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Introduction: Defects in the DNA mismatch repair (MMR) protein MLH1 are frequently observed in sporadic and hereditary colorectal cancers (CRC). Affected tumors generate much less metastatic potential than the MLH1 proficient forms. Although MLH1 has been shown to be not only involved in postreplicative MMR but also in several MMR independent processes like cytoskeletal organization, the connection between MLH1 and metastasis remains unclear. We recently identified non-erythroid spectrin αII (SPTAN1), a scaffolding protein involved in cell adhesion and motility, to interact with MLH1. In the current study, the interaction of MLH1 and SPTAN1 and its potential consequences for CRC metastasis was evaluated.
Methods: Nine cancer cell lines as well as fresh and paraffin embedded colon cancer tissue from 12 patients were used in gene expression studies of SPTAN1 and MLH1. Co-expression of SPTAN1 and MLH1 was analyzed by siRNA knock down of MLH1 in HeLa, HEK293, MLH1 positive HCT116, SW480 and LoVo cells. Effects on cellular motility were determined in MLH1 deficient HCT116 and MLH1 deficient HEK293T compared to their MLH1 proficient sister cells, respectively.
Results: MLH1 deficiency is clearly associated with SPTAN1 reduction. Moreover, siRNA knock down of MLH1 decreased the mRNA level of SPTAN1 in HeLa, HEK293 as well as in MLH1 positive HCT116 cells, which indicates a co-expression of SPTAN1 by MLH1. In addition, cellular motility of MLH1 deficient HCT116 and MLH1 deficient HEK293T cells was impaired compared to the MLH1 proficient sister clones. Consequently, overexpression of SPTAN1 increased migration of MLH1 deficient cells while knock down of SPTAN1 decreased cellular mobility of MLH1 proficient cells, indicating SPTAN1-dependent migration ability.
Conclusions: These data suggest that SPTAN1 levels decreased in concordance with MLH1 reduction and impaired cellular mobility in MLH1 deficient colon cancer cells. Therefore, aggressiveness of MLH1-positive CRC might be related to SPTAN1.
Neben ihrer Rolle in der DNA Mismatch Reparatur wird eine Beteiligung von MMR Proteinen an der Apoptoseinduktion, der Antikörperbildung sowie an der Mitose und Meiose beschrieben. Untersuchungen zu Partnerproteinen des MMR Proteins MLH1 zeigten darüber hinaus eine Interaktion von MLH1 zu einigen Zytoskelett-assoziierten Proteinen. In der vorliegenden Arbeit sollte der Zusammenhang von MLH1 und nicht-erythroidem Spectrin alpha II (SPTAN1) auf Proteinebene untersucht und eine mögliche Beteiligung von SPTAN1 am DNA Mismatch Reparaturprozess mittels eines in vitro MMR-Assays analysiert werden. Die vergleichenden in vitro Analysen der MLH1 und SPTAN1 Expression erfolgten in fünf verschiedenen MLH1-profizienten und zwei MLH1-defizienten Zelllinien. Zudem wurde in vivo die Expression von MLH1 und SPTAN1 exemplarisch am Beispiel eines sporadischen sowie eines MLH1-defizienten Kolonkarzinomgewebes und des jeweils zugehörigen Normalgewebes durchgeführt. Im MMR-Assay wurden Kernextrakte aus HEK293T Zellen eingesetzte, in denen MLH1 und PMS2 bzw. MLH1, PMS2 sowie SPTAN1 überexprimiert wurde oder solche in denen die SPTAN1 Menge durch siRNA Behandlung zuvor reduziert worden war. Während die Untersuchungen hinsichtlich einer Beteiligung von SPTAN1 an der DNA Mismatch Reparatur keine eindeutigen Ergebnisse erbrachten, zeigten die Analysen der Expression von MLH1 und SPTAN1 interessanterweise sowohl in vitro als auch in vivo, dass die Proteinkonzentration von SPTAN1 bei MLH1-Profizienz deutlich höher war, als bei MLH1-Defizienz. Da SPTAN1 ein überaus wichtiges, filamentöses Gerüstprotein darstellt, an der Aktin-Vernetzung und der Stabilisierung der Plasmamembran beteiligt und mitverantwortlich für Organisation der intrazellulären Organellen ist, könnten die Expressions-unterschiede in MLH1-defizienten und MLH1-profizienten Zellen für die Progression und das Metastasierungsverhalten entsprechender Kolontumore eine wichtige Rolle spielen. Weiterführende Untersuchungen, die im Anschluss an diese Arbeit hinsichtlich des Einflusses der SPTAN1 Menge auf das Migrationsverhalten entsprechender Zellen durchgeführt wurden, zeigen, dass MLH1-defiziente Zellen SPTAN1 abhängig weniger stark migrieren, als die MLH1-profizienten Vergleichszellen. Möglicherweise ist die MLH1 abhängige Expression von SPTAN1 Grund dafür, dass Kolontumoren mit MLH1-Defizienz signifikant weniger zur Metastasierung neigen, als sporadische Kolonkarzinome, die MLH1 exprimieren. Ob dies wirklich zutrifft muss allerdings durch weitere nachfolgende Experimente noch weiter untersucht werden.