Mechanism of tumor cell invasion and metastasis based on loss of adhesion: the role of altered N-cadherin processing

Abstract Of all the processes that occur during tumor progression, invasion and the formation of secondary metastases are the most clinically relevant but the least well elucidated at the molecular level. Yet, it is now well established that alterations in classes of adhesion molecules correlate with malignant transformation. These alterations include reduction in surface adhesion molecules, as well as changes in the profile and function of adhesion molecules expressed at the cell surface. Classical cadherins are key cell adhesion molecules in epithelia that mediate Ca2+-dependent intercellular interactions. They are expressed as precursor proteins that undergo proteolytic processing of the prodomain to generate adhesively competent cadherins at the cell surface. Classical cadherins play central roles in tumor development. N-cadherin expression has been shown to correlate with increased tumor cell motility and metastasis. However, N-cadherin mediated adhesion is a robust phenomenon, and so would seem to be inconsistent with the “release” from intercellular adhesion required for invasion. Here we show that in the most migratory cells, altered post-translational processing by proprotein convertase enzymes results in non-adhesive forms of N-cadherin at the cell surface, although N-cadherin levels remain constant in representative gliomas and melanomas. Surprisingly, one of these forms is N-cadherin with the prodomain intact, and the other is cleaved at a novel second site, downstream of Trp2, which has been shown to be essential for cadherin-mediated adhesivity. Alternatively cleaved N-cadherin in high abundance (~ 70%) and mature N-cadherin co-exist on the cell surface, and we suggest that the ratio of the functionally antagonistic moieties directly correlates with invasion potential. Our work provides insight into what may be a widespread mechanism for tumor progression, invasion and metastasis, presents new avenues for diagnosis and treatment strategies, andRésumé Parmi les phénomènes associés à la progression de la tumeur, l'invasion et la métastase sont des étapes médicalement importantes. Encore aujourd'hui, ces phénomènes demeurent mystérieux. Par contre, il est très bien établi que la modification des molécules d'adhésion accompagne la transformation maligne. Ce type de modification inclut la diminution, l'altération du patron d'expression et la fonction des molécules d'adhésion à la surface cellulaire. Les cadhérines classiques sont des molécules d'adhésion clef chez les cellules épithéliales par leur implication dans les interactions intercellulaires en présence d'ions de calcium. Ces cadhérines sont exprimées sous une forme précurseur et maturent par un processus protéolytique impliquant la perte du peptide précurseur et l'acheminement de la protéine fonctionnelle à la surface de la cellule. Les cadhérines classiques sont impliquées dans le développement de différentes tumeurs. Il existe une corrélation entre l'expression de N-cadhérine et une augmentation de l'invasion et la métastase des cellules cancéreuses. Pourtant, l'adhésion de N-cadhérine est très robuste, une observation inconsistante avec l'abolition de l'adhésion intercellulaire requise durant l'invasion. Nous démontrons que chez les cellules les plus invasives, un processus protéolytique modifié par les enzymes convertases résulte à des formes de N-cadhérines non adhésives à la surface cellulaire, bien que le niveau total de N-cadhérine demeure inchangé dans une population hétérogène de gliomes et mélanomes. Il était surprenant de constater qu'une de ces formes avait maintenu le peptide précurseur intact, tandis que l'autre forme a subi un clivage protéolytique après l'acide aminé tryptophane, en position 2 de la protéine. Cet acide aminé est nécessaire pour médier l'adhésion des cadhérines. Nous démontrons que les formes matures (mineur) et aberrantes (majeure, ~70%) de N-ca