Study on the regulatory role of Capicua in cancer stem cell-like properties and self-renewal of breast cancer cells

DoctorCapicua(CIC)는 초파리에서 처음 발견되어 여러 가지 발생 과정을 조절하는 RTK/MAPK signaling pathway에 의해 조절되고 배아 발생, 날개발달, 조직 패턴화 등을 통제하는 전사 언제 인자이다. CIC는 두 개의 isoforms인 CIC-S와 CIC-L로 존재하고 N-terminal 부분이 다르며 transcription start site도 다르다. CIC는 high mobility group-box를 통해 타겟 유전자의 발현을 억제하고 이는 C1 도메인을 통해 binding affinity가 향상된다. CIC의 타겟 중 PEA3 group 유전자들 ETV1, ETV4, ETV5은 CIC가 잘못되어있는 암 조직에서 과발현되어있다고 알려져 있다. CIC가 여러 종류의 암에서 돌연변이를 갖고 있다고 알려진 후 여러 조직에서 그의 역할에 대해 더 연구하기 규명되기 시작했다. 그리고 CIC가 기질 형성 조절 이상에 의한 수두증, 폐포 형성 이상증, 여포 T 보조 세포의 분화에 역할을 한다고 발견되었다. Chapter 1에서는 CIC에 대한 개요를 소개했고 다양한 interacting partner와의 관계를 통한 지금까지 알려진 메커니즘을 설명했다. CIC의 mutation이나 aberration이 비정상적인 경로를 통해, 아니면 그러한 경로를 촉진함으로써 발달의 결함 및 여러 유형의 암을 유발하는지 뇌, 폐, 내장, 간, 결정과 직장, 전립선, 육종, 림프종, 면역세포에서 설명하였다. 암 줄기세포는 정상적인 줄기세포와 유사하게 모든 세포형을 생기게 할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 암 줄기세포는 종양을 형성하지 않은 암세포화 다르게 종양 형성(tumorigenic)하고 자기재생과 분화능력을 통해 종양을 발생시킨다. 그러므로 암 줄기세포는 tumor initiating cell(종양을 생성할 수 있는 세포)이라고도 불리고 증식단계 중 최상위에 놓인다고 제시되어 있으며 종양에서 보이는 tumor heterogeneity(종양 이질성) 현상을 설명할 수 있다. 이렇게 종양을 형성하는 능력을 갖추고 있는 암 줄기세포는 백혈구 줄기세포 발견 후, 뇌, 유방, 대장, 난소, 췌장, 전립선, 흑색종, 다발성골수종, 비흑색종 피부암 등 몇몇 고형암에서 발견되었다. 암 줄기세포는 자기재생 능력과 다양한 종양 세포 생성이 가능해 재발과 전이의 원인이 된다. 또한, 암 줄기세포는 정상적인 체세포성 줄기세포와 같이 화학요법에 대한 저항성을 갖고 있다고 알려져 있으며 화학치료에 대한 저항성을 증가시키는 단백질을 생성하면서 생존하여 재발의 원인으로 종양이 다시 생성될 수 있게 한다. 그래서 이런 암 줄기세포를 선택적으로 타겟팅하고 암 줄기세포를 제거하여 전이와 재발을 막아야 하고 새롭고 공격적인 치료전략이 필요하다. 암 줄기세포를 분리하기 위해서는 형광 이용 세포 분류기/유세포 분석 (FACS)을 사용해 세포 표면의 표지자들인 CD133, CD44, CD24, EpCAM, THY1, ABC수송체B5와 CD200을 포함한 항체들과 SP(side population) 분석이나 Aldefluor 방법을 사용할 수 있다. Chapter 2에서는 암 줄기세포를 조절하는 증식 및 분화경로와 암 줄기세포가 지닌 가소성, quiescence, 자기복제기능, 암 치료에 대한 저항성, 그리고 전이와 재발에서의 암 줄기세포의 작용을 설명했다. Chapter 3 에서는 유방암에서의 CIC 역할을 규명한 연구를 설명한다. CIC는 유방암 조직과 세포에서 암 줄기세포의 자기재생 능력을 억제하고 있다고 밝혀졌다. 메커니즘 쪽으로는 PEA3 group 유전자들 ETV4와 ETV5가 이런 능력을 촉진하고 유방암 줄기세포에서 특이적으로 표현된 EpCAM+/CD44+/CD24low/- 표지자의 발현과 ALDH activity를 조절하여 다양한 암 줄기세포 population을 촉진하고 SOX2라는 새로운 CIC의 타겟을 발굴하여 암 줄기세포를 타겟으로 하여 특이적 치료 방법의 발달을 하고자 제시한다.Capicua (CIC) is a transcriptional repressor containing a Sox-like high mobility group (HMG) box. CIC represses expression of its target genes by binding to T(G/C)AATG(G/A)A sequence, and this repression can be relieved via receptor tyrosine kinase (RTK)/Ras signaling pathway through phosphorylation and degradation and/or cytoplasmic localization of CIC. RTK signaling-CIC regulatory switch is essential for cell fate determination, cell proliferation, and survival of developing and adult tissues of Drosophila. In mammals, CIC controls multiple essential processes such as lung alveolarization, bile acid homeostasis, learning and memory, abdominal wall closure during embryogenesis, and T-cell differentiation. CIC also functions as a tumor suppressor in different types of cancer, through derepression of downstream target genes including, most notably, PEA3 subfamily of ETS transcription factors (ETV1, ETV4, and ETV5). Despite the evidence linking CIC and cancer, its potential involvement in breast cancer progression remains unknown. Breast cancer is the leading cause of cancer death in women, accounting for >40,000 deaths each year. Solid breast tumors are composed of a heterogeneous population of phenotypically diverse cells, with a subset of cancer cells sharing several properties with normal stem cells. Malignant tumors, with acquired immortality and invasive ability, exhibit a biological hierarchy and consist of stem-like cells that can give rise to descendant cells with self-renewing mechanisms (so-called the cancer stem cells, CSCs). Recently, breast CSCs (BCSCs) have been found to play a critical role in not only tumorigenesis, but also metastasis, chemotherapy and radiotherapy resistance, and disease recurrence. In this work, I set out to investigate the regulatory role of CIC in breast cancer cells, especially on the regulation of BCSC-like properties by CIC. Varying CIC expression affects BCSC-like properties and different subsets of BCSC population without changing colony-forming and invasive capabilities of breast carcinoma cell lines. Loss of CIC relieves repression of ETV4 and ETV5 expression, consequently promoting self-renewal capability, EpCAM+/CD44+/CD24low/- expression, and ALDH activity. In xenograft models, CIC deficiency significantly increases CSC frequency and drives tumor initiation. Consistent with the experimental data, the CD44high/CD24low CSC-like feature is inversely correlated with CIC levels in breast cancer patients. I also identify SOX2 as a downstream target gene of CIC that partly promotes CSC properties. Taken together, my study demonstrates that CIC suppresses breast cancer formation via restricting cancer stemness and proposes CIC as a potential regulator of stem cell maintenance