近年研究發現,EGFR signaling 促進乳癌細胞的細胞遷移行為是透過 focal adhesion 中 tensin 家族的 tensin3 及 C-terminal tensin like molecule (Cten) 之 互換機制達成 (Katz et al., 2007)。Cten 在許多組織癌化的過程中都有大量表現 的情況,且在癌細胞轉移的過程中扮演重要角色。
1.3.1 Tensin 家族
Tensin 的蛋白質結構連接了細胞骨架與細胞膜上的 integrin receptors,
因此在 focal adhesion 中扮演著結構性蛋白的角色,協助支撐 focal adhesion 的結構。另外,tensin 可和許多的結構性蛋白或訊息傳導分子結合,因此也 為一種 scaffolding 蛋白質 (Lo, 2004)。再者,許多因子可促進 tensin 的 tyrosine 磷酸化的現象,包括貼附於細胞外基質時 (Bockholt and Burridge, 1993)、處理細胞生長因子 PDGF (Jiang et al., 1996)、thrombin、angiotensin (Ishida et al., 1999) 及 oncogenes Src、BCR/ABL (Davis et al., 1991; Salgia et
6
al., 1995) 等,顯示 tensin 在 focal adhesion 中可藉由磷酸化提供組成不同 的訊息傳導複合體所需的平台,以因應不同的環境。
研究 tensin 基因剔除小鼠 (knockout mice) 發現,tensin 在腎臟功能、
肌肉新生方面都扮演重要角色 (Lo et al., 1997; Ishii and Lo, 2001),從 tensin-null mice 的胚胎中分離出的纖維細胞 (fibroblasts) 也發現具有較慢 的細胞遷移速率,顯示 tensin 在細胞遷移中也扮演重要角色 (Chen et al., 2002)。
Tensin 家 族 具 有 四 個 成 員 , 分 別 為 tensin1 、 tensin2 、 tensin3 及 tensin4/Cten (Lo, 2004)。 Tensin 蛋白質結構的 N 端具有 actin-binding domain (ABD),可與 actin filaments 進行結合,影響細胞骨架的 cross-link (Lo et al., 1994);C 端則具有兩個 pTyr-binding motifs,分別為 Src Homology 2 (SH2) domain 及 pTyr-binding (PTB) domain 。 SH2 domain 可 和 tyrosine-phosphorylated 蛋白質結合,包括 phosphoinositide-3-kinase (PI3K)、
p130Cas 及 FAK (Auger et al., 1996; Davis et al., 1991)。雖然 PTB domain 為 另 一 種 pTyr-binding motifs , 但 tensin 的 PTB domain 卻 不 和 tyrosine-phosphorylated 蛋白質結合,反而會和 β-integrin 的 cytoplasmic tail 中的 NPXY motif 結合 (Calderwood et al., 2003)。不同成員之間的 N 端及 C 端區域具有高度的保守性,唯獨 tensin4 不具有 N 端的 ABD,只有 C 端的 SH2 及 PTB domain 與其它 tensin 成員相似,因此又名 C-terminal tensin-like molecules,簡稱 Cten (Lo and Lo, 2002)。
1.3.2 Cten
相較於其他 tensin 成員廣泛表現於各種人類組織中 (Chen et al., 2000),Cten 則高度表現於正常前列腺組織及胎盤組織之中,顯示 Cten 具 有組織特異性 (Lo and Lo, 2002)。另一方面,相較於正常前列腺細胞,Cten 在前列腺癌細胞中有蛋白質含量較低的情況,因此在前列腺組織中被認為是
7
tumor suppressor 的角色 (Lo and Lo, 2002);但 Cten 在胸腺癌 (Sasaki et al., 2003 b)、肺癌 (Sasaki et al., 2003 a)、胃癌 (Sakashita et al., 2008)、乳癌 (Katz et al., 2007) 及大腸癌 (Albasri et al., 2009; Liao et al., 2009) 中都有蛋白質 含量大量提升的情形,且隨著腫瘤的惡化,Cten 蛋白質含量也有更進一步 上升的現象,因此在這些組織中被認為 oncogene 的角色。
許多研究指出 Cten 主要參與在細胞遷移及細胞侵入等生理機制中。
在大腸癌細胞株 HCT116 及 SW480 中,過量表現的 Cten 會促進表皮-間 葉細胞轉換 (epithelia-mesenchymal transition, EMT) 的發生,同時伴隨著細 胞遷移及細胞侵入的能力上升 (Albasri et al., 2009)。研究也發現在大腸癌細 胞株 HCT116 中,Cten 及 integrin-linking kinase (ILK) 都會與 integrin 有 交互作用,且 Cten 可調控 ILK 的表現,同時 Cten-ILK pathway 在調控細 胞遷移甚至是癌細胞轉移方面也很重要 (Albasri et al., 2011)。在許多具有 K-ras/B-raf mutation 的大腸癌及胰臟癌組織當中發現,Cten 為 K-RAS 的 下游調控基因之一,且 Cten 也參與在 K-RAS 所誘導的細胞遷移機制中 (Al-Ghamdi et al., 2011)。這些研究皆指出 Cten 在癌細胞侵入或擴散至周圍 組織中扮演關鍵性的角色。除了上述機制外,在正常的前列腺表皮細胞中,
當細胞發生細胞凋亡時 (apoptosis),Cten 會被 Caspase-3 進行水解,水解 後的產物 PTB domain 片段 (571-715 a.a.) 可進一步促進細胞凋亡,顯示 Cten 參與在細胞凋亡的機制中 (Lo et al., 2005)。
在調控 Cten 表現的訊息傳導方面,許多生長因子,如 EGF、FGF2、
NGF、PDGF、TGFβ、IGF-1 等,以及一些 cytokines,如 IL-6 及 IL-13 皆 可誘導 Cten 的表現,顯示 Cten 為與癌症相關的生長因子及 cytokines 所 調控的下游共同目標之一 (Hung et al., 2013),同時 Cten 也參與在 EGF、
FGF2 所誘導的細胞遷移機制中 (Katz et al., 2007; Hung et al., 2013)。而在非 惡性 (nontransformed) 的人類乳腺細胞株 MCF10A 中,IL-6 可藉由轉錄因 子 Stat3 誘導 Cten 的大量表現進而促進細胞遷移發生 (Barbieri et al.,
8
2010)。除此之外,在狗的腎臟上皮細胞株 MDCK 中,Stat3-Cten pathway 會 影響 epithelial sheet invasion 及 tubulogenesis 的發生 (Kwon et al., 2012)。
在 人類皮膚角質細胞株 HaCaT 中發現,Cten 為轉錄因子 ∆Np63α 的下 游調控基因之一,且 ∆Np63α-Cten pathway 對一切皮膚病變 (Seborrhoeic keratoses) 很重要 (Seo et al., 2012)。但在 EGF 所誘導的 Cten 表現機制中,
是否涉及 Stat3、∆Np63α 或其他相關的轉錄因子目前仍不明確。
1.3.3 Cten 於 EGFR signaling 中參與的調控機制
Katz 等 人 (2007) 研 究 報 告 指 出 , 在 人 類 非 惡 性 乳 腺 表 皮 細 胞 株 MCF10A 中, EGF 誘導的細 胞遷移現 象是透過 位於 focal adhesion 的 tensin family 進行調控,在 EGF 的刺激下,細胞中不具有 actin-binding domain 的 Cten 表現量會上升,而 tensin3 的表現量卻下降,大量表現的 Cten 取 代了 tensin3 與 integrin 的結合,進而促使細胞骨架瓦解,促進細胞遷移,
並有助於乳癌細胞的侵犯性。該研究並發現,EGF 誘導 Cten 的表現量上 升是專一性透過 EGFR signaling 下游的 ERK kinase 所調控。
Cao 等人 (2012) 發表的研究報告探討了更下游的調控機制,他們發現 蛋白質 deleted in liver cancer 1 (DLC1) 及 RhoA 參與在 EGF 所誘導的 tensin3-Cten 的 調 控 機 制 中 。 在 沒 有 EGF 的 刺 激 下 , tensin3 的 actin-binding domain 會和 DLC1 的 SAM domain 結合,抑制了 DLC1 本 身的 autoinhibition 效果,活化 DLC1 上的 Rho-GAP (GTPase activation proteins) domain 活性,RhoA-GTP 因而被水解並失活,降低了細胞遷移性;
但在 EGF 刺激之下,受 EGF 誘導表現量上升的 Cten 取代了 tensin 3 與 DLC1 的結合,但因為 Cten 不具有 actin-binding domain,因此使 DLC1 可 進 行 autoinhibition , 使 其 無 法 活 化 自 身 Rho-GAP 的 活 性 , 因 而 提 高 RhoA-GTP 的含量,活化的 RhoA 可促使 focal adhesion 及 stress fibers 的 形成,並促進細胞遷移。
9
Hong 等人 (2013) 則發現 EGF 可促進 Cten 的 SH2 domain 與 E3 ubiquitin ligase c-Cbl 的結合,降低 EGFR 被 ubiquitination 的現象,也降 低 EGFR 因 ligand 所誘導的降解現象 (ligand-induced degradation),而得 以延長 EGFR signaling 的活化時間,突顯了 Cten 除了於 EGFR signaling 下游中的轉譯後調控功能。
以上研究描述 Cten 在 EGF 所誘導的細胞遷移機制中扮演的重要角色,
且 EGF 所誘導的 Cten 表現量上升,可進一步以正回饋的方式延長 EGFR signaling 的活化時間。但 EGFR signaling 如何調控 Cten 的表現並無進一 步探討,此部分也是本論文擬探討的主題。