es wurde auch festgestellt, dass die Palmitoylierung dieser Proteine die Claudin-Proteinstabilität beeinflusst. Auf Transkriptionsebene können Transkriptionsfaktoren wie Snail , Cdx-2, HNF- und GATA-4 an die Promotorregionen verschiedener Claudin-Gene binden und deren Expression beeinflussen. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass Claudin-1-Transkripte im Dickdarm durch Smad-4, einen bekannten Tumorsuppressor, sowie HDAC-Inhibitoren reguliert werden und somit eine komplexe Regulation auf mehreren Ebenen unterstützen .
5. Schlussfolgerung
Unabhängig von der vielfältigen Quelle des Krebswachstums und / oder der Heterogenität unter Krebspatienten in Bezug auf den Krebs, der aus derselben Gewebequelle stammt, ist es allgemein anerkannt, dass der Übergang von Epithel zu Mesenchym (EMT) ist ein zelluläres Ereignis, das für die Initiierung und das Fortschreiten der Tumorentstehung von zentraler Bedeutung ist. Dies wirft die Frage auf: was haben diese verschiedenen Krebsarten gemeinsam? Wichtig ist, dass die Mehrheit der krebsbedingten Todesfälle auf Krebserkrankungen epithelialen Ursprungs zurückzuführen ist und Krebserkrankungen des Dickdarms, der Prostata, der Blase, der Lunge, der Speiseröhre, der Brust, der Bauchspeicheldrüse, der Eierstöcke und der Leber umfasst. Obwohl ihre differenzierten Eigenschaften variieren, bestehen sie alle hauptsächlich aus Epithelzellen, die ähnliche grundlegende Merkmale wie Polarität und Barrierefunktion aufweisen. Es stellt sich also die Frage: was liegt den unterschiedlichen Eigenschaften und / oder dem Ansprechen auf die Krebstherapie zwischen Krebsarten zugrunde, die aus verschiedenen Epithelorganen stammen, unabhängig von den Ähnlichkeiten zwischen ihren Grundbausteinen und ihren Eigenschaften? Die Zell-Zell-Adhäsion schwächt sich ab oder geht während des EMT-Prozesses oder als Dedifferenzierung von Epithelzellen verloren. Eine kritische Rolle von E-Cadherin, Hauptbestandteil von Adherens Junction, bei der Regulation von EMT ist bekannt, hilft jedoch nicht, die Vielfalt / Heterogenität unter den Krebsarten epithelialen Ursprungs zu verstehen. Wichtig ist, dass Claudine in den Epithelzellen und auf gewebespezifische Weise exprimiert werden und Veränderungen unter den Mitgliedern der Claudin-Familie bei Krebs gewebespezifischen und manchmal kontrastierenden Mustern folgen. Somit kann die Claudin-Familie von Proteinen den potenziellen Hinweis auf die Heterogenität unter den Tumoren epithelialen Ursprungs enthalten und darüber hinaus nützliche Marker sein kann auch dazu beitragen, therapeutische Möglichkeiten für bestimmte Krebsarten zu bieten.
Danksagungen
Dieses Papier wurde von NIH Grants CA119005, CA124977 (P. Dhawan) und 5P50DK044757 und P30DK058406 Pilotprojekten (A. B. Singh).
