Abstract Activation of phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/Akt signaling is associated with growth and progression of colorectal cancer (CRC). We have previously shown that the mTOR kinase, a downstream effector of PI3K/Akt signaling, regulates tumorigenesis of CRC. However, the contribution of mTOR and its interaction partners toward regulating CRC progression and metastasis remains poorly understood. We found that increased expression of mTOR, Raptor, and Rictor mRNA was noted with advanced stages of CRC, suggesting that mTOR signaling may be associated with CRC progression and metastasis. mTOR, Raptor, and Rictor protein levels were also significantly elevated in primary CRCs (stage IV) and their matched distant metastases compared with normal colon. Inhibition of mTOR signaling, using rapamycin or stable inhibition of mTORC1 (Raptor) and mTORC2 (Rictor), attenuated migration and invasion of CRCs. Furthermore, knockdown of mTORC1 and mTORC2 induced a mesenchymal–epithelial transition (MET) and enhanced chemosensitivity of CRCs to oxaliplatin. We observed increased cell–cell contact and decreased actin cytoskeletal remodeling concomitant with decreased activation of the small GTPases, RhoA and Rac1, upon inhibition of both mTORC1 and mTORC2. Finally, establishment of CRC metastasis in vivo was completely abolished with targeted inhibition of mTORC1 and mTORC2 irrespective of the site of colonization. Our findings support a role for elevated mTORC1 and mTORC2 activity in regulating epithelial–mesenchymal transition (EMT), motility, and metastasis of CRCs via RhoA and Rac1 signaling. These findings provide the rationale for including mTOR kinase inhibitors, which inhibit both mTORC1 and mTORC2, as part of the therapeutic regimen for CRC patients. Cancer Res; 71(9); 3246–56. ©2011 AACR.

Abstract ZNRF3 and RNF43 are closely related transmembrane E3 ubiquitin ligases with significant roles in development and cancer. Conventionally, their biological functions have been associated with regulating WNT signaling receptor ubiquitination and degradation. However, our proteogenomic studies have revealed EGFR as the most negatively correlated protein with ZNRF3/RNF43 mRNA levels in multiple human cancers. Through biochemical investigations, we demonstrate that ZNRF3/RNF43 interact with EGFR via their extracellular domains, leading to EGFR ubiquitination and subsequent degradation facilitated by the E3 ligase RING domain. Overexpression of ZNRF3 reduces EGFR levels and suppresses cancer cell growth in vitro and in vivo , whereas knockout of ZNRF3 / RNF43 stimulates cell growth and tumorigenesis through upregulated EGFR signaling. Together, these data highlight ZNRF3 and RNF43 as novel E3 ubiquitin ligases of EGFR and establish the inactivation of ZNRF3/RNF43 as a driver of increased EGFR signaling, ultimately promoting cancer progression. This discovery establishes a connection between two fundamental signaling pathways, EGFR and WNT, at the level of cytoplasmic membrane receptor, uncovering a novel mechanism underlying the frequent co-activation of EGFR and WNT signaling in development and cancer.