AH
Antonio Herreros
Author with expertise in Protein Arginine Methylation in Mammals
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
15
(73% Open Access)
Cited by:
7,616
h-index:
66
/
i10-index:
128
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

The transcription factor Snail is a repressor of E-cadherin gene expression in epithelial tumour cells

Eduard Batlle et al.Jan 13, 2000
+4
C
E
E
0
Citation2,544
0
Save
0

Vitamin D3 promotes the differentiation of colon carcinoma cells by the induction of E-cadherin and the inhibition of β-catenin signaling

Héctor Pálmer et al.Jul 16, 2001
+8
J
J
H
The β-catenin signaling pathway is deregulated in nearly all colon cancers. Nonhypercalcemic vitamin D3 (1α,25-dehydroxyvitamin D3) analogues are candidate drugs to treat this neoplasia. We show that these compounds promote the differentiation of human colon carcinoma SW480 cells expressing vitamin D receptors (VDRs) (SW480-ADH) but not that of a malignant subline (SW480-R) or metastasic derivative (SW620) cells lacking VDR. 1α,25(OH)2D3 induced the expression of E-cadherin and other adhesion proteins (occludin, Zonula occludens [ZO]-1, ZO-2, vinculin) and promoted the translocation of β-catenin, plakoglobin, and ZO-1 from the nucleus to the plasma membrane. Ligand-activated VDR competed with T cell transcription factor (TCF)-4 for β-catenin binding. Accordingly, 1α,25(OH)2D3 repressed β-catenin–TCF-4 transcriptional activity. Moreover, VDR activity was enhanced by ectopic β-catenin and reduced by TCF-4. Also, 1α,25(OH)2D3 inhibited expression of β-catenin–TCF-4-responsive genes, c-myc, peroxisome proliferator-activated receptor δ, Tcf-1, and CD44, whereas it induced expression of ZO-1. Our results show that 1α,25(OH)2D3 induces E-cadherin and modulates β-catenin–TCF-4 target genes in a manner opposite to that of β-catenin, promoting the differentiation of colon carcinoma cells.
0

A natural antisense transcript regulates Zeb2/Sip1 gene expression during Snail1-induced epithelial–mesenchymal transition

Manuel Beltrán et al.Mar 15, 2008
+5
C
I
M
Expression of Snail1 in epithelial cells triggers an epithelial–mesenchymal transition (EMT). Here, we demonstrate that the synthesis of Zeb2, a transcriptional repressor of E-cadherin, is up-regulated after Snail1-induced EMT. Snail1 does not affect the synthesis of Zeb2 mRNA, but prevents the processing of a large intron located in its 5′-untranslated region (UTR). This intron contains an internal ribosome entry site (IRES) necessary for the expression of Zeb2. Maintenance of 5′-UTR Zeb2 intron is dependent on the expression of a natural antisense transcript (NAT) that overlaps the 5′ splice site in the intron. Ectopic overexpression of this NAT in epithelial cells prevents splicing of the Zeb2 5′-UTR, increases the levels of Zeb2 protein, and consequently down-regulates E-cadherin mRNA and protein. The relevance of these results is demonstrated by the strong association between NAT presence and conservation of the 5′-UTR intron in cells that have undergone EMT or in human tumors with low E-cadherin expression. Therefore, the results presented in this article reveal the existence of a NAT capable of activating Zeb2 expression, explain the mechanism involved in this activation, and demonstrate that this NAT regulates E-cadherin expression.
0
Citation632
0
Save
0

Regulation of E-cadherin/Catenin Association by Tyrosine Phosphorylation

Santiago Roura et al.Dec 1, 1999
+2
J
S
S
Alteration of cadherin-mediated cell-cell adhesion is frequently associated to tyrosine phosphorylation of p120- and β-catenins. We have examined the role of this modification in these proteins in the control of β-catenin/E-cadherin binding usingin vitro assays with recombinant proteins. Recombinant pp60c-src efficiently phosphorylated both catenins in vitro, with stoichiometries of 1.5 and 2.0 mol of phosphate/mol of protein for β-catenin and p120-catenin, respectively. pp60c-src phosphorylation had opposing effects on the affinities of β-catenin and p120 for the cytosolic domain of E-cadherin; it decreased (in the case of β-catenin) or increased (for p120) catenin/E-cadherin binding. However, a role for p120-catenin in the modulation of β-catenin/E-cadherin binding was not observed, since addition of phosphorylated p120-catenin did not modify the affinity of phosphorylated (or unphosphorylated) β-catenin for E-cadherin. The phosphorylated Tyr residues were identified as Tyr-86 and Tyr-654. Experiments using point mutants in these two residues indicated that, although Tyr-86 was a better substrate for pp60c-src, only modification of Tyr-654 was relevant for the interaction with E-cadherin. Transient transfections of different mutants demonstrated that Tyr-654 is phosphorylated in conditions in which adherens junctions are disrupted and evidenced that binding of β-catenin to E-cadherin in vivo is controlled by phosphorylation of β-catenin Tyr-654. Alteration of cadherin-mediated cell-cell adhesion is frequently associated to tyrosine phosphorylation of p120- and β-catenins. We have examined the role of this modification in these proteins in the control of β-catenin/E-cadherin binding usingin vitro assays with recombinant proteins. Recombinant pp60c-src efficiently phosphorylated both catenins in vitro, with stoichiometries of 1.5 and 2.0 mol of phosphate/mol of protein for β-catenin and p120-catenin, respectively. pp60c-src phosphorylation had opposing effects on the affinities of β-catenin and p120 for the cytosolic domain of E-cadherin; it decreased (in the case of β-catenin) or increased (for p120) catenin/E-cadherin binding. However, a role for p120-catenin in the modulation of β-catenin/E-cadherin binding was not observed, since addition of phosphorylated p120-catenin did not modify the affinity of phosphorylated (or unphosphorylated) β-catenin for E-cadherin. The phosphorylated Tyr residues were identified as Tyr-86 and Tyr-654. Experiments using point mutants in these two residues indicated that, although Tyr-86 was a better substrate for pp60c-src, only modification of Tyr-654 was relevant for the interaction with E-cadherin. Transient transfections of different mutants demonstrated that Tyr-654 is phosphorylated in conditions in which adherens junctions are disrupted and evidenced that binding of β-catenin to E-cadherin in vivo is controlled by phosphorylation of β-catenin Tyr-654. Regulation of E-cadherin/catenin association by tyrosine phosphorylation.Journal of Biological ChemistryVol. 291Issue 36PreviewVOLUME 274 (1999) PAGES 36734–36740 Full-Text PDF Open Access epidermal growth factor glutathione S-transferase cytosolic domain of E-cadherin polyacrylamide gel electrophoresis phosphotyrosine monoclonal antibody phosphate-buffered saline E-cadherin is the predominant cadherin in epithelial tissue and, as a member of this family, is responsible for the correct establishment and maintenance of adherens junctions, through Ca2+-dependent homophilic interactions with adjacent cells (1Takeichi M. Curr. Opin. Cell Biol. 1993; 5: 806-811Crossref PubMed Scopus (848) Google Scholar). The adhesive function of E-cadherin requires its attachment to the actin cytoskeleton, association mediated by a set of proteins collectively named catenins. In adherens junctions, the intracellular domain of E-cadherin binds directly to β-catenin that, in turn, associates with α-catenin, which is thought to link cadherin complexes to the actin cytoskeleton (2Hülsken J. Birchmeier W. Behrens J. J. Cell Biol. 1994; 127: 2061-2069Crossref PubMed Scopus (591) Google Scholar, 3McCrea P.D. Gumbiner B.M. J. Biol. Chem. 1991; 266: 4514-4520Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 4Nagafuchi A. Takeichi M. Cell Reg. 1989; 1: 37-44Crossref PubMed Scopus (400) Google Scholar, 5Cowin P. Burke D. Curr. Opin. Cell Biol. 1996; 8: 56-65Crossref PubMed Scopus (229) Google Scholar). In addition to plakoglobin, that plays a role similar to that of β-catenin but in desmosomes, other proteins have also been shown to be associated to cadherin complexes. The presence of EGF1 receptor, phosphotyrosine phosphatases or tyrosine kinase substrates as p120, has suggested a role for tyrosine phosphorylation in the modulation of these complexes. This hypothesis has been supported by data showing that maintenance of the adhesion complex is modulated by Src family tyrosine kinases, as pp60c-src itself; or receptors with tyrosine kinase activity of growth factors like EGF, hepatocyte growth factor, platelet-derived growth factor, and colony stimulating factor-1 (6Downing J.R. Reynolds A.B. Oncogene. 1991; 6: 607-613PubMed Google Scholar, 7Kanner S.B. Reynolds A.B. Parsons J.T. Mol. Cell. Biol. 1991; 11: 713-720Crossref PubMed Scopus (113) Google Scholar, 8Hoschuetzky H. Aberle H. Kemler R. J. Cell Biol. 1994; 127: 1375-1380Crossref PubMed Scopus (683) Google Scholar, 9Fujii K. Furukawa F. Matsuyoshi N. Exp. Cell Res. 1996; 223: 50-62Crossref PubMed Scopus (48) Google Scholar, 10Shibata T. Ochiai A. Kanai Y. Akimoto S. Gotoh M. Yasui N. Machinami R. Hirohashi S. Oncogene. 1996; 13: 883-889PubMed Google Scholar). β- and p120-catenins are considered to be the tyrosine phosphorylation-sensitive components of the adhesion complexes, since both proteins are phosphorylated in response to stimuli that disrupt adherens junctions and dissociate E-cadherin from the cytoskeleton (11Reynolds A.B. Daniel J. McCrea P.D. Wheelock M.M. Wu J. Zhang Z. Mol. Cell. Biol. 1994; 14: 8333-8342Crossref PubMed Scopus (441) Google Scholar, 12Tsukita S. Oishi K. Akiyama T. Yamanashi Y. Yamamoto T. Tsukita S. J. Cell Biol. 1991; 113: 867-879Crossref PubMed Scopus (266) Google Scholar, 13Behrens J. Vakaet L. Friis R. Winterhager E. Van Roy F. Mareel M.M. Birchmeier W. J. Cell Biol. 1993; 120: 757-766Crossref PubMed Scopus (873) Google Scholar). Several hypotheses have been proposed to explain the adhesive changes of cadherin complexes in response to catenin tyrosine phosphorylation. These hypotheses include 1) alterations in the affinity of p120- and β-catenin for the cytoplasmatic region of E-cadherin; 2) conformational changes in these components that result in the disruption of linkage within cadherin and the cytoskeleton; or 3) recruitment of unknown proteins, or perhaps p120, to the cadherin/catenin complexes that implicate the dissociation of their components (14Daniel J.M. Reynolds A.B. BioEssays. 1997; 19: 883-891Crossref PubMed Scopus (285) Google Scholar). Since a direct relationship of β-catenin phosphorylation to E-cadherin loss of function has not been established yet, it is also possible that, as proposed by some authors, E-cadherin dissociation from the cytoskeleton after cell transformation is not directly related to tyrosine phosphorylation of catenins. We were particularly interested to evaluate the different possibilities that led to the disassembly of adherens junctions upon tyrosine phosphorylation of β-catenin. We have studied the ability of β-catenin and p120-catenin to bind E-cadherin in vitro, and the modulation of this binding by tyrosine phosphorylation. Full-length murine β-catenin (provided by Dr. R. Kemler, University of Freiburg, Freiburg, Germany) was inserted in the BamHI restriction site of pGEX-6P3 plasmid (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden) and expressed in Escherichia coli as a glutathione S-transferase (GST) fusion protein. After purification by affinity chromatography on glutathione-Sepharose columns, the fusion protein was cleaved with PreScission protease (Amersham Pharmacia Biotech). A DNA fragment corresponding to amino acids 196 to end of murine p120-catenin was obtained from pcDNA3-Cas1 plasmid (provided by Dr. Albert Reynolds, Vanderbilt University, Nashville, TN) by digestion withBglII and NotI, and cloned intoBamHI-NotI sites of pGEX-6P1 (Amersham Pharmacia Biotech). The expressed fusion GST-p120-catenin protein was purified and cleaved as above. A DNA fragment that corresponds to the cytosolic domain of murine E-cadherin was amplified by polymerase chain reaction using oligos corresponding to the nucleotide sequences 2268–2282 and 2720–2706, and containing BamHI and EcoRI sites at their 5′-ends, respectively. The 0.5-kilobase amplification fragment was digested with BamHI and EcoRI and cloned in the same sites of pGEX-6P3 plasmid. The absence of mutations in this fragment was verified by sequencing. GST-cytoEcad fusion proteins were prepared and isolated as above. Purified proteins were aliquoted and stored in 50% (v/v) glycerol at −40 °C until use. β-Catenin mutants 1–106 and 1–575 were generated cutting pGEX-6P3-β-catenin with restriction enzymes SphI and EcoICRI, respectively, filling in and ligating. An entire C-terminal mutant (575–783) was obtained cloning the EcoICRI-BamHI fragment into the SmaI site of pGEX-6P3; 575–696 mutant was generated by cutting pGEX-6P3 (575–783) with BglII andNotI, filling in, and ligating. 696–783 mutant was constructed cutting pGEX-6P3-β-catenin withBglII-SmaI, filling in, and inserting the fragment in SmaI site of pGEX-6P2. Point mutants Tyr-86 → Glu, Tyr-86 → Phe, Tyr-654 → Glu, and Tyr-654 → Phe were obtained using the QuickChangeTM site-directed mutagenesis kit (Stratagene, La Jolla, CA). A polymerase chain reaction was performed using Pfu polymerase, pGEX-6P3-β-catenin as template, and oligonucleotide primers containing each mutation. Sense primers used for generation of Tyr-86 → Glu and Tyr-86 → Phe mutants were, respectively, 5′-GCTGATATTGACGGGCAGGAAGCAATGACTAGG-3′ and 5′-GCTGATATTGACGGGCAGTTTGCAATGACTAGG-3′; and for generation of Tyr-654 → Glu and Tyr-654 → Phe, 5′-GGCGTGGCAACAGAAGCAGCTGCTGCTGTCC-3′ and 5′-GGCGTGGCAACATTTGCAGCTGCTGCTGTCC-3′, respectively. Changes are indicated in bold. After amplification, the product was treated with DpnI, which digests the parental construct. Finally, the nicked plasmid was transformed and sequenced. A double mutant Tyr-86 → Phe/Tyr-654 → Phe was also obtained using this procedure with Tyr-86 → Phe-β-catenin. All β-catenin mutants were expressed as GST fusion proteins, purified, and cleaved as indicated above. In vitro assays were performed in a final volume of 30 μl in the following conditions: 25 mm Tris-HCl, pH 6.8, 25 mmMgCl2, 5 mm MnCl2, 0.5 mm EGTA, 0.25 mmVaO4Na3, 1 mm dithiothreitol, 0.1 mm [γ-32P]ATP (1000 cpm/pmol), 1 μg of either β-catenin or p120-catenin, and 0.5 units of recombinant pp60c-src protein kinase (from Upstate Biotechnology, Inc.). Reactions were performed at 22 °C for 0.5–4 h. Samples were analyzed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis in standard 10% polyacrylamide gels. After electrophoresis, gels were fixed in 25% methanol, 10% acetic acid, dried, and exposed to x-ray film at −80 °C for 12 h. Quantitation of β-catenin and p120 phosphorylation was determined excising the band with a razor blade and counting in a liquid scintillation radioactivity detector. In some cases, phosphorylation reactions were performed in the same conditions using GST fusion proteins as substrates and GST as control. The reactions were finished by diluting the samples in phosphate-buffered saline (PBS) (10 mm phosphate buffer, pH 7.4, 136 mm NaCl, 4 mm KCl), and 20 μl of glutathione-Sepharose beads (50% suspension in PBS) were added and incubated with the samples for 30 min. The resin was pelleted down and washed three times with PBS, and the radioactivity present in the pellet was estimated as above. When indicated 50 μg of recombinant p120- or β-catenin were incubated with 9 units of pp60v-src in the conditions indicated above, but using 0.1 mm ATP. As a control, reactions were performed in the same conditions but in the absence of ATP. Different concentrations of p120- or β-catenin ranging from 0.12 to 12 pmol (which correspond to 11 ng to 1.1 μg for β-catenin and 9.4 ng to 0.94 μg for p120-catenin) were incubated with a constant amount, 1.2 pmol (60 ng), of GST-cytoEcad fusion protein or with the same pmol of GST (30 ng) as control. Incubations were performed in the presence of 50 mm Tris-HCl, pH 7.3, 150 mm NaCl, 3 mm MgCl2, 1 mm EDTA, 1 mm dithiothreitol, and 0.1% (w/v) Triton X-100, in a final volume of 200 μl for 45 min at room temperature. GST-cytoEcad/catenin complexes were isolated by incubation with 40 μl of a 50% slurry of glutathione-Sepharose beads. After 30 min of gentle agitation, beads were collected by spinning in a microcentrifuge and washed three times with binding buffer. Bound protein complexes were solubilized in electrophoresis sample buffer and boiled for 5 min. Samples were separated by 10% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, transferred to nitrocellulose filters, and analyzed by Western blot with monoclonal antibodies (mAbs) against p120- or β-catenin (Transduction Laboratories, Lexington, KY). Immunoblots were developed with peroxidase-conjugated secondary antibody followed by an enhanced chemiluminescence detection system (ECL, Pierce). Phosphorylated catenin samples that were subjected to cytoEcad binding were analyzed in parallel by Western blot with an anti-phosphotyrosine (Tyr(P))-specific mAb (Transduction Laboratories), to check that catenin phosphorylation was completed. In order to quantitate the amount of β-catenin bound to E-cadherin, the autoradiograms were scanned in a densitometer and the results were compared with those obtained with p120 or β-catenin standards analyzed by Western blot in parallel. Data obtained from the binding of five or six different concentrations of catenin (each one performed in duplicate) were analyzed by Scatchard plot. The ratio of bound to free catenin was plotted versus the concentration of catenin bound to GST-cytoEcad; the association constant (K a) was determined from the slope of the regression line graph thus obtained. Determination of K a was repeated from four independent sets of measurements, and the mean ± standard deviation of these four association constants was calculated. Wild-type or mutant β-catenin cDNAs were inserted in the BamHI site of pcDNA3.1 His (C) plasmid (Invitrogen, Carlsbad, CA). This plasmid labels the NH2 end of expressing proteins with a polyhistidine tag, which facilitates their purification, and with an epitope recognized by an anti-XpressTM antibody. 50% confluent Caco-2 cells, grown in Dulbecco's modified Eagle's medium (Life Technologies, Inc.) supplemented with 10% fetal calf serum (Life Technologies, Inc.), were transfected with these plasmids Using LipofectAMINE (Life Technologies, Inc.) according the instructions of the manufacturer. After transfection, cells were incubated for 30 h in Dulbecco's modified Eagle's medium plus fetal calf serum; when indicated, cells were incubated the last 6 h with 0.25 mm sodium orthovanadate (Na3VaO4). Cells extracts were prepared in RIPA buffer (20 mmTris-HCl, pH 7.6, 150 mm NaCl, 1% sodium deoxycholate, 1% Nonidet P-40, 0.1% SDS, 1 mm EDTA) supplemented with 10 μg/ml aprotinin, 20 μg/ml leupeptin, 1 mm PMSF, and 0.5 mm Na3VaO4. Lysates were centrifuged at 13,000 rpm in a microcentrifuge for 5 min at 4 °C. 250 μg of extract were incubated in a final volume of 0.2 ml with 15 μl of a 50% (w/v) suspension of nickel-NTA-agarose (Qiagen, Hilden, Germany) for 30 min at 4 °C. Beads were washed with RIPA buffer, and bound proteins were eluted with electrophoresis sample buffer. Samples were analyzed by SDS-PAGE and Western blot using antibodies against β-catenin (from Transduction Laboratories). In order to reprobe the membranes, blots were stripped as described (15Skoudy A. Llosas M.M. Garcia de Herreros A. Biochem. J. 1996; 317: 279-284Crossref PubMed Scopus (50) Google Scholar) and re-analyzed with mAbs against Tyr(P) or E-cadherin (Transduction Laboratories). The absence of signal after stripping was always checked incubating with the correspondent secondary antibody and ECL reagent. Full-length recombinant β-catenin or a fragment of p120-catenin comprising all the arm repeats were produced as GST fusion proteins and purified as indicated under “Experimental Procedures.” The purity of these preparations is shown in Fig. 1 A. Both catenins were phosphorylated in vitro by recombinant pp60c-src (Fig. 1 B); only Tyr residues were modified (data not shown). β-catenin or p120 phosphorylation (Fig. 1 B) was totally blocked by addition of herbimycin, a pp60c-src specific inhibitor (16Uehara Y. Fukazawa H. Murakami Y. Mizuno S. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1989; 163: 803-809Crossref PubMed Scopus (241) Google Scholar). Similar results were obtained with a purified preparation of pp60v-src (data not shown). The stoichiometry of these phosphorylations was investigated. 1 unit of pp60c-src was able to incorporate up to 2.4 nmol of P/1.6 nmol of β-catenin or 2.7 nmol of P/1.3 nmol of p120-catenin, when incubated at 22 °C (Fig. 1 C). At 30 °C, the reactions were faster but proceeded to a lower extent, probably because pp60c-src was being inactivated (data not shown). These stoichiometries of phosphorylation, 1.5 and 2 nmol of P/nmol of β- or p120-catenin, respectively, indicated that, in both cases, more than one site was being modified. To determine the relevance of this modification, the abilities of Tyr-phosphorylated catenins to bind E-cadherin were analyzed and compared with those of the unmodified proteins. In order to perform this assay, the cytosolic domain of E-cadherin (cytoEcad) was prepared and purified as a GST fusion protein (Fig. 1 A). It has been previously described that a limited fragment of this E-cadherin-domain is sufficient to bind β-catenin in vivo as well asin vitro (17Stappert J. Kemler R. Cell Adhes. Commun. 1994; 2: 319-327Crossref PubMed Scopus (204) Google Scholar). Different amounts of recombinant p120- and β-catenins, from 0.12 to 12 pmol, were incubated separately with 1.2 pmol of GST-cytoEcad. The complexes were bound to glutathione-Sepharose and the presence of the catenins associated to the beads was analyzed by Western blot with specific mAbs (Fig. 2). The results were compared with the signal obtained from known amounts of standards that were included in the Western blot analysis. Scatchard analysis were carried out and the association constant (K a) was determined from the slope of the regression line obtained. K a for E-cadherin/β-catenin or E-cadherin/p120-catenin were estimated to be 1.0 ± 0.2 × 108 and 3.6 ± 0.5 × 106m−1, respectively (Table I). The value of this constant for β-catenin/E-cadherin binding was similar to that obtained by Obama and Ozawa (18Obama H. Ozawa M. J. Biol. Chem. 1997; 272: 11017-11020Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (47) Google Scholar) for the association of this same catenin to α-catenin. p120-catenin presented a lower affinity, as has been suggested previously (14Daniel J.M. Reynolds A.B. BioEssays. 1997; 19: 883-891Crossref PubMed Scopus (285) Google Scholar). Phosphorylation of β-catenin by pp60c-src significantly decreased the affinity by E-cadherin (Fig. 2 A); the association constant was 5-fold lower (Table I). On the other hand, phosphorylation of p120-catenin promoted the opposite effect; association of this catenin to E-cadherin was increased by a factor of 4 (Fig. 2 B and Table I).Table IAffinity constants for binding of cytoEcad to β-catenin or p120-cateninBinding of cytoEcad toK am −1 (× 10 7)β-Catenin10 ± 2.0β-Catenin (pp60c- src -phosphorylated)1.8 ± 0.4p120-catenin0.36 ± 0.05p120-catenin (pp60c- src -phosphorylated)1.2 ± 0.3β-Catenin + p120-catenin (4-fold molar excess)8.2 ± 0.5β-Catenin (phosphorylated) + p120-catenin (phosphorylated) (4-fold molar excess)1.4 ± 0.2β-Catenin (Y86F)10.2 ± 2.0β-Catenin (Y86F) (pp60c- src -phosphorylated)1.6 ± 0.3β-Catenin (Y654F)10.4 ± 2.0β-Catenin (Y654F) (pp60c- src -phosphorylated)10.2 ± 2.2β-Catenin (Y86E)8.6 ± 0.7β-Catenin (Y654E)0.77 ± 0.14 Open table in a new tab It has been reported previously that p120-catenin does not bind to the same region of the cytosolic domain of E-cadherin than β-catenin. However, a possibility to be considered consisted in that the association of p120-catenin could hamper β-catenin binding only when both proteins were tyrosine-phosphorylated. Therefore, β-catenin binding assays were performed in the presence of p120-catenin. The addition of increasing amounts of this last protein (in a molar excess up to 4), either phosphorylated or not, did not modify the binding of control or Tyr-phosphorylated β-catenin to cytoEcad (Fig. 2 C). The association constants measured in these conditions were not substantially different from those calculated for β-catenin in the absence of p120 (Table I). Since β-catenin phosphorylation presented a functional relevance for E-cadherin activity, the identification of the modified Tyr residues was pursued. Phosphorylation of several β-catenin deletion mutants demonstrated the existence of Tyr residues capable to be phosphorylated in two different parts of the molecule (Fig. 3). A short N-terminal mutant, comprising amino acids 1–106, was efficiently phosphorylated, incorporating approximately 1 pmol of phosphate pmol of protein. No significant differences were detected between the amount of phosphate incorporated by this form and a longer N-terminal mutant (amino acids 1–575). This result suggests that amino acids placed between 106 and 575 were not phosphorylated by pp60c-src . The C-terminal tail of the molecule (575–783) was also substrate of this tyrosine kinase, although in a lower extent than the N terminus (approximately 0.5 pmol of phosphate/pmol of protein). Another shorter C-terminal fragment (575–693) was phosphorylated identically to the complete C-tail, indicating that the modified residue (or residues) was confined to this short sequence. In accordance, a fragment comprising residues 693–783 was not phosphorylated (Fig. 3). The Tyr residues present in the 1–106 and 575–693 fragments were analyzed and compared with sequences of well known substrates of Src protein kinases. None of the Tyr residues present in the 575–693 fragment fit well to the optimal phosphorylation sequence of this kinase, but among the three Tyr, Tyr-654 showed the best match. Tyr-670 was discarded because it contained three basic amino acids at position +1 to +3, a feature that makes phosphorylation by pp60c-src difficult (19Cooper J.A. Esch F.S. Taylor S.S. Hunter T. J. Biol. Chem. 1984; 259: 7835-7841Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 20McMurray J.S. Budde R.J. Ke S. Obeyesekere N.U. Wang W. Ramdas L. Lewis C.A. Arch. Biochem. Biophys. 1998; 355: 124-130Crossref PubMed Scopus (18) Google Scholar, 21Johnson T.M. Perich J.W. Bjorge J.D. Fujita D.J. Cheng H.C. J. Pept. Res. 1997; 50: 365-371Crossref PubMed Scopus (17) Google Scholar). In respect to Tyr-604, Tyr-654 presents an acidic residue on the N-terminal side (position −5), two Ala residues at position +1 and +2, and a Lys at +7, all characteristics repeatedly found in Src substrates. Three Tyr residues are also present in the 1–106 β-catenin fragment. Among these, Tyr-86 presents the best features: Arg at position +7, Ala at position +1 and, especially, two Asp residues upstream (−3 and −6). In addition, it contains a Gln at −1, another feature found in pp60c-src substrates (19Cooper J.A. Esch F.S. Taylor S.S. Hunter T. J. Biol. Chem. 1984; 259: 7835-7841Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar, 20McMurray J.S. Budde R.J. Ke S. Obeyesekere N.U. Wang W. Ramdas L. Lewis C.A. Arch. Biochem. Biophys. 1998; 355: 124-130Crossref PubMed Scopus (18) Google Scholar). None, or only one, of these characteristics was observed in the sequences surrounding other Tyr residues. Therefore, the best candidates, Tyr-654 and Tyr-86, were mutagenized to Phe residues and mutant β-catenins were expressed and purified (Fig. 4 A). Phosphorylation experiments revealed that our predictions were correct; both Tyr-86 → Phe and Tyr-654 → Phe were significantly less phosphorylated by pp60c-src than the wild-type β-catenin (Fig. 4). The phosphorylation of the double mutant was undetectable (Fig. 4). As expected from the experiments performed with the deletion mutants, that suggested a higher stoichiometry of phosphorylation for Tyr-86 than for Tyr-654 (Fig. 3), the presence of the mutation Tyr-86 → Phe diminished more β-catenin tyrosine phosphorylation than the mutation Tyr-654 → Phe (Fig. 4). The capacity of both β-catenin mutants to bind E-cadherin was also assayed and compared with that of wild-type β-catenin. As shown in Fig. 5 A, Tyr-86 → Phe and Tyr-654 → Phe β-catenin mutants associated to cytoEcad with a very similar affinity to the wild-type form: the association constants were not significantly different (Table I). pp60c-src phosphorylation decreased binding of Tyr-86 → Phe β-catenin mutant to cytoE-cad in a similar fashion to binding of wild-type β-catenin, but it did not alter binding of Tyr-654 → Phe mutant (Fig. 5 A and Table I). This result suggests that phosphorylation of Tyr-654 is relevant for the decrease in cytoEcad binding caused by pp60c-src . To verify this hypothesis, the two Tyr residues were mutagenized to Glu and mutant proteins expressed and purified (Fig. 5 B). This mutation introduces a negative charge in the position of Tyr and mimics the effect of phosphorylation of this residue. The results of the binding experiments indicate that, whereas Tyr-86 → Glu β-catenin associated to cytoE-cad in a manner identical to that for the wild-type form, Tyr-654 → Glu did it much worse (Fig. 5 C); theK a for this interaction was even lower than that calculated for β-catenin phosphorylated with pp60c-src (Table I). This fact is probably due to the incomplete phosphorylation of Tyr-654 in our in vitroassays. The functional relevance of Tyr-654 phosphorylation was also evidencedin vivo. Caco-2 cells were transiently transfected with wild-type β-catenin or the two Tyr-654 mutants (Tyr-654 → Phe, Tyr-654 → Glu) labeled with a polyhistidine tag, to facilitate their purification. After 24 h, cells were incubated with the Tyr(P) phosphatase inhibitor Na3VaO4, a compound that increases β-catenin phosphorylation in Tyr residues, at the same time that dissociates adherens junctions (15Skoudy A. Llosas M.M. Garcia de Herreros A. Biochem. J. 1996; 317: 279-284Crossref PubMed Scopus (50) Google Scholar, 22Volberg T. Zick Y. Dror R. Sabanay I. Gilon C. Levitzki A. Geiger B. EMBO J. 1992; 11: 1733-1742Crossref PubMed Scopus (269) Google Scholar, 23Staddon J.M. Herrenknecht K. Smales C. Rubin L.L. J. Cell Sci. 1995; 108: 609-619Crossref PubMed Google Scholar). Transfected forms of β-catenin were purified by Ni2+-agarose chromatography, and their phosphorylation status was analyzed. As shown in Fig. 6 A, phosphorylation of wild-type β-catenin was remarkably increased by incubation with Na3VaO4. On the other hand, the levels of Tyr(P) present in the two Tyr-654 mutants were not increased by this compound. Curiously, the basal Tyr(P) content of the three forms was very similar. This experiment suggests that Na3VaO4 induces phosphorylation of Tyr-654, but this residue is not phosphorylated in basal conditions. As previously mentioned, Na3VaO4 effects on tyrosine phosphorylation are accompanied by a lower number of E-cadherin/β-catenin cellular complexes. E-cadherin was retained by Ni2+-agarose only when β-catenin was bound to this resin (Fig. 6 A). After addition of Na3VaO4, the amount of E-cadherin that copurified with β-catenin was substantially reduced. Similar levels of E-cadherin were observed in the beads when wild-type β-catenin or Tyr-654 → Phe mutant were expressed (Fig. 6 A). However, the amount of E-cadherin that copurified with β-catenin Tyr-654 → Phe was not modified by Na3VaO4 as this form is not phosphorylated. The association of E-cadherin to β-catenin mutants Tyr-654 → Glu and Tyr-86 → Glu was also analyzed as these forms behave as constitutively phosphorylated. The amount of E-cadherin associated to Tyr-654 → Glu mutant was substantially lower than to the wild-type form (Fig. 6, A and B) and was not modified by addition of Na3VaO4. Unlike Tyr-654 → Glu, Tyr-86 → Glu interacted with E-cadherin identically than wild-type β-catenin (Fig. 6 B). All these results indicate that Tyr-654 phosphorylation is relevant for the modulation in vivo of the interaction β-catenin-E-cadherin. Several authors have determined that de-assembly of adhesion junctions was frequently associated to augmented tyrosine phosphorylation of proteins present in the complex (14Daniel J.M. Reynolds A.B. BioEssays. 1997; 19: 883-891Crossref PubMed Scopus (285) Google Scholar, 22Volberg T. Zick Y. Dror R. Sabanay I. Gilon C. Levitzki A. Geiger B. EMBO J. 1992; 11: 1733-1742Crossref PubMed Scopus (269) Google Scholar, 23Staddon J.M. Herrenknecht K. Smales C. Rubin L.L. J. Cell Sci. 1995; 108: 609-619Crossref PubMed Google Scholar, 24Kinch M.S. Clark G.J. Channing J.D. Burridge K. J. Cell Biol. 1995; 130: 461-471Crossref PubMed Scopus (281) Google Scholar). Among these proteins, the most relevant changes have been detected in β-catenin; it has been assumed that increased tyrosine phosphorylation of this protein was the cause of E-cadherin-loss-of-function. However, a conclusive relationship had not been established so far, and some authors have proposed alternative explanations (25Takeda H. Nagafuchi A. Yonemura S. Tsukita S. Behrens J. Birchmeier W. Tsukita S. J. Cell Biol. 1995; 131: 1839-1847Crossref PubMed Scopus (199) Google Scholar). In this article we show that tyrosine phosphorylation of β-catenin decreases its binding to E-cadherin in assays using purified proteins, evidencing a direct cause-effect relationship. We have identified the Tyr involved in regulation of this binding as Tyr-654 and have demonstrated that modification of this residue alters the modulation of E-cadherin/β-catenin bindingin vivo. In our in vitro assays, β-catenin phosphorylation was performed by pp60c-src tyrosine kinase. This protein kinase, or its viral homologue pp60v-src, has been reported to promote de-assembly of adherens junction, loss of function of E-cadherin, and phosphorylation of β-catenin in Madin-Darby canine kidney cells. Our results suggest that pp60c-src might be the tyrosine kinase directly responsible for the phosphorylation and, thus, the inactivation of β-catenin. However, it cannot be discounted that another protein-tyrosine kinase, activated by pp60c-src, is the direct β-catenin kinase, or contributes to the complete tyrosine phosphorylation of this protein. At this respect, it should be remembered that the two Tyr residues modified are not phosphorylated with the same efficiency. It is possible that, in vivo, pp60c-src is catalyzing the direct phosphorylation of Tyr-86 but not of Tyr-654. In addition to pp60c-src, other plausible candidates to be responsible for Tyr-654 phosphorylation are the Fer kinase and the EGF receptor, two tyrosine kinases that are associated to β-catenin (26Rosato R. Veltmaat J.M. Groffen J. Heisterkamp N. Mol. Cell. Biol. 1998; 18: 5762-5770Crossref PubMed Scopus (109) Google Scholar, 27Shibamoto S. Hayakawa M. Takeuchi K. Hori T. Oku N. Miyazawa K. Kitamura N. Takeichi M. Ito F. Cell Adhes. Commun. 1994; 1: 295-305Crossref PubMed Scopus (417) Google Scholar). In this respect, both EGF receptor and its homologue the proto-oncogene c-erb-2 have been shown to associate to the last three armadillo repeats of β-catenin (10Shibata T. Ochiai A. Kanai Y. Akimoto S. Gotoh M. Yasui N. Machinami R. Hirohashi S. Oncogene. 1996; 13: 883-889PubMed Google Scholar), precisely the region of this protein where Tyr-654 is located. Altered cell adhesion has been reported to be also associated to disruption of α-catenin/β-catenin binding (28Ozawa M. Kemler R. J. Biol. Chem. 1998; 273: 6166-6170Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (178) Google Scholar). Tyrosine phosphorylation of unknown β-catenin residues seems to be responsible of this effect. Dissociation of these proteins is probably required for β-catenin to be transported to the nucleus and work as a transcriptional cofactor (reviewed in 29Aberle H. Butz S. Stappert J. Weissig H. Kemler R. Hoschuetzky H. J. Cell Sci. 1994; 107: 3655-3663Crossref PubMed Google Scholar). We have tested the ability of our mutants to bind recombinant α-catenin. No changes in thein vitro association of these two proteins were observed after phosphorylation of β-catenin by pp60c-src or when binding to α-catenin of Tyr-86 → Glu and Tyr-654 → Glu mutants were compared with the wild-type form. 2J. Piedra, A. Garcı́a de Herreros, and M. Duñach, unpublished observations. These results suggest that pp60c-src is not directly responsible for the modification of the Tyr residue that modulates α-catenin/β-catenin association and that neither Tyr-654 nor Tyr-86 are involved in this process. A more plausible candidate for this role is Tyr-143, the only Tyr residue present in the β-catenin domain necessary for α-catenin binding (30Barth A.I. Näthke I.S. Nelson W.J. Curr. Opin. Cell Biol. 1997; 9: 690-693Crossref Scopus (490) Google Scholar). In any case, the physiological relevance of tyrosine phosphorylation in the control of β-catenin/α-catenin binding is likely to be dependent on the cell system, since in Caco-2 cells treatment with Na3VaO4 did not modify the amount of α-catenin/β-catenin binding. No differences were observed in the amount of α-catenin that copurified with transfected β-catenin in the experiment described in Fig. 6 after treatment with Na3VaO4 (data not shown). p120-catenin was initially characterized as a substrate of the activated pp60v-src kinase and only recently has been described its binding to E-cadherin (14Daniel J.M. Reynolds A.B. BioEssays. 1997; 19: 883-891Crossref PubMed Scopus (285) Google Scholar). Our group (15Skoudy A. Llosas M.M. Garcia de Herreros A. Biochem. J. 1996; 317: 279-284Crossref PubMed Scopus (50) Google Scholar) and others (24Kinch M.S. Clark G.J. Channing J.D. Burridge K. J. Cell Biol. 1995; 130: 461-471Crossref PubMed Scopus (281) Google Scholar) have reported that this protein is tyrosine-phosphorylated in conditions of E-cadherin-loss-of-function and that this modification is accompanied by a greater binding of p120-catenin to E-cadherin. These results have suggested that p120-catenin could act as a negative effector of adherens junctions, decreasing E-cadherin/β-catenin binding. The data described in this paper indicated that this is not the case. Tyrosine-phosphorylated p120 associates better to E-cadherin than the unmodified catenin but does not compete with the binding of β-catenin. The exact role of p120-catenin phosphorylation, and its subsequent binding to E-cadherin, in the loss of the adhesive properties of this protein still has to be demonstrated. The description by Gumbiner and co-workers (31Yap A.S. Niessen C.M. Gumbiner B.M. J. Cell Biol. 1998; 141: 779-789Crossref PubMed Scopus (469) Google Scholar) that p120-catenin binds to E-cadherin in a cytoplasmic region necessary for E-cadherin clustering suggests that this protein might be involved in the regulation of this process. Tyr-654, the tyrosine residue that controls β-catenin/E-cadherin binding, maps in the twelfth and last armadillo repeat of β-catenin (32Peifer M. Berg S. Reynolds A.B. Cell. 1994; 76: 789-791Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (575) Google Scholar). The structure of the armadillo repeats of β-catenin has been elucidated; they form a highly elongated domain composed entirely of α-helices with a long, positively charged groove. This structure is thought to accommodate the 30-amino acid sequence present in cytoEcad shown to be sufficient for binding to β-catenin (33Huber A.H. Nelson W.J. Weis W.I. Cell. 1997; 90: 871-882Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (578) Google Scholar). This E-cadherin sequence is quite acidic (pI of 3.3), like the sequences of other proteins known also to interact with β-catenin armadillo repeats. Therefore, it has been proposed that E-cadherin/β-catenin interaction is dominated by ion pairs over an extended region, more than a close steric complementarity on a more limited area. It is easy to speculate that the introduction of a phosphate group, and thus, a negative charge, in the armadillo domain might affect this interaction, either diminishing the number of ion pairs or partially closing the long groove. The fact that the modified residue is not in the central part of this structure may help to explain the armadillo domain is still able to associate to other proteins after phosphorylation, as adenomatous polyposis coli (30Barth A.I. Näthke I.S. Nelson W.J. Curr. Opin. Cell Biol. 1997; 9: 690-693Crossref Scopus (490) Google Scholar, 34Rubinfeld B. Souza B. Albert I. Müller O. Chamberlain S.H. Masiarz F.R. Munemitsu S. Polakis P. Science. 1993; 262: 1731-1734Crossref PubMed Scopus (1228) Google Scholar, 35Su L.K. Vogelstein B. Kinzler K.W. Science. 1993; 262: 1734-1737Crossref PubMed Scopus (1165) Google Scholar). We thank Drs. R. Kemler, B. Gumbiner, and A. Reynolds for providing cDNA clones. We appreciate the advice of E. Batlle in the mutagenesis of β-catenin and the support of Dr. E. Padrós.
0

A SNAIL1–SMAD3/4 transcriptional repressor complex promotes TGF-β mediated epithelial–mesenchymal transition

C. Vincent et al.Jul 13, 2009
+12
J
E
C
TGF-β mediates epithelial-mesenchymal transitions (EMT) during tumorigenesis but the molecular mechanisms driving this effect have been unclear. The transcriptional repressor SNAIL1 and the downstream effector of TGF-β SMAD3/4 cooperate to repress gene expression during TGF-β-mediated EMT. Epithelial–mesenchymal transition (EMT) is essential for organogenesis and is triggered during carcinoma progression to an invasive state1. Transforming growth factor-β (TGF-β) cooperates with signalling pathways, such as Ras and Wnt, to induce EMT2,3,4,5, but the molecular mechanisms are not clear. Here, we report that SMAD3 and SMAD4 interact and form a complex with SNAIL1, a transcriptional repressor and promoter of EMT6,7. The SNAIL1–SMAD3/4 complex was targeted to the gene promoters of CAR, a tight-junction protein, and E-cadherin during TGF-β-driven EMT in breast epithelial cells. SNAIL1 and SMAD3/4 acted as co-repressors of CAR, occludin, claudin-3 and E-cadherin promoters in transfected cells. Conversely, co-silencing of SNAIL1 and SMAD4 by siRNA inhibited repression of CAR and occludin during EMT. Moreover, loss of CAR and E-cadherin correlated with nuclear co-expression of SNAIL1 and SMAD3/4 in a mouse model of breast carcinoma and at the invasive fronts of human breast cancer. We propose that activation of a SNAIL1–SMAD3/4 transcriptional complex represents a mechanism of gene repression during EMT.
0
Citation592
0
Save
0

Snail Induction of Epithelial to Mesenchymal Transition in Tumor Cells Is Accompanied by MUC1 Repression andZEB1 Expression

Sandra Guaita et al.Oct 1, 2002
+7
C
I
S
E-cadherin protein plays a key role in the establishment and maintenance of adherent junctions. Recent evidence implicates the transcription factor Snail in the blockage of E-cadherin expression in fibroblasts and some epithelial tumor cells through direct binding to three E-boxes in the E-cadherin promoter. Transfection of Snail into epithelial cells leads to a more fibroblastic phenotype. Cells expressing Snail presented a scattered flattened phenotype with low intercellular contacts. Other epithelial markers like Cytokeratin 18 or MUC1 were also repressed. The effects of Snail on MUC1 transcription were mediated by two E-boxes present in the proximal promoter. Snail also induced expression of the mesenchymal markers fibronectin and LEF1 and the transcription repressor ZEB1. ZEB1 and Snail had a similar pattern of expression in epithelial cell lines, and both were induced by overexpression of ILK1, a kinase that causes the loss of E-cadherin and the acquisition of a fibroblastic phenotype. Snail overexpression in several cell lines raised ZEB1 RNA levels and increased the activity of ZEB1 promoter. ZEB1 could also repress E-cadherin and MUC1 promoters but less strongly than Snail. However, since ZEB1 expression persisted after Snail was down-regulated, ZEB1 may regulate epithelial genes in several tumor cell lines. E-cadherin protein plays a key role in the establishment and maintenance of adherent junctions. Recent evidence implicates the transcription factor Snail in the blockage of E-cadherin expression in fibroblasts and some epithelial tumor cells through direct binding to three E-boxes in the E-cadherin promoter. Transfection of Snail into epithelial cells leads to a more fibroblastic phenotype. Cells expressing Snail presented a scattered flattened phenotype with low intercellular contacts. Other epithelial markers like Cytokeratin 18 or MUC1 were also repressed. The effects of Snail on MUC1 transcription were mediated by two E-boxes present in the proximal promoter. Snail also induced expression of the mesenchymal markers fibronectin and LEF1 and the transcription repressor ZEB1. ZEB1 and Snail had a similar pattern of expression in epithelial cell lines, and both were induced by overexpression of ILK1, a kinase that causes the loss of E-cadherin and the acquisition of a fibroblastic phenotype. Snail overexpression in several cell lines raised ZEB1 RNA levels and increased the activity of ZEB1 promoter. ZEB1 could also repress E-cadherin and MUC1 promoters but less strongly than Snail. However, since ZEB1 expression persisted after Snail was down-regulated, ZEB1 may regulate epithelial genes in several tumor cell lines. epithelial to mesenchymal transition integrin-linked kinase lymphoid enhancer factor reverse transcription human Snail gene, Sna, mouse Snail gene Madin-Darby canine kidney hemagglutinin Rous sarcoma virus Homo sapiens firefly luciferase tetracycline The poor prognosis in epithelial neoplasia is associated with the acquisition of motile or invasive properties by the cancerous cells. This morphological transformation is often referred to as epithelial mesenchymal transition (EMT).1 EMT was first described in development when it is closely regulated and associated with processes like gastrulation or neuroepithelium formation. Molecular events during EMT include alterations in cell-cell adhesion, cell-substrate interaction, extracellular matrix degradation, and cytoskeleton organization. During EMT, epithelial markers are down-regulated, among them E-cadherin, a protein essential for the establishment of cell-cell adhesion (for review, see Refs. 1Hay E.D. Acta Anat. (Basel). 1995; 154: 8-20Crossref PubMed Scopus (1244) Google Scholar, 2Boyer B. Vallés A.M. Edme N. Biochem. Pharmacol. 2000; 60: 1091-1099Crossref PubMed Scopus (383) Google Scholar, 3Savagner P. Bioessays. 2001; 23: 912-923Crossref PubMed Scopus (607) Google Scholar). In cancerous cells there is a high correlation between invasion and metastasis and the loss of E-cadherin (4Vleminckx K. Vakaet Jr., L. Mareel M. Fiers W. van Roy F. Cell. 1991; 66: 107-119Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (1510) Google Scholar, 5Perl A.K. Wilgenbus P. Dahl U. Semb H. Christofori G.A. Nature. 1998; 392: 190-193Crossref PubMed Scopus (1200) Google Scholar), whereas during gastrulation E-cadherin is down-regulated in progenitor cells in the primitive streak (6Oda H. Tsukita S. Takeichi M. Dev. Biol. 1998; 203: 435-450Crossref PubMed Scopus (203) Google Scholar). Control of E-cadherin transcription is the main mechanism responsible for the down-regulation of this protein (7Hennig G. Lowrick O. Birchmeier W. Behrens J. J. Biol. Chem. 1996; 271: 595-602Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (124) Google Scholar, 8Ji X. Woodard A.S. Rimm D.L. Fearon E.R. Cell Growth Differ. 1997; 8: 773-778PubMed Google Scholar). A transcriptional factor called Snail (SNA in humans and Sna in mice) represses E-cadherin transcription in vitro and in vivo by binding to a 5′-CACCTG-3′ sequence of the E-cadherin promoter (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar). Transfection of Snail in epithelial cells decreases E-cadherin levels and induces changes resembling EMT (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar, 10Cano A. Pérez-Moreno M.A. Rodrigo I. Locascio A. Blanco M.J. del Barrio M.G. Portillo F. Nieto M.A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 76-83Crossref PubMed Scopus (2931) Google Scholar). In addition, Snail is believed to contribute to the EMT in several experimental models. For instance, during Drosophilagastrulation, Snail function is required for the repression in the mesoderm of genes that are otherwise expressed in the adjacent neuroectodermal regions of the blastoderm (11Casal J. Leptin M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1996; 93: 10327-10332Crossref PubMed Scopus (37) Google Scholar). Further evidence was obtained from Sna −/− mouse embryos, which show an incomplete EMT: a new mesoderm is formed, but the resulting cells maintain epithelial markers like E-cadherin (12Carver E.A. Jiang R. Lan Y. Oram K.F. Gridley T. Mol. Cell. Biol. 2001; 21: 8184-8188Crossref PubMed Scopus (512) Google Scholar). Other mutants that show defects in EMT and cell migration during gastrulation are fibroblast growth factor receptor 1 (−/−) animals; these defects have been attributed to a severe reduction of Snail expression in the primitive streak accompanied by ectopic expression of E-cadherin (13Ciruna B. Rossant J. Dev. Cell. 2001; 1: 37-49Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (513) Google Scholar). Several conditions also induce EMT in epithelial cell lines (3Savagner P. Bioessays. 2001; 23: 912-923Crossref PubMed Scopus (607) Google Scholar). Snail is involved in a number of processes: for instance, activation of integrin-linked kinase (ILK), which mediates extracellular matrix signals (14Hannigan G.E. Leung-Hagesteijn C. Fitz-Gibbon L. Coppolino M.G. Radeva G. Filmus J. Bell J.C. Dedhar S. Nature. 1996; 379: 91-96Crossref PubMed Scopus (967) Google Scholar, 15Dedhar S. Curr. Opin. Cell Biol. 2000; 12: 250-256Crossref PubMed Scopus (195) Google Scholar), increases Snail promoter activity and down-regulates E-cadherin (16Tan C. Costello P. Sanghera J. Domı́nguez D. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Dedhar S. Oncogene. 2001; 20: 133-140Crossref PubMed Scopus (232) Google Scholar). Finally, increased Snail expression has been described in some carcinogenic cell lines with invasive capacity (10Cano A. Pérez-Moreno M.A. Rodrigo I. Locascio A. Blanco M.J. del Barrio M.G. Portillo F. Nieto M.A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 76-83Crossref PubMed Scopus (2931) Google Scholar, 17Poser I. Dominguez D. Garcia de Herreros A. Varnai A. Buettner R. Bosserhoff A.K. J. Biol. Chem. 2001; 276: 24661-24666Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (235) Google Scholar, 18Cheng C.W., Wu, P.E., Yu, J.C. Huang C.S. Yue C.T., Wu, C.W. Shen C.Y. Oncogene. 2001; 20: 3814-3823Crossref PubMed Scopus (196) Google Scholar, 19Jiao W. Miyazaki K. Kitajima Y. Br. J. Cancer. 2002; 7: 98-101Crossref Scopus (132) Google Scholar). In this study we have examined with greater detail the changes induced by the ectopic expression of Sna in epithelial cells. In addition to showing the ultrastructural modifications observed in cells expressing Sna, we have also characterized several genes that show an altered expression. One of these genes isZEB1, 2In this study we use the name ZEB1 to refer to the gene that has also been called ZEB,AREB6 (in humans), BZP (in hamster), or δEF1 (in chicken) (GenBankTM accession numberU12170) and ZEB2 for the gene also known as SIP1(GenBankTM accession numberAB011141). a transcriptional repressor also capable of blocking the expression of E-cadherin. The data obtained together with data previously reported clearly show that Snail induces a complete EMT. The generation of Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells and HT-29 M6 cells transfected with Sna-HA has been described (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar). HT-29 M6 SNA1 and SNA2 correspond to two clones obtained by transfection with a tet-regulated expression vector (tet-off) containing hemagglutinin-tagged mouse Snail cDNA (Sna). MDCK SNA1 and SNA3 are two MDCK Sna-expressing clones obtained by transfection of MDCK cells with pIRES-neo Sna-HA (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar). IEC-18 rat cells transfected with wild-type or negative forms of ILK or with an antisense construction of this kinase were obtained as described previously (14Hannigan G.E. Leung-Hagesteijn C. Fitz-Gibbon L. Coppolino M.G. Radeva G. Filmus J. Bell J.C. Dedhar S. Nature. 1996; 379: 91-96Crossref PubMed Scopus (967) Google Scholar). Other human (HT-29, SW-480, SW-620, ZR-75, T47D, MCF-7, MiaPaca, and RWP-1) or mouse (EpH4 and NIH-3T3) cell lines were obtained from our institute Cell Bank. All cells were grown in Dulbecco's modified Eagle's medium (Invitrogen) containing 10% fetal calf serum (Biological Industries) and the standard supplements. Murine ZEB1cDNA was provided by T. Genetta (Children's Hospital of Philadelphia, Philadelphia, PA) and cloned into pcDNA3HisC expression vector (Promega) at the EcoRI site.ZEB2-CS2MT expression vector was kindly provided by A. Postigo (Washington University, St. Louis, MO). Sna-HA was cloned into RSV 5 expression vector inserting the 0.9-kbHindIII-NotI fragment from pcDNA3Sna-HA at the XhoI site of RSV 5. Blunt ends were generated using the Klenow fragment from DNA polymerase (New England Biolabs). Commercial anti-ZEB1 was obtained from Santa Cruz Biotechnology (goat anti-ZEB1 C-20, sc-10570) and monoclonal anti-E-cadherin from Transduction Laboratories (c20820). Antiserum against recombinant mouse Snail was raised in New Zealand rabbits by standard protocols and purified by affinity chromatography using recombinant murine Snail. Postconfluent cells were fixed in 2% glutaraldehyde for 30 min and embedded in EPON (Tousimis Research Corp., Rockville, MD). Semithin and ultrathin sections were obtained and stained using standard procedures. For electron microscopy, ultrathin sections were observed using a Philips CM100 electron microscope. Northern blots were performed following a standard protocol. Briefly, 12.5 μg of total RNA isolated by guanidinium isothiocyanate extraction were separated in a denaturing agarose/formaldehyde gel, visualized with ethidium bromide staining, photographed, and transferred to a Zeta-probe (Bio-Rad) membrane overnight by capillarity action. The next day RNA was cross-linked to the membrane using a GS Gene linker (Bio-Rad) and hybridized with radiolabeled [α-32P]dCTP probes (rediprime II, Amersham Biosciences) using ExpressHyb solution (CLONTECH). MUC1 DNA probe was prepared from 50 ng of purified MUC1 cDNA cytosolic sequence, amplified by reverse transcription coupled to polymerase chain reaction (RT-PCR) from HT-29 M6 total RNA using the oligonucleotides 5′-CGAAAGCTTGCCGCCGAAAGAACTACG-3′ (sense, 556–574) and 5′-GAGGATATCGCAAGTTGGCAGAAGTGGC-3′ (antisense, 748–765) corresponding to a sequence stored in the GenBankTM(accession number X80671). Specific bands were visualized by autoradiography using Hyperfilm MP (Amersham Biosciences). RT-PCR analysis from 0.5–1 μg of isolated total RNA was performed using SuperScript One-Step RT-PCR with Platinum Taqpolymerase (Invitrogen). The following pairs of primers (sense/antisense) were used: hsZEB1, 5′-TTCAGCATCACCAGGCAGTC-3′ (947–966)/5′-GAGTGGAGGAGGCTGAGTAG-3′ (1663–1683); hsZEB2, 5′-GCTACGACCATACCCAGGAC-3′ (2756–2776)/5′-TCTCGCCCGAGTGAAGCC-3′ (3139–3157); Sna, 5′-GGCGGATCCACCATGCCGCGCTCCTTCCTGGTC-3′ (1–24)/5′-CCGGATATCCGCGAGGGCCTCCGGAGCA-3′ (778–791); SNA, 5′-TTCCAGCAGCCCTACGACCAG-3′ (104–125)/5′-GCCTTTCCCACTGTCCTCATC-3′ (290–310); hs Cyclophilin A: 5′-ATGGTCAACCCCACCGTG-3′ (45–62)/5′-TGCAATCCAGCTAGGCATG-3′ (690–708); hs Fibronectin, 5′-GTGCCTGGGCAACGGA-3′ (922–938)/5′-CCCGACCCTGACCGAAG-3′ (1554–1571); hs Cytokeratin 18, 5′-CTGGAGACCGAGAACCGGA-3′ (352–370)/5′-tccgagccagctcgtcaT-3′ (818–835); hsMUC1, 5′-catgGTACCGCAAGGCTCCCGGTGACC-3′ (556–574)/5′-CGTAAGCTTGGGAGGGGGCAGAACAGATT-3′ (748–765); hs E-cadherin, 5′-TTCCTCCCAATACATCTCCCTTCACAGCAG-3′ (1977–2006)/5′-CGAAGAAACAGCAAGAGCAGCAGAATCAGA-3′ (2287–2316); and hsLEF1, 5′-CTGCGCCACGGACGAG-3′ (704–720)/5′-GAGAGGATGGACCGCATGG-3′ (1098–1116). The sense and antisense primers anneal with different exons. The number of cycles and annealing temperatures were: ZEB1, 40 at 53 °C;ZEB2, 28 at 55 °C; SNA, 32 at 60 °C;Sna, 39 at 60 °C; hsMUC1, 30 at 60 °C; hs E-cadherin, 29 at 55 °C; hs Fibronectin, 30 at 55 °C; hsLEF1, 35 at 55 °C; hs Cytokeratin 18, 40 at 55 °C; and hs Cyclophilin A, 22 at 60 °C. The sequences indicated correspond to those stored in the GenBankTM under the following accession numbers: hsZEB1, U12170; hsZEB2, AB011141; SNA, NM005985; Sna,M95604; hsMUC1, X80671; hs E-cadherin, AB025106; hs Fibronectin, X02761; hsLEF1, AF288571; hs Cytokeratin 18,M26326; and hs Cyclophilin A, BC005320. The humanMUC1 promoter sequence containing −756 to +49 bp from the transcription start site was cloned by PCR from HT-29 genomic DNA using high fidelity Taq polymerase (Pfx, Invitrogen) and oligonucleotides 5′-catgGTACCGCAAGGCTCCCGGTGACC-3′ (2114–2133) and 5′-CGTAAGCTTGGGAGGGGGCAGAACAGATT-3′ (2900–2919) corresponding to GenBankTM sequence X69118 containing KpnI andHindIII restriction sites at the ends. Purified PCR product was cloned into the KpnI and HindIII sites of a mutated version (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar) of pGL3 Luciferase vector (Promega) (a putative Snail binding site of the plasmid was eliminated). A MUC1promoter mutant in the two E-boxes, E-MUC (MUT), was obtained using the QuikChangeTM site-directed mutagenesis kit (Stratagene, La Jolla, CA). The sense oligonucleotide sequence was 5′-GAGGGGGCGGGGTTTTGTAAACCTATAACCTACTCGCTGTGCCTAGGGCCG-3′, where mutated nucleotides are indicated in bold. Human ZEB1 promoter (−361 to −53 from the translation start) was amplified from the same source using oligonucleotides 5′-CCGCCGAGCCTCCAACTTTA-3′ (3119980–3119998) and 5′-CCTTCCCCCCCACCCCTCC-3′ (3120269–3120287) corresponding to NCBI contig number NT_033982, containing MluI andHindIII sites at the 5′-ends, respectively. The fragment was cloned into the mutated version of pGL3 at the MluI andHindIII sites. All constructs were confirmed by sequencing. Repression of E-cadherin orMUC1 promoter activity was measured by cotransfectingZEB or Sna constructions in pcDNA3 plasmid (Invitrogen) with pGL3-E-cadherin or -MUC1 promoters in the indicated cell lines. Cotransfections included a Renilla reniformis luciferase plasmid (pRTK-Luc or pRSV-Luc from Promega) to normalize transfection efficiency. Firefly luciferase (Luc) and Renilla luciferase activities were measured using the Dual Luciferase Reporter Assay System (Promega) 48 h after transfection according to the manufacturer's instructions. Luc activity was normalized by Renillaluciferase activity. In all experiments, the total amount of DNA transfected was standardized with empty vector. Duplicates or triplicates were systematically included, and experiments were repeated at least three times. ZEB1 or MUC1 promoter activity in Sna clones was assayed by cotransfecting varying amounts of pGL3-ZEB1 or -MUC1 promoter reporter and pRTK-Luc and measuring luciferase activity as mentioned above. Cells were seeded on 1-cm-diameter cover glasses, left to grow to 40–70% confluence, fixed with 4% paraformaldehyde, blocked with 5% milk in phosphate-buffered saline, and incubated with specific antibodies. Fluorescein isothiocyanate-conjugated anti-goat or anti-rabbit (DAKO) was used as second antibody. Immunofluorescent labeled cells were observed in a fluorescent microscope (Axioskop). Alternatively, protein expression was determined by Western blot using 15 μg of lysates obtained by boiling the cells in 1% SDS. The fibroblastoid morphology of several of the Sna-transfected HT-29 M6 and MDCK cell clones used in this work is shown in Fig.1. The main attribute of these cells is the failure to form compacted colonies and a more scattered aspect. In HT-29 M6 clones transfected with the tet-off system, the epithelial phenotype was restored by addition of the tetracycline analogue doxycycline, which prevents expression of Snail (Fig. 1 and Ref. 9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar). Lateral sections obtained from HT-29 M6 clones illustrate that Snail overexpression prevented the formation of the compact columnar epithelial-like monolayer characteristic of HT-29 M6 cells and reduced the thickness from 12–16 to 4–6 μm (Fig.2, left panels). HT-29 M6 SNA1 clone, like the other Sna-expressing clones, showed a flattened, fibroblast-like phenotype with cells disposed occasionally on the top of others. No cell contacts were observed in these transfectants in contrast to control HT-29 M6 clones where tight junctions, adherens junctions, and desmosomes were seen (Fig. 2, right panels). These control clones also showed closer apposition of lateral membranes and other characteristics of well differentiated epithelial cells like microvilli and mucus droplets. Some cell properties were also altered in the Sna transfectants, compatible with the transition from an epithelial to a mesenchymal phenotype. In addition to a decrease in intercellular adhesion (Figs. 1and 2, and data not shown), Sna-expressing clones attached better to plastic and spread faster on several matrices such as collagen or laminin (data not shown). Increases in these two parameters are observed in fibroblasts with respect to well differentiated epithelial cells like HT-29 M6. HT-29 M6 Sna clones treated with doxycycline were indistinguishable from controls (not shown). We also determined whether these changes in phenotype were accompanied by alterations in the expression of different genes. Using a semiquantitative RT-PCR analysis, we found RNA levels of several epithelial genes, other than E-cadherin, to be decreased in Sna-transfected clones of HT-29 M6 cells (Fig.3). Expression of MUC1 and Cytokeratin 18, which contain putative Snail-binding sequences in their promoters (see below), decreased in Sna-transfected clones. On the other hand, Fibronectin, LEF1, and ZEB1 were up-regulated in Sna transfectants. Increased levels of Fibronectin have already been reported in MDCK cells transfected with Snail (10Cano A. Pérez-Moreno M.A. Rodrigo I. Locascio A. Blanco M.J. del Barrio M.G. Portillo F. Nieto M.A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 76-83Crossref PubMed Scopus (2931) Google Scholar); the augmentation in the synthesis of this protein might be responsible for the higher rate of attachment and spreading of Sna clones. ZEB1 and LEF1 are two transcription factors related to mesenchymal phenotypes. LEF1 is the preferential LEF/T cell factor isoform in mesenchymal cells and is differentially expressed in some neoplastic processes such as colon cancers (20Hovanes K., Li, T.W. Munguia J.E. Truong T. Milovanovic T. Lawrence-Marsh J. Holcombe R.F. Waterman M.L. Nat. Genet. 2001; 28: 53-57Crossref PubMed Google Scholar). On the other hand, ZEB1 is a transcriptional factor recently described to be involved in E-cadherin repression (21Grooteclaes M.L. Frisch S.M. Oncogene. 2000; 19: 3823-3828Crossref PubMed Scopus (268) Google Scholar). To investigate the changes in gene expression that accompany this epithelial to mesenchymal transition we decided to analyze in greater detail the modulation of two representative genes: one, MUC1, that is repressed, and another one, ZEB1, that is activated. MUC1 is a marker of several epithelial tissues including the colonic epithelium. Its promoter sequence contains a tandem repeat of the consensus Snail DNA binding sequence situated at −84 bp from the transcription start (22Kovarik A. Peat N. Wilson D. Gendler S.J. Taylor-Papadimitriou J. J. Biol. Chem. 1993; 268: 9917-9926Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). Therefore, like E-cadherin, this gene is a putative direct target of Snail. Northern blots corroborated thatMUC1 RNA levels were significantly lower in Sna-expressing HT-29 M6 clones than in controls (Fig.4 A). Then we analyzed whether the Snail-induced decrease of MUC1 RNA was a consequence of a repression of the activity of the promoter. An 800-bp MUC1gene fragment, corresponding to sequence containing −756 to +49 with respect to the transcription start (22Kovarik A. Peat N. Wilson D. Gendler S.J. Taylor-Papadimitriou J. J. Biol. Chem. 1993; 268: 9917-9926Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar), was cloned and inserted into the pGL3 plasmid upstream of the luciferase reporter gene. This promoter has been described to be active in epithelial cell lines expressing MUC1 (22Kovarik A. Peat N. Wilson D. Gendler S.J. Taylor-Papadimitriou J. J. Biol. Chem. 1993; 268: 9917-9926Abstract Full Text PDF PubMed Google Scholar). MUC1 transcriptional activity was lower in the Sna transfectant clones than in control or parental cells (Fig. 4 B). The Snail-induced repression of theMUC1 promoter was reproduced when Snail was transiently transfected in HT-29 M6 parental cells or other MUC1-expressing epithelial cells. In all cases, Snail repressed the activity of the promoter in a dose-dependent manner by up to 80% (Fig.4 C). This repression was not observed with the Sna mutant Pro-2 → Ala (data not shown), which does not block E-cadherin promoter activity (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar). Modification of the putative Snail-binding element in the promoter (mutation of 5′-cacctgtcacctg-3′ to 5′-aacctataaccta-3′) prevented the decrease in MUC1 promoter activity (Fig.4 C). A similar mutation has been reported to inhibit binding of Snail to E-cadherin promoter E-boxes and repression of this promoter (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar). Therefore, the presence of a Snail binding sequence is required to block MUC1 transcription. These results demonstrate that Snail represses directly the expression of at least another epithelial marker in addition to E-cadherin. The induction of ZEB1 expression was also investigated. As mentioned above, ZEB1 is also a transcriptional repressor capable, like Snail, of preventing the activity of the E-cadherin promoter. First, the expression of these three genes (SNA/Sna, ZEB1, and E-cadherin) was analyzed in a collection of epithelial cell lines expressing variable amounts of E-cadherin. Because of the low amounts of transcription factor RNAs present in a total RNA preparation, we used RT-PCR to detect Sna and ZEB1. Only in those cell lines in which Snail and ZEB1 were coexpressed was E-cadherin severely down-regulated (Fig. 5,upper panels). In a few cell lines, like EpH4, we detected simultaneous expression of both E-cadherin and Snail but not ZEB1. We also analyzed whether the expression of Snail is induced in conditions in which cells undergo EMT. We used as a model IEC-18 epithelial cells that undergo EMT when transfected with ILK(14Hannigan G.E. Leung-Hagesteijn C. Fitz-Gibbon L. Coppolino M.G. Radeva G. Filmus J. Bell J.C. Dedhar S. Nature. 1996; 379: 91-96Crossref PubMed Scopus (967) Google Scholar). When an active ILK was expressed, IEC-18 cells acquired a fibroblastoid phenotype that correlated with a down-regulation of E-cadherin. Although Snail was detected in these cells, overexpression of ILK induced an increase in the RNA corresponding to this gene. We found that the active ILK form also induced ZEB1 RNA (Fig.5, lower panels). Therefore, ZEB1 seems to be induced concomitantly with Snail and the acquisition of the fibroblastoid phenotype in IEC-18 cells. The involvement of Snail in ZEB1 activation was evidenced by our data with Sna transfectants. As mentioned above (see Fig. 3), in our Sna-expressing HT-29 M6 clones ZEB1 RNA levels were increased. A more detailed study was performed in these clones taking advantage of the regulation of the expression of this gene by the tetracycline analogue doxycycline. ZEB1 RNA transcription was detected only after Snail RNA expression was turned on by withdrawing doxycycline from the medium (Fig.6). Expression of Sna was detected 4 days after withdrawing doxycycline, slightly precedingZEB1 expression, which required 8 days. Therefore Sna expression is sufficient to trigger the ZEB1 RNA up-regulation. On the other hand, when Sna expression was turned off by adding doxycycline, ZEB1 RNA did not disappear immediately, as did Sna, but diminished gradually. The stability of ZEB1 RNA in the absence of Snail suggests that ZEB1 could possibly prolong the repression of epithelial genes initiated by Snail. This result seems not to be exclusive of these HT-29 M6 clones since MDCK Sna-transfected clones also showed increased levels ofZEB1 RNA (Fig. 7 A). The molecular mechanism by which Snail induces ZEB1 was studied. To test whether Snail induces the transcription ofZEB1, we cloned a 308-bp DNA fragment upstream of theZEB1 first exon and assayed its promoter activity in MDCK control and Sna-expressing cells. Sna-expressing MDCK clones contained 2.5-fold higher activity than controls of this promoter (Fig.7 B), indicating that Snail increases ZEB1 RNA at least in part by the activation of the transcription of this gene. To validate this result we tested the reporter activity in transient transfection of Snail. In RWP-1 cells Snail also increased the transcriptional activity of the ZEB1 reporter; however, this effect was only observed when the activity was determined in cells transfected longer than 48 h (Fig. 7 C). The ZEB1 homologue, ZEB2, has also been described to behave as an E-cadherin repressor (23Comijn J. Berx G. Vermassen P. Verschueren K. van Grunsven L. Bruyneel E. Mareel M. Huylebroeck D. van Roy F. Mol. Cell. 2001; 7: 1267-1278Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1155) Google Scholar). However, it did not respond to Snail activation in any of our experiments, and its expression did not correlate with that of Snail in the epithelial cell lines tested; it was detected in all the cell lines analyzed (Figs. 5 and7 A). As the first step to confirm the putative role of ZEB1 as a repressor in the Snail activated pathway, we confirmed that ZEB1 protein was also up-regulated in Sna-transfected clones. A clear increase of this protein was detected in the nucleus in HT-29 M6 and MDCK clones (Fig.8). We also analyzed the repression activity of ZEB1 on E-cadherin promoter transcription in several epithelial cell lines using a proximal E-cadherin promoter (−178 to +23) upstream of a luciferase gene reporter. This promoter sequence contains three 5′-CACCTG-3′ boxes where Snail and ZEB1 can bind. ZEB1 repressed the promoter activity in a dose-dependent manner with a maximal inhibition of 60–80% in the cell lines tested, which included RWP-1 (Fig. 9 A), MCF-7 (Fig. 9 B), HT-29 M6, and MDCK (data not shown). The degree of repression obtained with ZEB1 and Snail were comparable; however, although both were expressed under the same promoter, ZEB1 required a 10–20-fold higher dose to achieve the maximum repression in the four cell lines assayed. This effect on the E-cadherin promoter was accompanied by changes in the expression of this protein (not shown). Thus, ZEB1 also holds the potential to repress E-cadherin transcription, although less effectively than Snail. On the other hand, ZEB2 repressed the promoter poorly with a maximum of 40% in MCF-7 cells (Fig. 9 B). No synergistic effects were observed in experiments of simultaneous repression of Sna and ZEB1 on E-cadherin promoter; inhibitions of the activity of this promoter by both factors are additive (Fig. 9 A).Figure 9Epithelial repression activity of ZEB1 and Snail. Cells were cotransfected with 250 ng of pGL3-E-cadherin promoter (A and B) or pGL3-MUC1promoter (C), 5 ng of pRLSV-Luc, and the indicated amounts of Sna, ZEB1, orZEB2 in pcDNA3. In all experiments luciferase activity was assayed 48 h after transfection and normalized taking into account the value obtained with Renilla luciferase. Results show the average ± range of three to four experiments performed in triplicate.View Large Image Figure ViewerDownload (PPT) We also tested whether ZEB1 repressed another Snail target gene,MUC1. Reporter assays using the above-describedMUC1 promoter show that, in a fashion similar to Snail, ZEB1 repressed the promoter activity (Fig. 9 C). Similar to the results obtained with E-cadherin promoter, ZEB1 was at least 10-fold less potent than Snail as a repressor of the MUC1promoter. In certain circumstances epithelial cells can undergo extensive changes in their phenotype and convert to mesenchymal cells. This EMT is observed in several phases of embryonic development and in carcinoma cell invasion and metastasis. Transcription of E-cadherin gene is down-regulated during these processes (4Vleminckx K. Vakaet Jr., L. Mareel M. Fiers W. van Roy F. Cell. 1991; 66: 107-119Abstract Full Text PDF PubMed Scopus (1510) Google Scholar, 5Perl A.K. Wilgenbus P. Dahl U. Semb H. Christofori G.A. Nature. 1998; 392: 190-193Crossref PubMed Scopus (1200) Google Scholar). However, EMT involves a decrease of a set of epithelial tissue-specific molecules or markers other than E-cadherin and an increase of mesenchyme-related molecules (1Hay E.D. Acta Anat. (Basel). 1995; 154: 8-20Crossref PubMed Scopus (1244) Google Scholar). We (9Batlle E. Sancho E. Francı́ C. Domı́nguez D. Monfar M. Baulida J. Garcı́a de Herreros A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 84-89Crossref PubMed Scopus (2172) Google Scholar) and others (10Cano A. Pérez-Moreno M.A. Rodrigo I. Locascio A. Blanco M.J. del Barrio M.G. Portillo F. Nieto M.A. Nat. Cell Biol. 2000; 2: 76-83Crossref PubMed Scopus (2931) Google Scholar) have reported that the transcriptional repressor Snail blocks E-cadherin expression by binding to specific E-boxes in its promoter, but the mechanism by which levels of other molecules are regulated in EMT is poorly understood. Genetic approaches in Drosophila have showed that two transcription factors, Snail and Twist, regulate the expression of mesenchymal and epithelial genes, although some mesenchymal genes can also be regulated by other transcriptional genes like Dorsal and Tailless (11Casal J. Leptin M. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1996; 93: 10327-10332Crossref PubMed Scopus (37) Google Scholar). Developmental studies (for review, see Ref. 24Nieto M.A. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2002; 3: 155-166Crossref PubMed Scopus (1421) Google Scholar) as well as data obtained after transfection to epithelial cells indicate that Sna induces a complete EMT when transfected to cultured epithelial cells. We took advantage of this capacity of Sna to study the mechanisms of repression of epithelial genes or activation of mesenchymal genes. Epithelial genes other than E-cadherin, like MUC1 and Cytokeratin 18, also possess E-boxes on their promoters. Our results show that RNA levels of these genes are decreased after Snail expression (Figs. 3 and 4) and that repression of MUC1 requires intact E-boxes (Fig. 4). Therefore, MUC1 and E-cadherin seem to be regulated by a common mechanism that involves Snail. However, other factors with affinity for this sequence may also participate in the down-regulation of MUC1 and E-cadherin transcription. Among the genes up-regulated by Snail we found a transcriptional repressor, ZEB1, also capable of binding the same E-boxes as Snail. ZEB1 and ZEB2 are homologues ofDrosophila Zfh-1, which is active downstream of Snail in embryonic development. Snail is required for the expression ofZfh-1 in the mesoderm primordium; in Snail mutants,Zfh-1 expression is severely reduced (25Lai Z.C. Fortini M.E. Rubin G.M. Mech. Dev. 1991; 34: 123-134Crossref PubMed Scopus (153) Google Scholar). Our results obtained from Sna-inducible and stable clones clearly show that Snail increases ZEB1 RNA (Figs. Figure 5, Figure 6, Figure 7) and protein levels (Fig. 8) during EMT. We have also shown, through reporter experiments, that ZEB1 augmentation is due, at least in part, to an elevation of the transcriptional activity of the ZEB1 promoter (Fig.9 B). Although the ZEB1 promoter contains E-box sequences, we do not think that Snail directly activatesZEB1 promoter since (a) the time required to observe the increase of the reporter is longer than the time required to repress E-cadherin or MUC1 promoters (compare Figs. 7 C and 9) and (b) ZEB1expression was detected after 4 days of expression of Snail in a Sna-inducible clone (Fig. 6 B). ZEB1, like Snail, represses E-cadherin and MUC1transcription when transfected into epithelial cells. Moreover, tumor cell lines with severe reduction of E-cadherin expressed both Snail and ZEB1 (Fig. 3), and Snail and ZEB1 repression activities were additive (Fig. 9). In addition to the up-regulation of ZEB1 RNA in Snail-induced clones, when Snail expression was switched off,ZEB1 expression required more than 20 days to gradually return to basal levels (Fig. 6). This observation indicates that in circumstances of a transient expression of Snail, ZEB1 prolonged Snail-induced repression of epithelial genes. In agreement with this hypothesis, in Drosophila embryos Zfh-1 persists after Snail is down-regulated (26Leptin M. Genes Dev. 1991; 5: 1568-1576Crossref PubMed Scopus (443) Google Scholar, 27Gray S. Levine M. Genes Dev. 1996; 10: 700-710Crossref PubMed Scopus (121) Google Scholar). However, whereas Snaknock-out mutant mice are not viable due to defective gastrulation (12Carver E.A. Jiang R. Lan Y. Oram K.F. Gridley T. Mol. Cell. Biol. 2001; 21: 8184-8188Crossref PubMed Scopus (512) Google Scholar), ZEB1 is dispensable for this process.ZEB1 knock-out animals develop to term, although they show severe deficiencies in T cell production in the thymus and several skeletal defects (28Takagi T. Moribe H. Kondoh H. Higashi Y. Development. 1998; 125: 21-31Crossref PubMed Google Scholar). Therefore, Snail, but not ZEB1, is necessary for the E-cadherin down-regulation required for a correct gastrulation. The analysis of tumor cell lines with different epithelial or mesenchymal characteristics as well as IEC-18 intestinal cells expressing ILK showed a high inverse relationship between ZEB1 and E-cadherin expression. This relationship is better than that presented by E-cadherin and Snail since we detected several cell lines expressing these two proteins. However, recent data from our laboratory indicates that the presence of Snail does not always correlate with the activity of this factor since in several cell lines, in those that present concomitant expression of E-cadherin, Snail protein is excluded from the nucleus. 3D. Domı́nguez, B. Montserrat, J. Grueso, M. Porta, A. Virgós, C. Francı́, J. Baulida, and A. Garcı́a de Herreros, manuscript in preparation. These data, together with those obtained with knock-out mice, suggest that Snail is the key element controlling E-cadherin transcription and triggering EMT and, therefore, ZEB1 expression in most of epithelial cell lines. However, in some tumors, ZEB1 might become unresponsive to Snail activation as a result of mutations in the promoter or the activation of some of its transcriptional activators and might block E-cadherin expression. All cell lines tested showed expression of ZEB2independently of Snail and E-cadherin levels. This expression ofZEB2 was not modified either during ILK-induced EMT of IEC-18 cells or after induction of Snail. These observations strongly suggest a different regulation for the expression of the twoZEB homologues: ZEB1 is induced by Snail and is specific to fibroblastic cells, whereas ZEB2 is constitutively expressed in all the cell lines, independently of their epithelial or mesenchymal lineage. Moreover, although ZEB2 induces repression of E-cadherin promoter in some cellular contexts (Ref. 23Comijn J. Berx G. Vermassen P. Verschueren K. van Grunsven L. Bruyneel E. Mareel M. Huylebroeck D. van Roy F. Mol. Cell. 2001; 7: 1267-1278Abstract Full Text Full Text PDF PubMed Scopus (1155) Google Scholarand Fig. 9 B), this factor presents much lower activity than ZEB1 or Snail. The difference in the repression of E-cadherin between ZEB1 and ZEB2 may be due to the distinct organization of the regulatory domains (29Postigo A.A. Dean D.C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000; 97: 6391-6396Crossref PubMed Scopus (114) Google Scholar). In any case, our results indicate that the endogenous amount of ZEB2 cannot repress the activity of basal epithelial promoters in tumor cells. However, due to its ubiquitous expression, the question of whether ZEB2 cooperates with Snail to repress epithelial promoters remains to be answered. We thank Drs. Postigo and Genetta for kindly providing reagents. The technical support of Judit Grueso and M. Carmen Torns is greatly appreciated. We also thank Dr. J. Lloreta for help with electronic microscopy.
0
Citation460
0
Save
0

Activation of NF-κB by Akt upregulates Snail expression and induces epithelium mesenchyme transition

Sylvia Julien et al.Jun 11, 2007
+7
E
I
S
Carcinoma progression is associated with the loss of epithelial features, and the acquisition of mesenchymal characteristics and invasive properties by tumour cells. The loss of cell-cell contacts may be the first step of the epithelium mesenchyme transition (EMT) and involves the functional inactivation of the cell-cell adhesion molecule E-cadherin. Repression of E-cadherin expression by the transcription factor Snail is a central event during the loss of epithelial phenotype. Akt kinase activation is frequent in human carcinomas, and Akt regulates various cellular mechanisms including EMT. Here, we show that Snail activation and consequent repression of E-cadherin may depend on AKT-mediated nuclear factor-kappaB (NF-kappaB) activation, and that NF-kappaB induces Snail expression. Expression of the NF-kappaB subunit p65 is sufficient for EMT induction, validating this signalling module during EMT. NF-kappaB pathway activation is associated with tumour progression and metastasis of several human tumour types; E-cadherin acts as a metastasis suppressor protein. Thus, this signalling and transcriptional network linking AKT, NF-kappaB, Snail and E-cadherin during EMT is a potential target for antimetastatic therapeutics.
0
Citation442
0
Save
0

Epithelial-mesenchymal transition can suppress major attributes of human epithelial tumor-initiating cells

Toni Celià-Terrassa et al.Apr 16, 2012
+21
F
Ó
T
Malignant progression in cancer requires populations of tumor-initiating cells (TICs) endowed with unlimited self renewal, survival under stress, and establishment of distant metastases. Additionally, the acquisition of invasive properties driven by epithelial-mesenchymal transition (EMT) is critical for the evolution of neoplastic cells into fully metastatic populations. Here, we characterize 2 human cellular models derived from prostate and bladder cancer cell lines to better understand the relationship between TIC and EMT programs in local invasiveness and distant metastasis. The model tumor subpopulations that expressed a strong epithelial gene program were enriched in highly metastatic TICs, while a second subpopulation with stable mesenchymal traits was impoverished in TICs. Constitutive overexpression of the transcription factor Snai1 in the epithelial/TIC-enriched populations engaged a mesenchymal gene program and suppressed their self renewal and metastatic phenotypes. Conversely, knockdown of EMT factors in the mesenchymal-like prostate cancer cell subpopulation caused a gain in epithelial features and properties of TICs. Both tumor cell subpopulations cooperated so that the nonmetastatic mesenchymal-like prostate cancer subpopulation enhanced the in vitro invasiveness of the metastatic epithelial subpopulation and, in vivo, promoted the escape of the latter from primary implantation sites and accelerated their metastatic colonization. Our models provide new insights into how dynamic interactions among epithelial, self-renewal, and mesenchymal gene programs determine the plasticity of epithelial TICs.
0
Citation440
0
Save
0

Polycomb Complex 2 Is Required for E-cadherin Repression by the Snail1 Transcription Factor

Nicolás Herranz et al.Jun 3, 2008
+9
V
D
N
The transcriptional factor Snail1 is a repressor of E-cadherin (CDH1) gene expression essential for triggering epithelial-mesenchymal transition. Snail1 represses CDH1, directly binding its promoter and inducing the synthesis of the Zeb1 repressor. In this article, we show that repression of CDH1 by Snail1, but not by Zeb1, is dependent on the activity of Polycomb repressive complex 2 (PRC2). Embryonic stem (ES) cells null for Suz12, one of the components of PRC2, show higher levels of Cdh1 mRNA than control ES cells. In tumor cells, interference of PRC2 activity prevents the ability of Snail1 to downregulate CDH1 and partially derepresses CDH1. Chromatin immunoprecipitation assays demonstrated that Snail1 increases the binding of Suz12 to the CDH1 promoter and the trimethylation of lysine 27 in histone H3. Moreover, Snail1 interacts with Suz12 and Ezh2, as shown by coimmunoprecipitation experiments. In conclusion, these results demonstrate that Snail1 recruits PRC2 to the CDH1 promoter and requires the activity of this complex to repress E-cadherin expression.
0
Citation399
0
Save
0

Glycogen synthase kinase-3 is an endogenous inhibitor of Snail transcription

Robin Bachelder et al.Jan 3, 2005
+2
C
S
R
We report that the activity of glycogen synthase kinase-3 (GSK-3) is necessary for the maintenance of the epithelial architecture. Pharmacological inhibition of its activity or reducing its expression using small interfering RNAs in normal breast and skin epithelial cells results in a reduction of E-cadherin expression and a more mesenchymal morphology, both of which are features associated with an epithelial–mesenchymal transition (EMT). Importantly, GSK-3 inhibition also stimulates the transcription of Snail, a repressor of E-cadherin and an inducer of the EMT. We identify NFκB as a transcription factor inhibited by GSK-3 in epithelial cells that is relevant for Snail expression. These findings indicate that epithelial cells must sustain activation of a specific kinase to impede a mesenchymal transition.
0
Paper
Citation371
0
Save
Load More