A study on the role of immunosuppressive molecule CD200 in the proliferation and metastasis of gastric cancer cells

Abstract

Gastric cancer still accounts for a high incidence and mortality worldwide, and is a cancer type that occurs specifically in eastern asia. In addition, gastric cancer is one of the carcinomas in which the survival rate rapidly decreases when metastasis occurs. Representative causes of gastric cancer pathogenesis and progression include H. Pylori infection and tumor microenvironment. Therefore, CD200, a gene involved in immune response and cancer progression, was selected as a research subject. CD200 shows high expression in various carcinomas and has been studied for metastasis and cancer stem cell ability, and its main role is known to be immunosuppressive. The immunosuppressive action of CD200 occurs in extracellular region by interaction with other immune cells. The mechanism of action CD200 intracellular region is less studied than its mechanism of action extracellular region. This is because the CD200 cytoplasmic domain lacks signaling motifs and adapter molecules binding sites. Recently, it has been reported that when CD200 is truncated by γ-secretase and CD200 cytoplasmic tail moves to the nucleus and increases the expression of transcription factors. However, studied on the molecular mechanism of CD200 intracellular region are still insufficient, and the mechanism of CD200 intracellular region in gastric cancer hasn’t been elucidated. Therefore, in this study, the molecular mechanism of CD200 intracellular region in gastric cancer was investigated. First, through public data, it was confirmed that CD200 is highly expressed in gastric cancer patients, and that CD200 high expression was associated with poor prognosis. CD200 was over-expressed in AGS and YCC-2 cells, gastric cancer cell lines with low CD200 expression, and the effect of CD200 on gastric cancer cell progression was confirmed. As a result, it was verified that the proliferation and motility of gastric cancer cells increased when CD200 was over-expressed. In order to confirm which signaling pathway causes phenotype changes in gastric cancer cells, i screened notch, WNT and sonic hedgehog signaling pathway, which are representative signaling pathway associated with metastasis in gastric cancer. As a result, CD200 was confirmed that it associated WNT signaling pathway and directly bound to β-catenin, a key molecule of WNT signaling pathway, and increased the nuclear translocation of β-catenin. The nuclear translocation of complex enhanced the β-catenin target gene expression. This study demonstrated the molecular mechanism by which CD200 acts in intracellular region in gastric cancer cells. Therefore, as a dual target, CD200 is a potential target for immunotherapy and as the same time suggests the possibility as a target gene for inhibiting the progression of gastric cancer. |위암은 전 세계적으로 높은 발병률과 사망률을 차지하고 있으며, 동아시아 특이적으로 발생하는 암종이다. 위암은 전이가 일어나는 경우 생존율이 급격하게 감소하며, 위암의 발병과 진행 원인에는 대표적으로 H. pylori infection, tumor microenvironment가 있다. 하지만 이러한 원인이 위암의 진행 및 전이에 관여하는 기작에 대해서는 명확하지 않다. 따라서 면역반응과 암의 진행에 관여하는 유전자로써 CD200의 역할을 확인하는 것을 목표로 하였다. CD200은 다양한 암종에서 높은 발현을 보이며, 발현이 높은 경우 예후가 좋지 않다. CD200은 암의 진행, 전이, 암 줄기세포 능력에 대해 연구가 되어있으며, 주요 작용 기전은 면역억제로 알려져 있다. CD200의 주요 작용 기전인 면역억제는 암 세포 외부에서 면역 세포들과의 상호작용에 의해 일어난다. 반면, CD200의 세포 내부에서의 작용 기전은 세포 외부에서의 작용 기전에 비해 연구가 부족하다. 최근 연구에 따르면 CD200의 transmembrane domain이 γ–secretase에 의해 절단되어 CD200 cytoplasmic tail이 생성되고, CD200 cytoplasmic tail이 핵 안으로 전위가 일어나 전사 인자들의 발현을 증가시키는 것으로 보고되었다. 하지만 여전히 세포 내부에서 CD200 분자 기전에 영향을 미치는 신호전달에 대한 연구는 미흡하며, 특히 위암에서 세포 내부의 CD200 작용 기전은 밝혀지지 않았다. 따라서 이 연구는 CD200이 위암 세포 내부에서 작용하는 분자 기전을 밝히는 것에 초점을 두었다. 먼저 public data를 통해서 CD200이 위암 환자에서 높은 발현을 보이며, CD200의 높은 발현이 좋지 않은 예후와 관련이 있음을 확인했다. CD200의 발현이 낮은 위암 세포주 AGS, YCC-2에 CD200을 과발현시키고, CD200이 위암 세포의 진행과 전이에 미치는 영향을 확인하고자 했다. 그 결과 CD200의 과발현은 위암 세포의 증식, 침습, 이동을 증가시켰다. 이러한 표현형의 변화가 세포 내부에서 어떤 신호전달에 의해 일어나는지 확인하고자, 위암에서 대표적으로 전이와 관련 있는 NOTCH, WNT, SHH 신호전달을 선별하여 스크리닝을 진행했다. 그 결과 CD200은 WNT 신호전달과 연관이 있었으며, WNT 신호전달의 핵심 분자인 β-catenin과 직접적으로 상호작용하여 핵 내로 β-catenin의 이동을 증가시키는 것을 보여주었다. 이는 결국 세포 증식 및 이동에 관여하는 WNT/β-catenin 신호전달 표적 유전자들의 발현 증가로 이어지는 것을 검증했다. 이 연구는 CD200이 위암 세포 내부에서 작용하는 분자 기전을 증명했다. 따라서, CD200을 면역억제뿐만 아니라 위암 진행을 조절하는 잠재적인 이중표적 조절자로써 가능성을 제시한다.