Claudin1In Breast Tumorigenesis:Revelation of A Possible Novel”Claudin High”Subset of Breast Cancers

Abstract

Claudinは上皮細胞におけるタイトジャンクションの主要な成分であり、異なる膜ドメインに対するイオンチャネル、受容体、酵素の分極位置において重要な役割を果たしている。 その点で、claudinsは機能的な上皮の調和のとれた発達に必要である。 さらに、欠陥のあるタイトジャンクションは、上皮細胞における腫瘍性表現型の開発に関連付けられています。 したがって、細胞間相互作用の破壊と接合タンパク質の発現の規制緩和は、浸潤および転移の重要なステップであると考えられている。 複数の調査はclaudinsが胸のtumorigenesisの主要な関係者であることを提案します。 本稿では、乳癌におけるクローディン1の潜在的な役割の我々の理解の最近の進歩を議論します。 我々はまた、クローディン1タンパク質の”高”レベルを表現するエストロゲン受容体陰性乳癌のサブセットの意義を議論します。 我々は、claudin1は、腫瘍抑制剤としてだけでなく、乳癌における腫瘍エンハンサー/ファシリテーターの両方として機能することを提案します。

1. 乳がん

乳がんは依然として、北米の女性の間で最も一般的に診断されるがんの1つです。 分子、疫学的、および組織学的観察に基づいて、乳癌の形態学的進行モデルは、最後の十年以内に組み立てられています。 この提案されたモデル（図1）は、上皮過形成から非定型過形成および乳管癌in situを介して、浸潤癌および最終的に転移性疾患に、乳癌の段階的な進行を記述する病変の連続体を概説している。 乳癌の診断そして処置の多くの進歩にもかかわらず、転移は克服できない挑戦に残ります。 女性の約40%は現在早い乳癌のための第一次管理作戦に失敗し、病気に最終的に屈する。

フィギュア1

乳房腫瘍形成および進行の仮説的モデル。 乳癌の段階的進行は、上皮過形成から浸潤癌および最終的に転移への病変の連続体として記載されている。

病気の提示の複雑な性質および患者の臨床的に関連したサブセットの識別の限定は現在の乳癌の診断および治療上の作戦のための主要な難しさ この病気の不均一な性質の成長の理解は、主にcdnaマイクロアレイと乳癌サブセットの再定義につながっている免疫組織化学的研究から生じています。 現在までに、ＥＲ／ＰＲ状態、Ｈｅｒ２、ＣＫ５／６、およびＥＧＦＲ発現に基づいて、５つの異なる乳癌カテゴリーが同定されている（表１）。 治療上、これらのサブタイプは、異なる治療に対する多種多様な応答を示すことが示されている。 ホルモンに敏感ではないher2および基底のサブタイプがより積極的であり、最も悪い予想を示し、そして少数の治療上の選択がある一方、ホルモンに 明らかに、乳癌の異なったサブタイプのそれ以上の同一証明は患者に個性化された処置を提供し始める私達の機能を高める個々の乳癌患者の特徴に

乳癌のサブタイプの進化を説明するために、2つの仮説的モデルが提案されている。 最初のモデル、線形モデルでは、起源の細胞は、異なる腫瘍サブタイプについて同じである（したがって、腫瘍サブタイプは、後天性遺伝的およびエピジェネティックな事象によって決定される）。 第二のモデル、非線形モデルでは、起源の細胞は、異なるサブタイプのために異なる（おそらく幹細胞または前駆細胞）である。 Jeselsohnらによる最近の研究。 前駆細胞の2つの集団が存在することを示唆する証拠を提供しており、1つは管腔様乳癌を生じさせ、もう1つは基底様乳癌を生じさせる。

2. 上皮間葉転換（EMT）

浸潤性表現型の獲得は、転移性疾患の発症への第一歩を表すため、乳癌生物学における最も重要な変化を示すと考えられている。 細胞が非侵襲的な表現型から侵襲的な表現型に変換すると、それらはアンカレッジに独立し、強化された運動性だけでなく、増加した攻撃性、上皮間葉移行（EMT）と呼ばれるプロセスを示すようになります。

この移行の間、上皮細胞は細胞間接着の破壊と運動性の強化を介して間葉様の表現型を獲得する（レビュー参照）。 細胞はケラチン（上皮）の豊富なネットワークからビメンチン（間葉系）の豊富なネットワークに切り替わり、その運動性を促進すると考えられている。 間葉系細胞に関しては、上皮細胞とは対照的に、それらは個々に移動し、周囲の組織に浸透し、遠隔部位に広がることができる。 したがって、細胞間相互作用の崩壊と接合タンパク質の規制緩和された発現は、浸潤および転移の重要なステップであると考えられている。

3. タイトジャンクション

タイトジャンクションは、細胞間接合の最も頂端であり、原形質膜の原形質面上に連続した吻合フィラメントのネットワークとして現れる（図2）。 それらはparacellular細道、”障壁”機能と言われる特性を通ってイオンおよび小さい分子の輸送を制御するtransepithelial障壁に貢献します。 タイトジャンクションは、上皮細胞の極性の組織化のためにも重要であり、原形質膜を頂端および基底外側ドメインに分離する。 同様に、それらはまた、構造的および機能的に発達した上皮、”フェンス”機能と呼ばれる機能に必要な膜ドメインへのイオンチャネル、受容体、および酵素 従って堅い接続点は細胞シートの堅いシーリングおよび維持の恒常性のために必要である。 細胞極性および傍細胞機能を維持することは別として、タイトジャンクション蛋白質はシグナリングタンパク質の募集に関与している。 主に、一体型膜タンパク質の三つのタイプがタイトジャンクションを構成しています(図2);クローディン、オクルジンと接合接着分子(複数可),クローディンとオクルジンは、タイトジャンクション鎖を形成する際の二つの主要な分子成分であると. 接合接着分子はタイトな接合形成のための最初の空間的手がかりとして機能すると考えられている。 隣接する細胞間の機械的接着および多細胞アーキテクチャ全体の安定化に関与する付着接合タンパク質と併せて、それらは上皮組織における頂端接合複合体を構成する。

フィギュア2

タイトジャンクション。 タイトジャンクションは、上皮細胞における最も頂端の細胞間接合である。 タイトジャンクションの主要な分子成分は、クローディン、オクルジン、および接合接着分子（JAM）です。 接着接合蛋白質（カドヘリン、カテニン）と一緒にタイトジャンクション蛋白質は、上皮細胞接合複合体を形成する。 ギャップ接合部は、被着接合部の基底に位置する。

4. タイトジャンクション蛋白質と腫瘍形成

タイトジャンクション蛋白質と癌発生との間に強い関連が確立されている。 タイトジャンクションの構造と機能の変化は、実際に様々な臓器の腺癌で報告されています。 タイトジャンクションまたは欠陥タイトジャンクションの欠如はまた、上皮細胞における腫瘍性表現型の開発に関連付けられています。 このような観察は、タイトな接合部の破壊は、それによって腫瘍形成を促進し、凝集、侵襲性、および分化の欠如の損失につながるという受け入れられた考えと一致しています。 現在、癌、より具体的には乳癌における接合タンパク質の役割に関するほとんどの知識は、主要な接着接合タンパク質、E cadherinに関する研究に由来している（ Eカドヘリンのダウンレギュレーションは、上皮間葉移行中の重要な分子イベントであると考えられています。 Eカドヘリンとは対照的に、タイトジャンクション蛋白質の役割は乳がんではよく理解されていません。

4.1. Claudins

claudinsはタイトジャンクションの主要なコンポーネントであり、このタンパク質ファミリーの24のメンバーがこれまでに同定されています。 それらはサイズが22〜27kDの小さなタンパク質であり、12の異なる染色体上に位置する少なくとも17個のヒト遺伝子（表2）によってコードされる。 非常に多くの異なる染色体間のクローディン遺伝子座の分布は、一般的に多くの遺伝子ファミリーがほとんどを持っているので、一つの染色体上に位置 広い分布はこれらの蛋白質の多機能特性を反映している可能性がある。 三つのクローディン遺伝子クラスターは、染色体3（3q28）、4（4q35.1）、および7（7q11.23）に容易に明らかであり、これらのクラスター内のメンバーは、同様の機能と組織特異性を有する可能性が非常に高いです。 これらの3つのクローディン遺伝子クラスターを除いて、他の明白なパターンはないように見える（表2）。 ヒトにおけるクローディン遺伝子ファミリーの拡大は、硬骨魚におけるこの遺伝子ファミリーについて仮定されているように、進化中の新しい機能の獲得を可能にした可能性がある。 クローディンは共通の膜貫通トポロジーを共有しており、各ファミリーメンバーは細胞質に細胞内アミノとカルボキシルテルミニと二つの細胞外ループを持つ四つの膜貫通ドメインを有すると予測されている。 Claudin蛋白質の表現パターンはティッシュの特定です ; しかし、ほとんどの組織は、タイトな接合鎖を形成するために、ホモ型または異型のいずれかの方法で相互作用することができる複数のクローディン ある特定のティッシュ内のclaudin蛋白質の厳密な組合せは堅い接続点の選択率、強さおよび堅さを定めます。

現在までに、少数の調査だけ乳癌のclaudinsの役割に演説し、機能の調査結果は物議を醸すままになります。 乳癌を含むいくつかの癌では、いくつかのクローディン家族のメンバーのタンパク質発現の変化が実証されている（レビューを参照してください）。 例えば、claudin3および4の蛋白質の表現は侵略的な乳癌でupregulated、また侵略的な乳癌で、claudin1および7蛋白質の表現がdownregulatedだった一方で示されていました。

4.2. Claudin1

ノックアウトマウスの実験では、タイトジャンクションタンパク質claudin1は、オクルジンではなく、タイトジャンクション鎖のバックボーンを形成し、表皮バリア機能のために重要であることが確立されている。 Claudin1の発現は、多くの癌において検討されている（総説を参照）。 Claudin1蛋白質の表現の増加そして減少は両方腫瘍形成と関連付けられるために示されていました。 前立腺、乳房、およびメラノサイト性新生物を含むいくつかの癌では、クローディン１の喪失は、癌の進行および浸潤、および転移性表現型の獲得と関連して 食道へん平上皮癌ではクローディン1の発現が減少し、再発および無病生存期間が短くなったのに対し、肺癌ではクローディン1は浸潤/転移促進剤の発現を抑制し、癌浸潤/転移抑制剤の発現を増加させることが示され、それによって癌浸潤/転移抑制剤として機能することを示唆する支持証拠を提供した。 逆に、甲状腺乳頭状口腔扁平上皮癌、卵巣、結腸、黒色腫、および胃などの他の癌では、クローディン1の過剰発現は攻撃性および悪性表現型の増加と関連してい 更に、機能調査はclaudin1が募集し、metalloproteinase MMP-2の活発化を促進し、口頭および卵巣癌のより積極的な表現型をもたらすことができることを示しました。

5. 正常乳腺および乳癌におけるクローディン1

正常乳腺では、主にラクトジェネシスに関連してタイトジャンクション蛋白質が研究されている。 私たちの研究室からの以前の仕事は、初期の乳腺退縮中に高度にアップレギュレート遺伝子としてクローディン1を同定し、その発現が緊密に正常なマウスグランドデベロップメントの異なる段階で調節されることが判明しました。 最近、乳癌におけるclaudin1の潜在的な役割への関心が高まっています。 調査がまだ比較的限られているが、claudin1の表現と乳癌の進行間の明確な連合を示す少数の重大なレポートがあります。 調査の大半は悪性の侵略的な人間の乳癌とある人間の乳癌の細胞ラインのclaudin1の表現のdownregulationか完全な損失を指します。 クローディン1ダウン規制と疾患再発との間の相関も最近報告された。 さらに、機能調査はまたclaudin1が胸のtumorigenesisのキープレーヤーであるかもしれないことを提案します。 クラウジン1遺伝子発現のダウンレギュレーションは、乳房上皮細胞の腫瘍性形質転換につながることが示された。 同様に、単独でclaudin1の再発現は、ヒト乳癌細胞株におけるアポトーシスを誘導するのに十分であることが示された。 また、クローディン1単独でも、他のタイトジャンクション関連タンパク質の非存在下で転移性腫瘍細胞におけるタイトジャンクション媒介ゲート機能を発揮するのに十分であるかもしれないことが示唆されている。 さらに、claudin1の細胞内局在は、浸潤性乳癌において破壊され、細胞質中のこのタンパク質の検出につながることが示されている（米国および他の者によ 興味深いことに、claudin1と上皮間葉移行との関連が最近確立されています。 Eカドヘリンと同様に、転写因子、スラグとカタツムリ、上皮間葉移行のキーマーカーは、その活性化の抑制の結果、クローディン1プロモーターに結合することが示さ

私たちの研究室からの追加の研究はまた、乳癌におけるクローディン1の発現が当初考えられていたよりもさらに複雑であることを示す証拠を提 組織マイクロアレイ戦略を使用して、我々は混合病理学的病変（340生検、これまでに調べた最大）を示すヒト侵襲性乳癌のコホートでは、腫瘍のわずかな割合 クローディン1陽性腫瘍の頻度は、クローディン3および4の陽性として観察された腫瘍の頻度よりも有意に低かった。

ER状態はしばしば乳がんの重要な分類因子と考えられているため（表1）、エストロゲン/エストロゲン受容体とクローディン1との間に関連があるかどうかを判断したかった。 我々は、ERve乳癌（189生検）では、腫瘍の有意に少数（5％）は、ERve腫瘍（151生検）では、クローディン1の陽性腫瘍染色の頻度が有意に高かった（39％）一方、クローディン1の発現に陽性であったことを示した。 予後不良のマーカーであるＥＧＦＲとも陽性の関連を認めた。 驚くべきことに、有意な相関はまた、クローディン1と乳癌の基底様サブタイプのマーカー、最悪の予後と関連し、患者の生存率を低下させた乳癌の積極的なサブタイプで発見されました。 また、エストロゲン受容体陽性（ERve）ヒト細胞株、MCF7では、クローディン1発現がin vitroでエストロゲンによってダウン調節されたことを初めて実証した（未公開

6. Claudin1は乳房腫瘍形成における腫瘍抑制剤よりもはるかに多いのですか？

クローディン1の過剰発現と低発現の両方が異なるタイプの癌で観察されており、発癌におけるその潜在的な役割の複雑さを概説している。 乳がんでは、これまでに発表された研究の大部分は、数は限られていますが、クローディン1発現の部分的または全体的な損失が、悪性の可能性および侵襲性の増加および疾患の再発と相関することを示しています。 同様に、乳癌細胞におけるクローディン1の再発現は、アポトーシスを誘導することが実証された。 さらに、私たちの組織マイクロアレイ研究は、ヒト侵襲性乳癌の有意に低頻度がクローディン1発現のために陽性であったことを示した。 全体として、これらの調査はclaudin1が胸のtumorigenesisの腫瘍のサプレッサーとして作用することを提案するために支持の証拠を提供します。

逆説的に、私たちの研究室はまた、乳癌におけるクローディン1の役割は腫瘍抑制剤よりもはるかに多くの可能性があることを示唆する証拠を提 我々は、クローディン1陽性腫瘍の頻度がERve乳癌よりもERve乳癌で有意に高かったことを私たちのTMA研究で示した。 我々の知る限り、これらの研究は、ER状態のコンテキストで乳癌におけるクローディン1式に対処するための最初のレポートです。 我々はさらに、claudin1陽性（ならびにclaudin4）が有意に乳癌、最も積極的なサブタイプの一つの基底様サブタイプと関連していたことを示した。 注目すべきは、Kulka et alによる最近の研究である。、2008年、claudin4の表現が乳癌の基底そっくりのサブタイプでかなり高かったことが示されました。 Claudin1は一般的に乳癌の”腫瘍抑制剤”であると考えられているので、我々の観察は予期せぬものであった。 どのようにそのような観察を合理化することができますか？ これらの調査結果を説明する可能性のあるシナリオがいくつかあります。 第一に、腫瘍形成中に、すべての腫瘍細胞がクローディン1発現を失うわけではないことがもっともらしい。 乳癌サブタイプの提案された非線形モデルに沿って、claudin1発現を保持する細胞は、すでにERve基底様乳癌になることが予め決定された細胞である可能性 そして、これらの細胞において、クローディン１の役割は、腫瘍抑制因子ではなく腫瘍プロモーターの役割であり得る。 一方、乳癌サブタイプの線形モデルを考慮すると、腫瘍細胞は、癌が進行するにつれてErｅからErｅに進行すると考えられている。 次に、ERveコホートにおけるclaudin1陽性腫瘍の頻度の増加は、これらの腫瘍におけるclaudin1の再発現に起因するか？ このような概念は、ERve腫瘍で観察されたclaudin1染色（タンパク質発現の指標）の有意に高い発現によって支持される。 ここで、再発現されたクローディン１の腫瘍抑制機能は、このように排除され、現在は腫瘍増強機能に置き換えられ、それによって乳房腫瘍形成を促進す クローディン1のこの再発現は、クローディン1遺伝子の遺伝的変異またはタンパク質のエピジェネティックな改変を含む多くの緩和因子に起因する可能性がある。 しかし、散発性および遺伝性の両方の乳房患者におけるクローディン1のコード領域の配列解析研究は、乳房腫瘍におけるクローディン1遺伝子発現を変 一つの興味深い可能性は、クローディン1タンパク質のより高いレベルは、他の要因によってさらに調節を逃れることができる膜に戻って輸送されるクローディン1のできないことをもたらす欠陥のある相互作用パートナーに起因する可能性があり、したがって、細胞質中のクローディン1の蓄積につながることである。 後者は最近、E cadherinのために実証されている。 なお、ある特定のティッシュ内のclaudin蛋白質の厳密な組合せは堅い接続点の強さを定めると考えられます。 従って、ERveの侵略的な乳癌のclaudin1のこの異常な蓄積の結果の1つは更に接続点の完全性を損ない、それにより更に腫瘍の進行を促進する堅い接続点の まとめると、claudin1の役割は腫瘍抑制剤の役割を超えているように見えます。 我々は、claudin1は、腫瘍抑制剤としてだけでなく、乳癌における腫瘍エンハンサー/ファシリテーターの両方として機能することを提案したいと思います。 我々はさらに、その腫瘍促進の役割は、特にERve乳癌サブタイプに関連していることを提案している（図3）。

フィギュア3

別の乳がんサブタイプでclaudin1式の仮説的なモデル。 このモデルはclaudin1が乳癌のER+veのサブタイプ（内腔AおよびB）およびErâž’veのサブタイプ（基底のような、her2上の表現、正常のような）の腫瘍の増強物/促進剤の腫瘍のサプレッサーであることを提案している。 Claudin1と基底のようなサブタイプ間の重要な連合が示されている一方、これは表現する上のHer2および正常のようなサブタイプのためにまだ定めら

最近、乳癌の”claudinの低い”サブタイプは主にERveであり、claudin3、4および7の低い表現を示したこと識別されました。 我々はさらに、ER–veであり、クローディン1タンパク質（およびクローディン4）の高い発現を示す”クローディン高”サブタイプを提案したいと思います。 このサブタイプには基底様乳癌が含まれ、Erｅ管腔サブタイプは除外される。 ERveの乳癌のclaudin1蛋白質の高い表現の臨床重大さおよび基底そっくりのサブタイプとの連合は特定の乳癌のサブセットのための診断および予後指

7. 今後の展望

クローディン1が乳がんと乳がんの進行にユニークな役割を持っていることを示唆する証拠が増えています。 Claudin1は二つの大きな細胞外ループを有する膜貫通タンパク質であるため、治療戦略における使用のための潜在的に魅力的な候補である。 私達が乳癌の進行に於いてのclaudin1の役割に演説し始めると同時に私達は多くの未回答の質問と残っている。 乳癌の異なった組織学的なサブタイプのclaudin1蛋白質の表現のレベルは何ですか。 その規制を引き起こし、claudin1が乳がんの進行のさまざまな段階でその役割を切り替える原因は何ですか？ なぜclaudin1は細胞質に蓄積するのですか？ 乳癌の基底様サブタイプのclaudin遺伝子またはタンパク質に変異がありますか？ Claudin1は他のclaudinsまたはe cadherinのような接合部分蛋白質と協力して働きますか。 エストロゲンの受容器の細道との交差話がありますか。 明らかに、より詳細な機能解析研究は、in vitroおよびin vivoの両方で保証されています。

より多くの乳癌サブタイプが近い将来に同定されることを予測することができ、乳房腫瘍形成中に起こる細胞および分子の変化をより明確に理 このような理解を通じてのみ、転移性変化、乳癌の進行について報告し、最終的には特定の個別化された患者管理につながる治療標的として役立つ新

謝辞

著者らは、Manitoba Medical Services Foundation、Paul Thorlakson Foundation、およびCanadian Breast Cancer Foundationによって提供されたこの研究のための資金を感謝しています。