Characterization of the Oncogenic Role of BCL9-2 in Breast Tumorigenesis
Charakterisierung der onkogenen Rolle von BCL9-2 in Brusttumorigenese
by Nathalie Zatula
Date of Examination:2012-03-20
Date of issue:2012-05-16
Advisor:Prof. Dr. Felix Hermann Brembeck
Referee:Prof. Dr. Felix Hermann Brembeck
Referee:Prof. Dr. Matthias Dobbelstein
Referee:Prof. Dr. Heidi Hahn
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Format:PDF
Abstract
English
One of a few highly conserved signaling pathways, which regulate cell proliferation and tissue organization during embryogenesis and in the adult organism, is the Wnt/beta-catenin signaling cascade. The mutations of different Wnt/beta-catenin signaling components lead to an aberrant activation of beta-catenin and to an abnormal expression of diverse target genes. A deregulated Wnt signal transduction results in a malignant transformation followed by tumor progression in many tissues, including the breast. Recently, BCL9-2, the member of the novel BCL9/legless oncogene family, was identified as essential co-activator of ß-catenin dependent regulation of target gene transcription. The oncogenic potential of BCL9-2 in colorectal cancer is becoming more apparent. Its implication in breast tumor development is not yet investigated. This study shows for the first time, that overexpression of BCL9-2 in vivo leads to breast tumor development. Moreover, the results suggest a mechanism of BCL9-2 oncogenic activity by interfering with ERα signaling. Overexpression of BCL9-2 using a keratin 19 (K19) specific promoter sequence in transgenic mice led to breast tumor development in aged females. Moreover, BCL9-2 overexpression was sufficient to increase the breast tumor incidence in APCMin/+ fe-males and to induce macroscopic tumors of the breast in MMTVCre;Catnb+/Δex3 mice. Aged transgenic females displayed mammary gland hyperplasia characterized by enlarged ducts and hyperplastic alveolar nodules (HANs), which are described as premalignant foci in mice and in human. In addition, they displayed increased alveo-lar morphology and delayed postlactational involution of mammary epithelium, pos-sibly associated with tumorigenesis in the breast. Interestingly, the mammary tumors of transgenic K19-BCL9-2 females showed nuclear estrogen receptor alpha (ERα) and progesterone receptor (PR) expression, representing a unique feature of the K19-BCL9-2 model. Moreover, the tumor growth was dependent on estrogen stimulation, as was shown by MTT and BrdU assays. Comparing different human breast cancer cell lines, the highest BCL9-2 protein levels were found in ERα and HER2 positive cells. Additionally, a siRNA-mediated transient knock down of BCL9-2 resulted in a transient mRNA reduction of ERα and corresponding target genes, indicating that BCL9-2 may regulate the ERα expression and interferes with downstream signaling. Finally, immunohistochemical analyses of human breast cancer tissues showed that BCL9-2 overexpression significantly corre-lated with high expression of ERα, PR and HER2 and that the expression of BCL9-2 is higher in malignant than in healthy mammary tissue. Taken together, this study demonstrates, for the first time, an implication of BCL9-2 in mammary tumorigenesis and suggests BCL9-2 as a novel modulator of estrogen receptor α signaling.
Keywords: BCL9-2; breast carcinoma; estrogen receptor alpha
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Einer der wenigen hoch konservierten
Signalwege, welche die Zellproliferation und Gewebeorganisation
während der Embryogenese aber auch im adulten Organismus
regulieren, ist die Wnt/beta-Catenin Signalkaskade. Mutationen
verschiedenster Wnt/beta-Catenin Signalkomponenten führen zu einer
aberranten Aktivierung von beta-Catenin und zu einer abnormalen
Expression diverser Zielgene. Eine solche deregulierte Wnt
Signaltransduktion verursacht in vielen Geweben, inklusive des
Brustgewebes, eine maligne Transformation mit anschließender
Ausbildung von Tumoren. Kürzlich wurde BCL9-2, ein Mitglied der
neuen onkogenen BCL9/legless Familie, als essen-tieller
Co-Aktivator der beta-Catenin-abhängigen Regulation der
Transkription von Zielgenen identifiziert. Im kolorektalen Karzinom
zeichnet sich das onkogene Potential von BCL9-2 immer mehr ab.
Seine Implikation in der Entstehung von Brusttumoren wurde dagegen
noch nicht untersucht. Diese Arbeit zeigt zum ersten Mal, dass eine
Überexpression von BCL9-2 zur Bildung von Brusttumoren in vivo
führt. Zu-dem weisen die Ergebnisse auf einen Mechanismus der
onkogenen Aktivität hin, bei dem BCL9-2 in die ER
Signaltransduktion eingreift. Nach Überexpression von BCL9-2 unter
einem Keratin 19 (K19) -spezifischen Promotor kam es in älteren
transgenen Weibchen zur Ausbildung von Brusttumoren. Zudem reichte
eine BCL9-2 Überexpression aus, um die Brusttumor-Inzidenz in
APCMin/+ Weibchen zu erhöhen und makroskopische Tumore der Brust in
MMTVCre;Catnb+/Δex3 Mäusen zu induzieren. Gealterte transgene
Weibchen zeigten Milchdrüsenhyperplasien, welche durch erweiterte
Gänge und hyperplastische alveo-läre Knoten (hyperplastic alveolar
nodules; HANs) charakterisiert und als prämaligne Foci in Maus und
Mensch beschrieben sind. Zusätzlich weisen sie eine erhöhte
alve-olare Morphologie und eine verzögerte post-laktationale
Rückbildung des Brus-tepithels auf, was möglicherweise mit einer
Tumorbildung in der Brust assoziiert ist. Interessanterweise wiesen
Brusttumoren der transgenen K19-BCL9-2 Weibchen eine nukleäre
Estrogenrezeptor alpha- (ERα) und Progesteronrezeptor- (PR)
Expression auf, was eine Besonderheit des K19-BCL9-2 Mausmodells
darstellt. Darüber hinaus zeigten MTT und BrdU Assays, dass das
Tumorwachstum abhängig von der Stimu-lation mit Estrogen ist. Der
Vergleich verschiedener humaner Brustkrebs-Zelllinien zeigte, dass
ERα- und HER2- positive Zellen die höchsten Level an BCL9-2 Protein
aufweisen. Zusätzlich resultierte ein siRNA-vermittelter
transienter knock down von BCL9-2 in einer tran-sienten mRNA
Reduktion des ERα und entsprechender Zielgene. Dies weist auf eine
mögliche Regulation der ERα-Expression durch BCL9-2 und ein
Eingreifen in die ERα downstream Signaltransduktion hin.
Schließlich zeigten immunhistochemische Analysen an humanen
Brustkrebsgewebeproben eine signifikante Korrelation zwi-schen
BCL9-2 Überexpression und erhöhter Expression des ERα, PR und HER2
so-wie eine deutlich stärkere BCL9-2 Expression in malignem
verglichen mit gesundem Brustgewebe. Zusammenfassend
veranschaulicht diese Arbeit erstmals eine Implikation von BCL9-2
in der Tumorgenese von Mamma Tumoren und lässt BCL9-2 als neuen
Modulator der ERα Signalkaskade vermuten.
Schlagwörter: BCL9-2; Brustkarzinom; Estrogen Rezeptor alpha