Role of Serine Protease Hepsin in Breast Cancer

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7110-8
Title: Role of Serine Protease Hepsin in Breast Cancer
Author: Pant, Shishir Mani
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Medicine, Research Programs Unit
Doctoral Programme in Biomedicine
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021-02-18
Language: en
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-7110-8
http://hdl.handle.net/10138/325428
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Loss of epithelial integrity is a common phenomenon in all advanced solid tumors and this cellular event importantly facilitates tumor cell proliferation, invasion, and metastasis. In breast cancer, for example, cancer cells have to overcome cell-cell and cell-matrix junction-enforced epithelial barriers to progress from ductal carcinoma in situ, to invasive ductal carcinoma, and to ultimately form metastasis. Oncogene-driven deregulation of pericellular proteolysis along with growth factor-mediated transcriptional switch to epithelial-to-mesenchymal gene expression assist cancer cells to overcome epithelial integrity-mediated tumor suppression. Historically, overactive matrix metalloproteinases have been considered as the main protease mediators of epithelial integrity loss. However, recent evidence also suggests the involvement of serine proteases in this process. The aim of this Ph.D. thesis was to determine the role of the serine protease hepsin in breast cancer progression. Hepsin is a type II transmembrane serine protease upregulated in 90% of prostate cancer and frequently overexpressed in breast, cervical, ovarian, gastric, endometrial, and renal cell carcinomas. Despite several studies reporting hepsin upregulation in breast cancer, its role in breast tumorigenesis has been largely unknown. We found hepsin protein levels upregulated in all main subtypes of breast cancer, with the highest overexpression (60%) in triple-negative breast cancer. When combined with Myc oncogene, hepsin overexpression promoted tumor growth and reduced survival in the breast cancer mouse model. Mechanistically, hepsin overexpression activated the HGF-mediated MET pathway and induced loss of cell-cell and cell-matrix cohesion. We also found that the Ras-Raf-MEK pathway upregulates and activates heat shock factor 1 (HSF1) to stabilize hepsin protein. Furthermore, we found that hepsin is involved in deregulating epithelial integrity downstream of Ras, which can be blocked by inhibiting hepsin protease activity. Finally, we developed a small molecule inhibitor as a chemical probe to study hepsin biology. Using an integrated design, synthesis, and screening platform we managed to improve the potency of our initial hit towards hepsin from 1 μM to 22 nM and specificity over uPA from 30-fold to >600 fold. To summarize, the studies compiled in this dissertation validated hepsin upregulation in breast cancer, demonstrated that hepsin overexpression promotes mammary tumorigenesis, identified loss of epithelial integrity and HGF/MET pathway activation as potential oncogenic alterations associated with hepsin overexpression, identified a role for Ras-Raf-MEK-HSF1 pathway in hepsin upregulation, and developed hepsin specific small molecule inhibitor as a molecular tool to study hepsin biology.Epiteelikudoksen rakenteen hajoaminen esiintyy kaikissa pitkälle edenneissä kiinteissä kasvaimissa, mikä edesauttaa syöpäsolujen proliferaatiota, invaasiota ja metastasointia. Esimerkiksi rintasyövässä syöpäsolujen täytyy kyetä irrottautumaan solujen keskinäisistä ja solujen ja tyvikalvon välisistä liitoksista edetäkseen rintasyövän esiasteesta invasiiviseksi duktaalikarsinoomaksi ja lopulta metastasoivaksi rintasyöväksi. Onkogeenit aiheuttavat solujen ulkopinnan proteaasien liiallista aktiivisuutta ja näillä mekanismeilla on vahva yhteys epiteelirakenteen hajoamiseen syövän kehittymisen yhteydessä. Esimerkiksi matriksimetalloproteinaaseilla on perinteisesti ajateltu olevan tärkeä rooli epiteelirakenteen säätelyssä ja sen syövän yhteydessä tapahtuvassa hajoamisessa. Viimeaikainen tutkimus on myös viitannut seriiniproteaasien tärkeään rooliin tässä prosessissa. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli selvittää seriiniproteaasi hepsiinin roolia rintasyövän invaasioprosessin kehittymisessä. Hepsiini on tyypin II transmembraaniseriiniproteaasi, joka on yliekspressoitunut 90 %:ssa eturauhassyövistä ja usein yliekspressoitunut rinnan, kohdunkaulan, munasarjan, mahan, kohdun limakalvon ja munuaisen syövissä. Useissa tutkimuksissa on raportoitu hepsiinin yliekspressio myös rintasyövässä, mutta hepsiinin roolista rintasyövän synnyssä tiedetään hyvin vähän. Havaitsimme hepsiinin proteiinitasojen olevan koholla kaikissa rintasyövän päätyypeissä ja yleisimmin (60%) kolmoisnegatiivisessa rintasyövässä. Aggressiivisen rintasyövän hiirimallissa hepsiinin yliekspressio yhdessä Myconkogeenin kanssa edisti tuumorikasvua ja vähensi elossa olevien hiirten määrää annettuna ajankohtana. Soluissa hepsiinin yliekspressio aktivoi HGF-välitteisen MET-reitin ja sai aikaan sekä solujen välisten että solujen ja soluväliaineen välisten sidosten häviämisen. Tutkimuksessa selvitettiin myös hepsiinin yliaktiivisuuden taustalla olevia mekanismeja ja havaitsimme Ras-Raf-MEK-reitin nostavan lämpöshokkitekijä 1:n (HSF1) tasoja ja aktivoivan sitä kautta hepsiinin. Kehitimme tutkimuksessa myös kemiallisia pienimolekyyli-inhibiittoreita, joilla mallinnettiin hepsiinin lääkkeellistä estoa. Yhdistämällä koneoppimisen menetelmiä lääkeaihioiden suunnittelussa ja synteesissä, onnistuimme kehittämään voimakkaasti hepsiiniin sitoutuvia ja sen toimintaa estäviä yhdisteitä. Tässä väitöskirjassa esitetyt tutkimukset osoittavat hepsiinin proteiini- ja aktiivisuustasojen olevan voimakkaasti koholla rintasyövässä ja tutkimuksessa myös löydettiin uusia mekanismeja ja solureittejä, jotka aiheuttavat hepsiinin yliaktiivisuuden rintasyövässä. Tutkimus viittaa vahvasti siihen, että hepsiinillä on keskeinen rooli rintasyövän kehittymisessä, etenkin syövän kehittyessä hyvänlaatuisesta rintasyövästä pahanlaatuiseksi levinneeksi rintasyöväksi.
Subject: cancer biology
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
pant_shishir_mani_dissertation_2021 (2).pdf 11.39Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record