Molecular mechanisms of colorectal cancer: MACC1 and the novel IER2 gene

Abstract

Background Colorectal cancer (CRC) remains a clinical challenge as the third most common cause of cancer-related morbidity worldwide. The gene Metastasis-associated in colon cancer 1 (MACC1) is a key mediator of tumor progression and metastasis formation as well as a prognostic biomarker for CRC and more than 20 other solid cancer types. Higher MACC1 expression is associated with metachronous metastasis. Immediate Early Response 2 (IER2) is a novel player in the biology of metastasis. Previous studies have linked IER2 expression with enhanced metastatic capabilities, contributing to worse overall survival in different cancer entities. Concomitant upregulated mRNA expression of MACC1 and IER2 has been associated with worse overall survival in metastatic CRC patients, possibly identifying a population at high risk for metachronous metastatic disease. This dissertation addresses the question of a possible MACC1-driven IER2 regulation and the consequent metastasis formation. Methods We analyzed in silico mRNA expression profiles and predictive binding motifs for MACC1 and IER2. We made use of RT-qPCR, Western blot, co-Immunoprecipitation, clonogenic and proliferation assays to further understand the mechanisms behind a possible synergy among both genes. Furthermore, we used the CRISPR-Cas9 system for the creation of an IER2 knockout cell line. Results Cumulative survival for patients with a higher expression of IER2 and MACC1 genes was significantly worse. In silico, both a positive correlation between MACC1 and IER2 mRNA expression and a predicted SH3-mediated protein-protein interaction were found. Furthermore, overexpression of IER2 enhances colony formation in vitro, and silencing IER2 significantly hinders cellular proliferation. 13 Conclusion MACC1, an established marker for metastatic disease, and IER2, a novel biomarker, may play an important synergetic role to confer enhanced proliferative and clone formation capabilities to cancer cells. From a clinical standpoint, the synergism between them undeniably translates into worst patient survival outcomes.

Einleitung Das kolorektales Karzinom bleibt eine klinische Herausforderung, da es weltweit die dritthäufigste Ursache für krebsbedingte Morbidität ist. Das Gen Metastasis-associated in colon cancer 1 (MACC1) ist ein wichtiger Vermittler der Tumorprogression und Metastasenbildung und ein prognostischer Biomarker für Darmkrebs und mehr als 20 andere solide Krebsarten. Eine höhere MACC1-Expression wird mit metachroner Metastasierung in Verbindung gebracht. Immediate Early Response 2 (IER2) ist ein neuer Akteur in der Biologie der Metastasierung. Frühere Studien haben die IER2- Expression mit einer erhöhten Metastasierungsfähigkeit in Verbindung gebracht, die bei verschiedenen Krebsarten zu einem schlechteren Gesamtüberleben beiträgt. Die gleichzeitige hochregulierte mRNA-Expression von MACC1 und IER2 wurde mit einer schlechteren Gesamtüberlebenszeit bei metastasierenden Darmkrebspatienten in Verbindung gebracht, was auf eine Risikopopulation für metachrone metastatische Erkrankungen hindeuten könnte. In dieser Dissertation soll die Frage nach einer möglichen MACC1-gesteuerten IER2-Regulierung und der daraus folgenden Metastasenbildung untersucht werden. Methoden Wir analysierten in silico mRNA-Expressionsprofile und prädiktive Bindungsmotive für MACC1 und IER2. Wir nutzten RT-qPCR, Western Blot, Co-Immunopräzipitation, klonogene- und Proliferationsassays, um die Mechanismen hinter einer möglichen Synergie zwischen beiden Genen besser zu verstehen. Außerdem verwendeten wir das CRISPR-Cas9-System zur Herstellung einer IER2-Knockout-Zelllinie. Ergebnisse Das kumulative Überleben von Patienten mit einer höheren Expression der Gene IER2 und MACC1 war signifikant schlechter. In silico wurde sowohl eine positive Korrelation zwischen der mRNA-Expression von MACC1 und IER2 als auch eine vorhergesagte SH3-vermittelte Protein-Protein-Interaktion gefunden. Darüber hinaus gewährleistet die 15 Überexpression von IER2 eine höhere in vitro Koloniebildungsfähigkeit, und das Silencing von IER2 hemmt die zelluläre Proliferation erheblich. Fazit MACC1, ein etablierter Marker für metastatische Erkrankungen, und IER2, ein neuartiger Biomarker, spielen möglicherweise eine wichtige synergetische Rolle, indem sie den Krebszellen eine erhöhte Fähigkeit zur Proliferation und Klonbildung verleihen. Aus klinischer Sicht führt die Synergie zwischen beiden zweifellos zu schlechteren Überlebensaussichten für die Patienten.