NSDHL contributes to breast cancer stem-like cell maintenance and tumor-initiating capacity through TGFβ /smad signaling pathway

Abstract

NAD(P)-dependent steroid dehydrogenase-like (NSDHL) involved in breast tumor growth and metastasis has been implicated in the maintenance of cancer stem cells. However, its role in regulating breast cancer stem-like cells (BCSCs) remains unclear. This study aimed to uncover the molecular mechanisms by which NSDHL regulates the capacity of BCSCs. NSDHL knockdown suppressed tumor spheroid formation in estrogen receptor-positive (ER+) breast cancer cells grown on ultra-low-attachment plates. In RNA-sequencing analysis, as compared with control, 617 genes were found to be differentially expressed (fold change ≥ 2, p≤0.05) in NSDHL knockdown spheroids of MCF-7 cells, which associated with enriched TGFβ signaling pathway. In orthotopic tumor models injected with NSDHL-knockdown spheroids, tumor initiation and growth were strongly suppressed compared with those of the control. BCSC populations with CD44+/CD24- and CD49f+/EpCAM+ phenotypes and high ALDH activity were decreased in NSDHL-knockdown spheroids and xenograft tumors relative to controls, along with a decrease in the secretion of TGFβ 1 and 3, phosphorylation of Smad2/3, and expression of SOX2. A positive correlation between the expression of NSDHL and SOX2 is found in breast cancer specimens of patients. Our findings reveal that NSDHL plays an important role in maintaining the BCSC population and tumor-initiating capacity, suggesting that NSDHL is an attractive therapeutic target to eliminate BCSCs, thus preventing breast cancer initiation and progression.

NSDHL 유전자는 유방암세포에서 스페로이드 형성 및 종양 성장과 전이를 감소시키는 역할을 하지만 아직 줄기세포 기능 조절과 관련된 분자 기전에 대해서 연구된 바가 없기 때문에 본 연구에서는 호르몬 수용체 양성 유방암에서 NSDHL 유전자의 발현을 조절한 후 유방암 줄기세포에 미치는 영향과 이를 조절하는 기전에 대해 규명하였다. 호르몬 유방암 세포에서 NSDHL 유전자의 발현을 조절한 후 표면자극유도 플랫폼 기술을 적용한 특수 3D 스페로이드 플레이트에서 배양하여 스페로이드 형성 능력을 확인하였고. NSDHL이 억제 된 세포에서 스페로이드 형성 능력이 감소되는 것을 관찰하였다. NSDHL이 넉다운 된 MCF-7의 스페로이드와 대조군 스페로이드의 RNA sequencing 데이터에서 TGFβ와 관련된 617개의 유전자가 다르게 발현하는 것을 확인하였다. NSDHL-넉다운 스페로이드를 주입한 동소 종양 모델에서 대조군과 비교하여 종앙 개시와 성장 능력이 매우 감소하였다. 유방암 줄기세포 모집단인 CD44+/CD24- 및 CD49f+/EpCAM+ 표현형과 높은 ALDH 활성도가 NSDHL-넉다운 스페로이드와 마우스모델 종양에서 감소되고, 이와 더불어 TGFβ 1과 3의 분비와 Smad2/3의 인산화 및 SOX2의 발현이 감소하였다. 또한, 유방암 환자의 표본에서 NSDHL과 SOX2의 양의 상관관계를 확인하였다. 본 연구의 결과는 NSDHL이 유방암 줄기세포 모집단 및 종양 개시 능력을 유지하는데 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔으며, NSDHL이 유방암 줄기세포를 억제하여 유방암의 개시 및 진행을 예방하는 표적 치료제임을 제시한다.