Regulation of epithelial-mesenchymal transition by interaction of ELK3 and ZEB1 = ELK3와 ZEB1의 상호작용에 의한 상피간엽이행 (epithelial-mesenchymal transition)의 조절

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a pivotal process in metastasis of most cancers. It is mediated by diverse transcription factors such as Twist, Snail, Slug and ZEB1. These factors regulate many target genes related to EMT like E-cadherin and Vimentin. Also, high expression of these transcriptional factors is associated with poor prognosis of patients. However, the regulated mechanism of these genes associated with EMT is largely unknown. ELK3, a ternary complex factor that belongs to the ETS family of transcription factors, is associated with various cellular phenomena such as wound healing, lymphangiogenesis and vasculogenesis. In aggressive triple negative breast cancers, ELK3 orchestrates metastasis through several distinct mechanisms including regulation of GATA3 expression, VEGFC production and the expression of cell to cell adhesion-related genes. Meanwhile, ZEB1 can either suppress or activate the expression of its target genes related to EMT by recruiting co-repressor or co-activators. Even though there are accumulating evidences that ZEB1 is a pivotal factor to induce EMT and metastasis of cancers in vitro and in vivo, knockout of ZEB1 results in the incomplete suppression of metastatic ability of colorectal cancers. These results suggest that there are additional factors to collaborate with ZEB1 to complete the phenotypic changes related to metastasis of cancer.
Here, we revealed that ELK3 and ZEB1 form a transcriptional repressor complex through the direct protein to protein interaction. More importantly, we demonstrated that ELK3 is a pivotal partner of ZEB1 to form transcriptional repressor complex of E-cadherin. Based on these results, we suggest that ELK3 is a major regulator of EMT in triple negative breast cancer.

국문 초록 (Abstract)

상피 간엽 전이 (EMT)는 대부분의 암의 전이에서 중추적인 과정이다. 이것은 Twist, Snail, Slug, ZEB1과 같은 다양한 전사 인자에 의해 매개된다. 이러한 요인들은 E-cadherin, Vimentin과 같은 EMT와 관련된 많은 표적 유전자를 조절한다. 또한, 이러한 전사인자의 높은 발현은 환자의 나쁜 예후와 밀접한 관련이 있다. 그러나, EMT와 관련된 이러한 유전자의 조절 메커니즘은 아직 밝혀져야 할 부분이 많이 남아있는 실정이다. 전사 인자의 ETS 계열에 속하는 Ternary complex factor 중에 하나인 ELK3은 상처 치유, 림프관 형성 및 혈관 형성과 같은 다양한 세포 현상과 관련되어있다. 유방암 중에서도 전이가 잘 일어나고, 예후가 좋지 않다고 알려진 Triple negative breast cancer 에서 ELK3은 GATA3 발현 조절, VEGFC 생산 및 세포 간 유착 관련 유전자의 발현을 포함한 몇 가지 기전을 통해 전이를 조절한다. 한편, ZEB1은 다양한 공동 억제자 (co-repressor) 또는 공활성화제 (co-activators)를 동원함으로써 EMT와 관련된 표적 유전자의 발현을 억제하거나 활성화시킬 수 있다. 비록 ZEB1이 체외 및 생체 내에서 암의 이동 및 전이를 유도하는 중추적인 인자라는 축적된 증거가 있지만, ZEB1의 발현 억제는 결장 직장암의 전이 능력의 불완전한 억제를 초래한다. 이러한 결과는 암의 전이와 관련된 표현형 변화를 완결하기 위해 ZEB1과 협력할 추가적인 요소가 있음을 시사한다. 본 연구에서는 ELK3와 ZEB1이 직접적인 단백질 간의 상호작용을 통해 전사 억제 복합체를 형성한다는 것을 밝혀내었으며 더 중요한 것은, ELK3가 E-cadherin에 대한 전사 억제 복합체를 형성하는 ZEB1의 중추적인 파트너임을 입증했다. 이러한 결과를 바탕으로, 본 연구는 ELK3이 Triple negative breast cancer에서 또 다른 EMT의 주요 조절인자로 제안한다.

핵심 되는 말 : 상피 간엽 전이(Epithelial Mesenchymal Transition), 전사 조절, E-cadherin, ELK3, ZEB1.

목차 (Table of Contents)

• I. INTRODUCTION 1
• II. MATERIALS AND METHODS 7
• 1. Cell culture and transfection 7
• 2. Quantitative real time PCR 7
• 3. Immunocytochemistry 8
• 4. Western blotting and co-immunoprecipitation 8
• 5. GST-pull down assay 9
• 6. Luciferase assay 10
• 7. Chromatin immunoprecipitation(ChIP) 10
• III. RESULTS 13
• 1. ELK3 and ZEB1 have a positive correlation 13
• 2. ZEB1 regulates mRNA expression of ELK3 17
• 3. ELK3 directly binds to ZEB1 18
• 4. ELK3 functionally interacts with ZEB1 as a transcriptional repressor of E-cadherin. 25
• 5. Clinical analysis of ELK3 and ZEB1 in human breast tumors 32
• IV. DISCUSSION 35
• V. CONCLUSION 29
• REFERENCES 38
• ABSTRACT IN KOREAN 45