The ability of carcinomas to invade and to metastasize largely depends on the degree of epithelial differentiation within the tumors, i.e., poorly differentiated being more invasive than well-differentiated carcinomas. Here we confirmed this correlation by examining various human cell lines derived from bladder, breast, lung, and pancreas carcinomas. We found that carcinoma cell lines with an epithelioid phenotype were noninvasive and expressed the epithelium-specific cell-cell adhesion molecule E-cadherin (also known as Arc-1, uvomorulin, and cell-CAM 120/80), as visualized by immunofluorescence microscopy and by Western and Northern blotting, whereas carcinoma cell lines with a fibroblastoid phenotype were invasive and had lost E-cadherin expression. Invasiveness of these latter cells could be prevented by transfection with E-cadherin cDNA and was again induced by treatment of the transfected cells with anti-E-cadherin mAbs. These findings indicate that the selective loss of E-cadherin expression can generate dedifferentiation and invasiveness of human carcinoma cells, and they suggest further that E-cadherin acts as an invasion suppressor.

Control of stability of beta-catenin is central in the wnt signaling pathway. Here, the protein conductin was found to form a complex with both beta-catenin and the tumor suppressor gene product adenomatous polyposis coli (APC). Conductin induced beta-catenin degradation, whereas mutants of conductin that were deficient in complex formation stabilized beta-catenin. Fragments of APC that contained a conductin-binding domain also blocked beta-catenin degradation. Thus, conductin is a component of the multiprotein complex that directs beta-catenin to degradation and is located downstream of APC. In Xenopus embryos, conductin interfered with wnt-induced axis formation.

Activation of Wnt signaling through β-catenin/TCF complexes is a key event in the development of various tumors, in particular colorectal and liver tumors. Wnt signaling is controlled by the negative regulator conductin/axin2/axil, which induces degradation of β-catenin by functional interaction with the tumor suppressor APC and the serine/threonine kinase GSK3β. Here we show that conductin is upregulated in human tumors that are induced by β-catenin/Wnt signaling, i.e., high levels of conductin protein and mRNA were found in colorectal and liver tumors but not in the corresponding normal tissues. In various other tumor types, conductin levels did not differ between tumor and normal tissue. Upregulation of conductin was also observed in the APC-deficient intestinal tumors of Min mice. Inhibition of Wnt signaling by a dominant-negative mutant of TCF downregulated conductin but not the related protein, axin, in DLD1 colorectal tumor cells. Conversely, activation of Wnt signaling by Wnt-1 or dishevelled increased conductin levels in MDA MB 231 and Neuro2A cells, respectively. In time course experiments, stabilization of β-catenin preceded the upregulation of conductin by Wnt-1. These results demonstrate that conductin is a target of the Wnt signaling pathway. Upregulation of conductin may constitute a negative feedback loop that controls Wnt signaling activity.

The generation of invasiveness in transformed cells represents an essential step of tumor progression. We show here, first, that nontransformed Madin-Darby canine kidney (MDCK) epithelial cells acquire invasive properties when intercellular adhesion is specifically inhibited by the addition of antibodies against the cell adhesion molecule uvomorulin; the separated cells then invade collagen gels and embryonal heart tissue. Second, MDCK cells transformed with Harvey and Moloney sarcoma viruses are constitutively invasive, and they were found not to express uvomorulin at their cell surface. These data suggest that the loss of adhesive function of uvomorulin (which is identical to E-cadherin and homologous to L-CAM) is a critical step in the promotion of epithelial cells to a more malignant, i.e., invasive, phenotype. Similar modulation of intercellular adhesion might also occur during invasion of carcinoma cells in vivo.

Loss of histotypic organization of epithelial cells is a common feature in normal development as well as in the invasion of carcinomas. Here we show that the v-src oncogene is a potent effector of epithelial differentiation and invasiveness. MDCK epithelial cells transformed with a temperature-sensitive mutant of v-src exhibit a strictly epithelial phenotype at the nonpermissive temperature for pp60v-src activity (40.5 degrees C) but rapidly loose cell-to-cell contacts and acquire a fibroblast-like morphology after culture at the permissive temperature (35 degrees C). Furthermore, the invasiveness of the cells into collagen gels or into chick heart fragments was increased at the permissive temperature. The profound effects of v-src on intercellular adhesion were not linked to changes in the levels of expression of the epithelial cell adhesion molecule E-cadherin. Rather, we observed an increase in tyrosine phosphorylation of E-cadherin and, in particular, of the associated protein beta-catenin. These results suggest a mechanism by which v-src counteracts junctional assembly and thereby promotes invasiveness and dedifferentiation of epithelial cells through phosphorylation of the E-cadherin/catenin complex.

The generation of invasiveness in transformed cells represents an essential step of tumor progression. We have previously shown that MDCK epithelial cells, which are deprived of intracellular adhesion by the addition of anti-Arc-1/uvomorulin antibodies, become invasive for collagen gels and embryonal heart tissue (Behrens, J., M. M. Mareel, F. M. Van Roy, and W. Birchmeier. 1989. J. Cell Biol. 108: 2435-2447.). Here we examined whether invasiveness is also induced by scatter factor, which is known to dissociate epithelial cells (Stoker, M., E. Gherardi, M. Perryman, and J. Gray. 1987. Nature (Lond.). 327:239-242.). Scatter factor was purified to homogeneity from conditioned medium of human fibroblasts by heparin-Sepharose chromatography, followed by cation exchange chromatography, gel filtration, or preparative SDS gel electrophoresis. We found that scatter factor represents a 92,000 mol wt glycoprotein which, apparently, is converted by limited proteolysis into disulfide-linked 62,000 and 34/32,000 mol wt subunits. Reversed phase HPLC and sequence analysis of tryptic peptides confirmed the suggested molecular structure, and revealed further that scatter factor exhibits sequence similarities to hepatocyte growth factor and to plasminogen. Purified scatter factor in fact induces the invasiveness into collagen matrices of MDCK epithelial cells, and induces or promotes the invasiveness of a number of human carcinoma cell lines. Apparently, the effect on the human cells depends on their respective degree of differentiation, i.e., cell lines with a less pronounced epithelial phenotype were more susceptible to the factor. Scatter factor does not seem to influence synthesis, steady-state level, and phosphorylation of the cell adhesion molecule Arc-1/uvomorulin. Thus, scatter factor represents a clearly defined molecular species which induces, in vitro, the progression of epithelial cells to a more motile, i.e., invasive phenotype.

beta-Catenin is involved in the formation of adherens junctions of mammalian epithelia. It interacts with the cell adhesion molecule E-cadherin and also with the tumor suppressor gene product APC, and the Drosophila homologue of beta-catenin, armadillo, mediates morphogenetic signals. We demonstrate here that E-cadherin and APC directly compete for binding to the internal, armadillo-like repeats of beta-catenin; the NH2-terminal domain of beta-catenin mediates the interaction of the alternative E-cadherin and APC complexes to the cytoskeleton by binding to alpha-catenin. Plakoglobin (gamma-catenin), which is structurally related to beta-catenin, mediates identical interactions. We thus show that the APC tumor suppressor gene product forms strikingly similar associations as found in cell junctions and suggest that beta-catenin and plakoglobin are central regulators of cell adhesion, cytoskeletal interaction, and tumor suppression.