Angiogenic Growth Factor–Induced Downregulation of KAI1 in Pericytes : Epigenetic Silencing and Lysosomal Degradation of KAI1 Mediated by PDGF-BB and bFGF in Tumor Angiogenesis = 혈관신생 성장인자에 의해 유도되는 혈관주위세포 KAI1의 발현 조절: 종양 혈관신생에서 PDGF-BB 및 bFGF에 의해 매개되는 KAI1의 후성유전적 억제와 리소좀 분해 기전

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Angiogenesis within the tumor microenvironment is a highly coordinated yet pathologically dysregulated process involving dynamic interactions between endothelial cells, pericytes, stromal components, and tumor derived cytokines. While pericytes are essential for vessel stabilization and maturation, their phenotype becomes altered in angiogenic niches, contributing to abnormal vascular remodeling. KAI1 (CD82), a tetraspanin with established tumor-suppressive properties, is expressed in pericytes where it exerts anti-angiogenic effects. Downregulation of KAI1 has been observed in angiogenic tumor niches, yet the molecular mechanisms responsible for its suppression remain unclear. Understanding how KAI1 is regulated in pericytes is essential for elucidating how the tumor microenvironment promotes aberrant vessel sprouting and for identifying potential therapeutic targets. Using murine pericyte cell line 10T1/2, I investigated the effects of angiogenic growth factors (PDGF-BB, bFGF, and VEGF-A) on Kai1 regulation. PDGF-BB and bFGF, but not VEGF-A, significantly suppressed Kai1 expression, consistent with receptor enrichment in pericytes. Mechanistically, Pdgfr/Fgfr signaling activated Src, leading to Dnmt1/3a upregulation and hypermethylation of the Kai1 promoter, causing sustained transcriptional repression. Concurrently, PKC signaling promoted Flotillin-1–dependent, dynamin-independent Kai1 internalization and lysosomal degradation, mediating rapid protein downregulation. Spheroid assay demonstrated that growth factor–induced sprouting required Kai1 suppression, as DNMT inhibition or lysosomal blockade restored Kai1 expression and abrogated angiogenic responses. Pericytes with stable Kai1 knockdown exhibited reduced sensitivity to PDGF-BB and bFGF, confirming the necessity of Kai1 downregulation for angiogenesis. These findings reveal that PDGF-BB and bFGF orchestrate a dual mechanism of Kai1 suppression in pericytes: Src-dependent epigenetic silencing and PKC-driven lysosomal degradation. This coordinated regulation enables angiogenic activation and vascular sprouting. Collectively, this work provides a comprehensive model in which tumor associated angiogenic growth factors suppress pericyte KAI1 through coordinated transcriptional and post translational mechanisms, enabling pericyte activation and promoting pathological angiogenesis. These findings help clarify how the tumor microenvironment influences pericyte biology and suggest KAI1 as a potential therapeutic target. When considered alongside previous studies showing that recombinant KAI1 protein or KAI1-derived peptides suppress tumor angiogenesis, the present results indicate that stabilization of endogenous KAI1 expression—through DNMT inhibition, blockade of the PKC–flotillin pathway, or pericyte-targeted delivery strategies—may represent a strategy to enhance the efficacy of KAI1-based therapies. In addition, KAI1 expression levels or downstream signaling signatures may have potential utility as biomarkers of angiogenic activity or therapeutic responsiveness. This study also provides a basis for future investigations into the broader roles of KAI1 in pericyte function, including extracellular matrix remodeling, regulation of vascular contractility, and immune–vascular communication. Further in vivo validation using primary pericytes or relevant tumor models will be required to assess the translational relevance of targeting KAI1 regulatory pathways. By describing how angiogenic growth factors modulate pericyte identity through epigenetic and post-translational mechanisms, this work contributes to a better understanding of tumor vascular biology and highlights potential directions for future therapeutic development.

국문 초록 (Abstract)

종양 미세환경에서의 혈관신생은 내피세포, 혈관주위세포, 종양세포, 면역세포, 그리고 다양한 기질 신호가 복합적으로 작용하는 고도로 조절된 생물학적 과정이지만, 종양에서는 이러한 조절이 붕괴되어 비정상적인 혈관 구조와 기능적 불안정성이 나타난다. 특히 혈관주위세포는 정상 조직에서 혈관의 안정화와 성숙을 담당하지만, 종양의 혈관신생 환경에서는 그 정체성이 변화하고 기능이 약화되어 병적 혈관 발아를 촉진하는 방향으로 재프로그래밍된다. Kai1(CD82)는 종양 억제 기능이 확립된 사중막 단백질(tetraspanin)로, 혈관주위세포(pericyte)에 발현되어 항혈관신생 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 그러나 종양의 혈관신생 미세환경에서는 Kai1의 발현이 감소하며, 이를 매개하는 분자적 기전은 아직 명확히 규명되지 않았다. 이러한 맥락에서 혈관주위세포의 항혈관신생 인자인 Kai1(CD82)이 어떻게 조절되는지는 종양 혈관생물학을 이해하는 데 중요한 질문이다. 본 연구에서는 생쥐 유래 혈관주위세포주 10T1/2를 이용하여 혈관신생 관련 성장인자(PDGF-BB, bFGF, VEGF-A)가 Kai1 발현에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, VEGF-A는 유의한 효과를 보이지 않은 반면, PDGF-BB와 bFGF는 Kai1 발현을 현저히 억제하였으며, 이는 혈관주위세포에서의 Pdgfr/Fgfr 발현 특성과 일치하였다. 기전적으로는 Pdgfr/Fgfr 신호가 Src를 활성화시켜 Dnmt1/3a의 발현을 증가시키고 Kai1 프로모터의 과메틸화를 유도하여 지속적인 전사 억제를 초래하였다. 동시에 PKC 신호는 Flotillin-1 의존적이며 dynamin-비의존적인 Kai1의 세포내 이입과 리소좀 분해를 촉진하여 단백질 수준의 급속한 감소를 유도하였다. 기능적 분석 결과, 성장인자에 의한 혈관신생 촉진은 Kai1 억제를 전제로 하였으며, DNMT 억제제 또는 리소좀 억제제 처리 시 Kai1 발현이 회복되어 혈관신생 반응이 차단되었다. 또한 Kai1이 안정적으로 억제된 혈관주위세포에서는 PDGF-BB와 bFGF에 대한 민감성이 저하되어 Kai1 하향조절이 혈관신생에 필수적임을 확인하였다. 종합하면, 본 연구는 PDGF-BB와 bFGF가 혈관주위세포에서 Src 의존적 후성유전적 억제와 PKC 매개 리소좀 분해를 통해 Kai1을 억제하는 이중 기전을 규명하였다. 이러한 결과는 종양 미세환경이 혈관주위세포의 생물학적 특성에 어떠한 방식으로 영향을 미치는지를 분자 수준에서 이해하는 데 기여하며, KAI1을 종양 혈관신생 조절을 위한 잠재적 치료 표적으로 제시한다. 특히, 재조합 KAI1 단백질 또는 KAI1 유래 펩타이드가 종양 혈관신생을 억제한다는 기존 연구 결과들과 함께 고려할 때, DNMT 억제, PKC–flotillin 경로 차단, 또는 혈관주위세포 표적 전달 전략을 통해 내인성 KAI1 발현을 안정화하는 접근법은 KAI1 기반 항혈관신생 치료의 효과를 증대시킬 수 있는 가능성을 시사한다. 또한 KAI1의 발현 수준 또는 그 하위 신호 경로의 활성 양상은 혈관신생 활성도나 치료 반응성을 예측하는 바이오마커로서 활용될 잠재력을 가진다. 더 나아가 본 연구는 혈관주위세포에서 KAI1의 기능을 세포외 기질 재형성, 혈관 수축성 조절, 면역–혈관 상호작용과 같은 보다 폭넓은 생물학적 맥락에서 탐구하기 위한 기초를 제공한다. 향후에는 일차 배양 혈관주위세포 또는 종양 모델을 이용한 in vivo 검증을 통해 KAI1 조절 경로 표적화의 임상적 적용 가능성을 평가할 필요가 있다. 본 연구는 혈관신생 성장인자가 후성유전적 및 전사 후 조절 기전을 통해 혈관주위세포의 정체성을 변화시키는 과정을 규명함으로써, 종양 혈관생물학에 대한 이해를 확장하고 향후 치료 전략 개발을 위한 새로운 방향성을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract 3
• Table of Contents 6
• I. Introduction 7
• II. Materials and Methods 10
• III. Result 16
• IV. Discussion 38
• V. References 48
• Abstract in Korean 54