Charakterisierung der Regulation und Funktion des Epithelialen Zelladhäsionsmoleküls EpCAM in murinen embryonalen Stammzellen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das epitheliale Zelladhäsionsmolekül EpCAM ist vornehmlich für seine starke Expression und als therapeutisches Zielmolekül in Karzinomzellen bekannt. In Tumorzellen spielt EpCAM eine Rolle bei der Regulation des Zellzyklus und induziert einen tumorigenen Phänotyp. Die Induktion EpCAM-abhängiger Signalwege in Karzinomzellen erfolgt über eine regulierte intramembrane Proteolyse (RIP) und die Bildung einer Signal-transduzierenden, intrazellulären Domäne EpICD, die an der Regulation von Zellzyklusproteinen wie Zyklin D1 teilnimmt. Die starke Expression von EpCAM ist ebenfalls ein Merkmal pluripotenter embryonaler Stammzellen (ES Zellen). Die Rolle von EpCAM in ES Zellen ist jedoch nur unzureichend bekannt. Wir konnten eine RIP-abhängige Bildung von Subdomänen von EpCAM in ES Zellen nachweisen und die beteiligten Aminosäuren und relevanten Proteasen identifizieren. Ähnlich wie in Tumorzellen kommt es zur Bildung einer löslichen Ektodomäne, einer Aβ-ähnlichen Domäne und einer intrazellulären EpICD Domäne. Im Gegensatz zu Tumorzellen konnte jedoch keine Kerntranslokation von EpICD und keine Interaktion mit Komponenten des WNT Signalweges nachgewiesen werden. Es ist daher anzunehmen, dass die RIP von EpCAM in ES Zellen bevorzugt eine Degradation des Proteins bewirkt. Dies ist von besonderem Interesse, da wir des Weiteren einen kompletten Verlust der Expression von EpCAM bei der Differenzierung von ES Zellen aufweisen konnten. Bei der 3D-Differenzierung von ES Zellen in vitro und in der frühen Embryogenese kommt es zu einem kompletten Verlust von EpCAM in mesodermalen Zellen und zu einer Aufrechterhaltung der Expression in endodermalen Zellen, insbesondere in Epithelzellen. Vimentin-positive, mesenchymale Zellen waren stets EpCAM-negative und vice versa. Eine künstliche Aufrechterhaltung von EpCAM in ES Zellen hatte einen hemmenden Einfluss auf die Bildung von Kardiomyozyten, welche durch mesodermale Differenzierung spontan entstehen. Einhergehend mit dem Fehlen einer Kerntranslokation von EpICD, konnten wir eine hemmende Wirkung ausschließlich für das intakte EpCAM Molekül, jedoch nicht für Subdomänen wie das C-terminale Fragment oder EpICD nachweisen. Mit Hilfe eines quantitativen SILAC Ansatzes konnten wir neue Interaktionspartner von EpCAM in Teratomzellen identifizieren und in ES Zellen validieren. Ein besonderes Augenmerk haben wir auf die ES Zell-spezifische Ras Variante ERas gelegt. ERas interagiert mit EpCAM, initiiert die EpCAM-abhängige Aktivierung der AKT Kinase und hemmt ebenfalls die Bildung von Kardiomyozyten. Somit konnten wir einen neuen EpCAM-ERas-AKT Signalweg in ES Zellen identifizieren, welcher die mesodermale Differenzierung dieser Zellen hemmt. Unter Verwendung eigens generierter zellulärer Knockout Mutanten der EpCAM und ERas Gene in ES Zellen untersuchen wir derzeit den Einfluss eines Verlustes beider Proteine einzeln und in Kombination. Auf diese Weise werden wir ein umfassendes Bild ihrer Funktion bei der Differenzierung von embryonalen Stamm und Tumorzellen erhalten. Die Befunde sind sowohl für das Gebiet der Differenzierung von Stammzellen als auch für die Tumorprogression, bei der phänotypische Wechsel entlang einer epithelialen-zu-mesenchymalen Transition eine entscheidende Rolle bei der Zirkulation und Disseminierung von Tumorzellen spielen, von Bedeutung. EpCAM bildet sich somit als ein wichtiger molekularer Schalter dieser komplexen Vorgänge heraus.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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EpCAM as a target in cancer therapy. J Clin Oncol. 2010 May 20;28(15)
Gires O., Baeuerle PA.
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Concentrations of EpCAM ectodomain as found in sera of cancer patients do not significantly impact redirected lysis and T-cell activation by EpCAM/CD3-bispecific BiTE antibody MT110. MAbs 2011 Jan-Feb; 3(1):31-7
Petsch S., Gires O., Rüttinger D., Denzel S., Lippold S., Baeuerle PA., Wolf A.
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Lessons from common markers of tumor-initiating cells in solid cancers. Cell Mol Life Sci 2011 Dec; 68(24):4009
Gires O
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EpCAM and its potential role in tumor-initiating cells. Migr. 2012 Jan-Feb; 6(1):30-8
Imrich A., Hachmeister M., Gires O.
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EpCAM in hepatocytes and their progenitors. J Hepatol. 2012 Feb; 56(2):490-2
Gires O
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Regulated intramembrane proteolysis and degradation of murine epithelial cell adhesion molecule mEpCAM. PLoS ONE 2013 Aug 29; 8(8):e71836
Hachmeister M., Bobowski KD., Hogl S., Dislich B., Fukumori A., Eggert C., Mack B., Kremling H., Sarrach S. Coscia F., Zimmermann W., Steiner H., Lichenthaler S., Gires O
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Dynamic EpCAM expression on circulating and disseminating tumor cells: causes and consequences. Cell Mol Life Sci 2014 Nov; 71(22):4393-402
Gires O. and Stoecklein NH
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Cleavage and cell adhesion properties of human epithelial cell adhesion molecule (HEPCAM). J Biol Chem 2015 Oct 2; 290 (40): 24574-91
Tsaktanis T., Kremling H. Pavsic M., von Stackelberg R., Mack B., Fukumori A.; Steiner H., Vielmuth F., Spindler V., Huang Z., Jakubowski J., Stoecklein NH., Luxenburger E., Lauber K., Lenarcic B., Gires O
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EpCAM and the biology of hepatic stem/progenitor cells. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2015 Feb 15;308(4):G233-50
Dollé L., Theisse ND., Schmelzer E., Boultr L., Gires O., van Grunsven LA
