The study on Cancer invasion and Epithelial-Mesenchymal Transition by STAT3 and CXCR4 in Glioblastoma primary cells

Abstract

교모세포종 (glioblaastoma) 은 매우 침습적이며 빠르게 증식하는 악성의 뇌종양이다. 교모세포종의 조기 진단과 치료에 있어 괄목할만한 발전을 이루었음에도 불구하고, 종양의 급격한 증식과 재발 등의 이유로 많은 환자들은 진단 이후 1년 이내에 사망하고 있다. 그러나 이러한 요인들에 관한 정확한 원인과 메커니즘이 밝혀지지 않은 가운데, 교모세포종에서의 STAT3 (Signal Transducer and activator of transcription 3) 와 CXCR4 (C-X-C chemokine receptor type 4) 발현에 대한 관심이 증대되고 있다. STAT3는 대부분의 종양에 활성화되어 있다고 알려진 전사인자로서 교모세포종 줄기세포의 증식과 연관성이 밝혀진 바 있으며, CXCR4는 chemokine receptor로 신경 교종세포의 침윤성을 매개한다고 보고된 바 있다. 이러한 단백질들의 발현은 세포의 이동현상인 상피중간엽세포이행 (Epithelial-Mesenchymal Transition) 과도 밀접한 관련성이 있다. 따라서 악성 교모세포종에서 STAT3와 CXCR4는 모두 EMT 현상을 통한 종양의 증식과 침윤에 중요한 인자로 작용할 수 있고, 환자의 예후와 생존기간에 필수적인 역할을 한다고 예측 할 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 교모세포종의 상피중간엽세포이행에 있어 pY705STAT3와 CXCR4의 발현이 가지는 연관성을 밝히고자 하였다. pY705STAT3의 높은 발현을 가지는 교모세포종 1차 배양세포는 CXCR4를 높게 발현하였으며, 상피중간엽세포이행과 침윤이 증가된 양상을 보였다. pY705STAT3와 CXCR4 발현의 중요성을 증명하기 위해 CXCR4 발현을 억제시켰고, 상피중간엽세포이행과 침윤이 감소되는 양상을 확인 할 수 있었다. 반면 pY705STAT3의 낮은 발현을 가지는 교모세포종 1차 배양세포에 CXCR4를 과발현 시킴으로써 상피중간엽세포이행과 침윤이 증가 됨을 확인 할 수 있었다. 흥미롭게도, STAT3를 과발현 시켰을 때 CXCR4의 발현이 증가 될 뿐 아니라, CXCR4를 과발현 시켰을 때에도 STAT3의 발현이 증가 되었다. 더욱이 STAT3와 CXCR4는 서로 결합하고 있음을 확인할 수 있었고, 이는 두 단백질이 상호작용을 통해 서로를 조절한다고 예측 할 수 있다. 이러한 결과들을 종합하면, STAT3가 높게 발현 되어있는 교모세포종은 CXCR4를 강하게 발현하며, 이들의 발현 정도는 암세포의 침윤성와 밀접한 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 연구 결과를 기반으로 STAT3와 CXCR4의 높은 발현은 상피중간엽세포이행 현상을 통해 침윤능력을 증가시킨다는 결과에 도달할 수 있었다. 그러므로 STAT3와 CXCR4는 악성의 뇌 암에서 중요한 치료적 타깃이 될 수 있을 것이다.

Glioblastoma is a highly invasive and aggressive brain malignancy. Despite significant improvements in early diagnosis and treatments of primary brain tumors, still many patients with malignant glioblastoma will survive less than one year after diagnosis from aggressive progression and recurrence. Although the exact causes or the mechanism beneath are not clear yet but there is certainly an increase of interest in the correlation between progression of glioblastoma and of its STAT3 and CXCR4 expression. STAT3 is associated with proliferation of glioblastoma stem cells. Recent study reported that CXCR4 is a chemokine receptor known to mediate glioma cell invasiveness. According to these reports, I could predict that STAT3 and CXCR4 are the important factors to not only aggressiveness and invasiveness but also survival period of patients in glioblastoma. Thus this study aims to investigate the association between invasion, migration and Epithelial-Mesenchymal transition of glioblastoma with pY705STAT3 and CXCR4 expression. The primary glioblastoma cells with high pY705STAT3 level overexpress CXCR4, resulting in enhanced EMT and migration in vitro. CXCR4 silencing reduced the EMT and migration of primary glioblastoma cells. In contrast the primary GBL cells that have low pY705STAT3 level hardly express CXCR4, resulting in reduced EMT and migration. Moreover, CXCR4 was regulated by STAT3 from the fact that STAT3 overexpression lead to increase level of CXCR4 expression in GBL cells. Even more interesting is the CXCR4 overexpression can up-regulate STAT3 expression in GBL cell and STAT3 directly interacts with CXCR4. Taken together STAT3 derepressed glioblastoma expressed CXCR4 robustly and demonstrated a correlative relationship between expression levels of the CXCR4 and aggressiveness of the cells. My findings suggest that STAT3 related CXCR4 expression enhances EMT phenomenon and invasive potential of GBL cells. Therefore, STAT3 and CXCR4 expression status may be a useful potential therapeutic target in malignant brain tumor.