Alterations at the cell membrane of breast cancer cells by estrogens and antiestrogens

Abstract

Antiestrogen therapy is an integral part of the treatment of estrogen receptor α (ERα)-positive breast cancer, since it inhibits ERα-dependent tumor growth. In addition, over recent years, ERα signaling has been implicated in the mechanisms of breast cancer metastasis, which might add a new mode of action to antiestrogen therapy. Data from in vitro studies suggest that ERα-dependent downregulation of the expression of the cell-cell adhesion protein E-cadherin crucially promotes breast cancer metastasis. However, clinical studies show that E-cadherin expression only poorly predicts the risk of breast cancer metastasis in vivo. In addition to E-cadherin expression, cell-cell adhesion and thus the metastatic potential of breast cancer cells are essentially regulated by the complex interaction between E-cadherin and the cortical actomyosin cytoskeleton at the adherens junction (AJ) protein complex. In my thesis, I studied the impact of the clinical antiestrogen Fulvestrant on AJs using the MCF-7/vBOS breast cancer cell line. ERα inhibition by Fulvestrant did not change E-cadherin expression but induced a distinct reorganization of E-cadherin-mediated AJs. The effect of Fulvestrant and other antiestrogens on AJ organization could be specifically attributed to ERα inhibition. Furthermore, AJ reorganization depended on the cortical actomyosin cytoskeleton which might be the primary target of ERα inhibition. Investigating the functional consequences, I could show that the reorganization of AJs does not represent an impairment of AJ-mediated cell-cell adhesion. On the contrary, reorganized AJs were more stable as indicated by decreased cleavage of E-cadherin. Moreover, cells in a confluent cell monolayer were less motile, suggesting an increase in cell-cell adhesion. Studying breast cancer tissue sections, I observed that AJs were diversely organized in vivo. Here, an irregular organization of AJs correlated with low ERα activity, substantiating the data I obtained from the in vitro experiments with MCF-7/vBOS cells. Taken together, these results suggest that antiestrogen therapy might affect AJ organization, thereby increasing cell-cell adhesion and preventing the metastatic spread of breast cancer cells. However, further studies are required to assess the clinical relevance of AJ organization in vivo. Altering the organization of AJs could represent a novel mode of action of antiestrogen therapy. Moreover, AJ organization might serve as a diagnostic tool to predict the metastatic risk of breast cancer. Consequently, this could improve the diagnosis, therapy, and prognosis of breast cancer patients.

Die Therapie mit Antiöstrogenen ist ein integraler Bestandteil in der Behandlung von Östrogenrezeptor α (ERα)-positivem Brustkrebs, da sie das ERα-abhängige Tumorwachstum hemmt. Im Laufe der letzten Jahre wurde der ERα außerdem mit der Metastasierung von Brustkrebs in Verbindung gebracht, was einen neuen Wirkmechanismus für Antiöstrogene bedeuten könnte. In-vitro-Studien legen nahe, dass die ERα-abhängige Herabregulation des Zell-Zell-Adhäsionsproteins E-Cadherin die Metastasierung entscheidend fördert. Allerdings zeigen klinische Studien, dass die Expression von E-Cadherin das Metastasierungsrisiko in vivo nur schlecht vorhersagt. Abgesehen von der Expression von E-Cadherin werden Zell-Zell-Adhäsion und folglich das Metastasierungsrisiko wesentlich durch die komplexe Interaktion zwischen E-Cadherin und dem kortikalen Actomyosin-Zytoskelett an Adhärenskontakten reguliert. In dieser Arbeit untersuchte ich den Einfluss des klinisch angewandten Antiöstrogens Fulvestrant auf Adhärenskontakte in der Brustkrebszelllinie MCF-7/vBOS. Die Hemmung des ERα durch Fulvestrant veränderte nicht die Expression von E-Cadherin, bewirkte aber eine deutliche Umstrukturierung von E-Cadherin-vermittelten Adhärenskontakten. Der Effekt von Fulvestrant und anderen Antiöstrogenen auf Adhärenskontakte konnte spezifisch der Hemmung des ERα zugeordnet werden und war vom kortikalen Actomyosin-Zytoskelett abhängig, welches das primäre Ziel der ERα-Hemmung darstellen könnte. Durch Untersuchung der funktionellen Auswirkungen konnte ich zeigen, dass die Umstrukturierung keine Störung der Adhärenskontakt-vermittelten Zell-Zell-Adhäsion darstellt. Im Gegenteil waren umstrukturierte Adhärenskontakte stabiler, worauf die erniedrigte Spaltung von E-Cadherin hindeutet. Außerdem waren Zellen in einem konfluenten Zellrasen weniger beweglich, was eine erhöhte Zell-Zell-Adhäsion nahelegt. Bei der Untersuchung von Brustkrebsgewebeschnitten beobachtete ich, dass Adhärenskontakte in vivo verschiedenartig strukturiert sind. Eine unregelmäßige Strukturierung von Adhärenskontakten korrelierte mit einer niedrigen Aktivität des ERα, was die Bedeutung meiner Beobachtungen in MCF-7/vBOS-Zellen in vitro unterstreicht. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Therapie von Brustkrebs mit Antiöstrogenen die Strukturierung von Adhärenskontakten beeinflussen könnte, wodurch die Zell-Zell-Adhäsion erhöht und die Metastasierung verhindert würde. Obschon weitere Studien notwendig sind, um die klinische Relevanz dieses Effekts zu untersuchen, könnte dies einen neuartigen Wirkmechanismus für die Therapie mit Antiöstrogenen darstellen und ein prädiktives diagnostisches Mittel für das Metastasierungsrisiko von Brustkrebs bieten. Folglich könnten dadurch die Diagnostik, Therapie und Prognose von Brustkrebspatientinnen und -patienten verbessert werden.