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.

Colorectal cancer is a major cause of cancer death worldwide. A number of key oncogenes and tumor suppressor genes have been proposed to drive progression from healthy colonic epithelia to malignant tumors, including members of the Wnt/β-catenin pathway. Recently, CpG island promoter hypermethylation was shown to cause inactivation of two extracellular Wnt inhibitors in colon cancer: secreted frizzled-related proteins (sFRPs) and Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1). Here, we show for the first time that another extracellular Wnt inhibitor, the DICKKOPF-1 (DKK-1) gene, is transcriptionally silenced by CpG island promoter hypermethylation in colon cancer cell lines (n=9), whereas treatment with the DNA-demethylating agent 5-aza-2-deoxycytidine restored DKK-1 expression. Restoration of DKK-1 function in non-expressing cells bearing a truncated APC (Adenomatous Polyposis Coli) gene had no effect on β-catenin/T-cell factor-dependent transcription, but induced tumor suppressor-like features such as reduced colony formation density and tumor growth inhibition in nude mice. These results suggest additional functions for DKK-1 other than inhibiting canonical Wnt signaling. In primary colorectal tumors, DKK-1 was found hypermethylated in 17% (nine of 54) of cases. Furthermore, while for both SFRP-1 and WIF-1 methylation-associated silencing occurred across the whole spectrum of colorectal tumorigenesis, DKK-1 promoter was selectively hypermethylated in advanced colorectal neoplasms (Duke's C and D tumors).