β-Catenin plays a dual role in the cell: one in linking the cytoplasmic side of cadherin-mediated cell–cell contacts to the actin cytoskeleton and an additional role in signaling that involves transactivation in complex with transcription factors of the lymphoid enhancing factor (LEF-1) family. Elevated β-catenin levels in colorectal cancer caused by mutations in β-catenin or by the adenomatous polyposis coli molecule, which regulates β-catenin degradation, result in the binding of β-catenin to LEF-1 and increased transcriptional activation of mostly unknown target genes. Here, we show that the cyclin D1 gene is a direct target for transactivation by the β-catenin/LEF-1 pathway through a LEF-1 binding site in the cyclin D1 promoter. Inhibitors of β-catenin activation, wild-type adenomatous polyposis coli, axin, and the cytoplasmic tail of cadherin suppressed cyclin D1 promoter activity in colon cancer cells. Cyclin D1 protein levels were induced by β-catenin overexpression and reduced in cells overexpressing the cadherin cytoplasmic domain. Increased β-catenin levels may thus promote neoplastic conversion by triggering cyclin D1 gene expression and, consequently, uncontrolled progression into the cell cycle.

Freshly isolated adult rat hepatocytes exhibit a flat, extended morphology when cultured on dried rat tail collagen in the presence of growth factors; they actively synthesize DNA and express high levels of cytoskeletal mRNAs and proteins (actin, tubulin, cytokeratins, vinculin, alpha-actinin, and desmoplakin), while exhibiting low levels of liver-specific mRNAs (albumin, alpha 1-inhibitor III, and alpha 1-antitrypsin) and limited synthesis and secretion of albumin. Hepatocytes cultured on hydrated gel matrix from the Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) mouse tumor form small spherical aggregates and exhibit low DNA, cytoskeletal mRNA, and protein synthesis, while at the same time exhibiting elevated liver-specific mRNAs and albumin production; these cells, therefore, more nearly conform to the program of gene expression seen within the normal animal. Hepatocytes on hydrated rat tail collagen resemble those on dry collagen when cultured at low density, but at high density they form compact trabecular aggregates, synthesize negligible amounts of DNA, and maintain a pattern of gene expression resembling that of hepatocytes seeded on the EHS matrix. If cell morphology is compact, as on EHS or on hydrated rat tail collagen when densely populated, DNA synthesis and expression of cytoskeletal genes are low, while liver-specific mRNAs are abundant. When cells are extended the opposite is the case. Without the growth supplement DNA synthesis is low throughout but gene expression is little affected. These studies point to the importance of cell-cell and cell-matrix interactions in determining the differentiated phenotype of hepatocytes, and they reveal an inverse relationship between cytoskeletal and liver-specific protein expression.

Transcriptional repression of E-cadherin, characteristic of epithelial to mesenchymal transition, is often found also during tumor cell invasion. At metastases, migratory fibroblasts sometimes revert to an epithelial phenotype, by a process involving regulation of the E-cadherin–β-catenin complex. We investigated the molecular basis of this regulation, using human colon cancer cells with aberrantly activated β-catenin signaling. Sparse cultures mimicked invasive tumor cells, displaying low levels of E-cadherin due to transcriptional repression of E-cadherin by Slug. Slug was induced by β-catenin signaling and, independently, by ERK. Dense cultures resembled a differentiated epithelium with high levels of E-cadherin and β-catenin in adherens junctions. In such cells, β-catenin signaling, ErbB-1/2 levels, and ERK activation were reduced and Slug was undetectable. Disruption of E-cadherin–mediated contacts resulted in nuclear localization and signaling by β-catenin, induction of Slug and inhibition of E-cadherin transcription, without changes in ErbB-1/2 and ERK activation. This autoregulation of E-cadherin by cell–cell adhesion involving Slug, β-catenin and ERK could be important in tumorigenesis.

Anchorage-dependent mouse fibroblasts grow only if attached to and spread on a solid substrate. The suspension of cells in methyl-cellulose results in dramatic, coordinated inhibition of the major RNA and protein synthesis systems, and these systems are sequentially restored when cells are replated on a tissue culture dish surface. In the present report the effects on metabolism of cell reattachment are separated from those of subsequent spreading by controlling cell shape. Macromolecular metabolism is first strongly suppressed by long-term suspension culture. The cells are then replated in the presence of a variety of spreading inhibitors. The recovery of protein synthesis, which rapidly follows reattachment, does not require extensive cell spreading. Contact of a limited portion of the plasma membrane with the solid culture dish surface is apparently a sufficient signal by itself. A very different method of controlling cell shape is afforded by changing culture dish surface adhesivity. Suspended cells are replated on dishes precoated with thin layers of the hydrophilic hydrogel poly(2-hydroxyethyl methacrylate). The final mean cell diameter is then varied over wide limits. As before, protein synthesis recovery is unaffected. However, nuclear events such as DNA and rRNA synthesis and mRNA production are profoundly affected by cell shape. Thus, cell surface contact and cell shape give rise to distinctly different regulatory responses.

Colchicine and nocadazole both depolymerize microtubules in cultured fibroblasts and lead to a rapid inhibition of tubulin synthesis. The level of translatable tubulin mRNA is greatly reduced in drug-treated cells as demonstrated by translation in a reticulocyte-derived in vitro protein synthesizing system. A model of tubulin synthesis regulation is proposed in which the elevated level of unpolymerized tubulin in drug-treated cells inhibits the formation of new tubulin mRNA and the preexisting message decays rapidly. In agreement with this model, tubulin message is found to be short-lived and has an approximately 2 hr half-life in cells treated with actinomycin D. Another prediction of the proposed model is that destabilization of microtubules without a concomitant increase in free tubulin will not inhibit tubulin synthesis. Vinblastine also disrupts microtubules but leads to the aggregation of tubulin into large paracrystals with an apparent decrease in the concentration of free tubulin. This drug does not inhibit tubulin production but rather leads to a measurable enhancement of tubulin synthesis.

Aberrant β-catenin-TCF target gene activation plays a key role in colorectal cancer, both in the initiation stage and during invasion and metastasis. We identified the neuronal cell adhesion molecule L1, as a target gene of β-catenin-TCF signaling in colorectal cancer cells. L1 expression was high in sparse cultures and coregulated with ADAM10, a metalloprotease involved in cleaving and shedding L1's extracellular domain. L1 expression conferred increased cell motility, growth in low serum, transformation and tumorigenesis, whereas its suppression in colon cancer cells decreased motility. L1 was exclusively localized in the invasive front of human colorectal tumors together with ADAM10. The transmembrane localization and shedding of L1 by metalloproteases could be useful for detection and as target for colon cancer therapy.

The development of metastasis requires the movement and invasion of cancer cells from the primary tumor into the surrounding tissue. To acquire such invasive abilities, epithelial cancer cells must undergo several phenotypic changes. Some of these, including alterations in cell adhesion and migration, are reminiscent of those observed during the developmental process termed epithelial-mesenchymal transition (EMT). Several master gene regulatory programs known to promote EMT during development have recently been discovered to play key roles in cancer progression. In particular, the regulation of cell adhesion molecules and the signaling pathways linking them to mechanisms of gene regulation has emerged as an important determinant of tumor cell invasion and metastasis. A deeper understanding of these mechanisms should allow both better diagnosis and the development of specific treatments for invasive cancer.