Gremlin-1 induces BMP-independent tumor cell proliferation, migration, and invasion

Abstract

골형성 촉진 단백질(BMP) 억제 물질 중 하나인 그렘린-1은 다양한 암 관련 조직에서 과발현되어 있지만 발암과정에서 이 단백질의 역할은 아직 규명되지 않았다. 본 연구에서 그렘린-1과 결합력을 보이는 여러 종류의 암 세포주를 선별하였고, 새롭게 제작한 항-그렘린-1 항체를 처리하여 그렘린-1과 암세포주의 결합력이 저해되는 것을 확인하였다. 골형성 촉진 단백질-2, -4, 및 -7이 존재하는 조건에서 암 세포주와 그렘린-1의 결합력은 영향을 받지 않는 것을 확인하였다. 그렘린-1의 암세포 결합은 세포 표면에 발현되어 있는 혈관 내피세포 성장인자 수용체-2(VEGFR-2)와 무관하였다. 폐암 세포주 A549에 그렘린-1을 처리하면, 세포 모양이 섬유아세포성 형태(fibroblast-like morphology)로 변하였고, 이케드헤린(E-cadherin)의 발현양이 감소하였다. 상처치유분석(a scratch wound healing assay)을 통해서, 그렘린-1을 처리한 세포나 그렘린-1을 형질주입한 세포에서 세포 이동성이 향상되는 효과를 보였고, 항-그렘린-1 항체를 처리하면 세포 이동성이 다시 감소하는 것을 확인하였다. 그렘린-1을 형질주입한 세포는 세포 성장률과 침윤성이 증가하였고, 이는 항-그렘린-1 항체에 의해 저해되었다. 요약하면, 본 연구는 골형성 촉진 단백질과 혈관 내피세포 성장인자 수용체-2와는 무관하게 그렘린-1이 다양한 암 세포주와 결합하고, 암세포주의 세포 증식, 이동 및 침윤을 유도함을 입증하였다.

Gremlin-1, a bone morphogenetic protein (BMP) antagonist, is overexpressed in various cancerous tissues but its role in carcinogenesis has not been established. Here, we report that gremlin-1 binds various cancer cell lines and this interaction is inhibited by our newly developed gremlin-1 antibody, GRE1. Gremlin-1 binding to cancer cells was unaffected by the presence of BMP-2, BMP-4, and BMP-7. In addition, the binding was independent of vascular endothelial growth factor receptor-2 (VEGFR2) expression on the cell surface. Addition of gremlin-1 to A549 cells induced a fibroblast-like morphology and decreased E-cadherin expression. In a scratch wound healing assay, A549 cells incubated with gremlin-1 or transfected with gremlin-1 showed increased migration, which was inhibited in the presence of the GRE1 antibody. Gremlin-1 transfected A549 cells also exhibited increased invasiveness as well as an increased growth rate. These effects were also inhibited by the addition of the GRE1 antibody. In conclusion, this study demonstrates that gremlin-1 directly interacts with cancer cells in a BMP- and VEGFR2-independent manner and can induce cell migration, invasion, and proliferation.