Mammalian Hippo signaling pathway has been implicated in development of solid tumors, such as hepatocellular carcinoma. Even though Mst1, the core component of the Hippo signaling pathway, is most highly expressed in hematopoietic cells, whether it suppresses tumorigenesis in blood lineage cells is unknown. Herein, I demonstrate that loss of Mst1 promotes both chemically and genetically induced lymphoma development by inducing chromosomal instability. Mst1-/- mice were more susceptible to development of ENU-induced T-cell acute lymphoblastic leukemia. Pre-transformed Mst1-/- thymocytes did not show any alterations in proliferation or apoptosis in vitro and in vivo. Notably, immunofluorescence staining and karyotype analyses revealed that Mst1-/- lymphocytes displayed elevated levels of abnormal mitotic chromosomes (misaligned or lagging) and aneuploidy, likely promoting tumorigenesis. Furthermore, Mst1 deficient mice showed accelerated spontaneous lymphoma formation in p53-null background accompanied by severe aneuploidy. Consistent with these results from mice, microarray data showed that MST1 expression was downregulated in various human lymphoma and leukemia samples. These data reveal a new tumor suppressive mechanism of Mst1, in which Mst1 prevents chromosomal instability at least in lymphocytes.
In addition to increased susceptibility to tumor development, Mst1-/- mice exhibit dramatic lymphopenia in peripheral blood and secondary lymphoid organs (SLOs). Lymphopenia in lymph nodes was explained by the fact that Mst1-/- lymphocytes do not firmly attach to blood vessels of lymph nodes. More precisely, LFA-1 integrin activation (clustering) was impaired in the absence of Mst1 in T or B lymphocytes. However, lymphopenia in spleen could not be explained by the same mechanism, since it does not depend on integrin-mediated attachment. On the other hand, reduction in peripheral blood T cells was thought to be caused by increased apoptosis and/or defect in thymic egress. Thymic egress, in which newly differentiated T cells exit the thymus into the blood, is known to be associated with a delicate regulation of actin cytoskeletons. The regulation of actin cytoskeleton holds an important position not only in thymic egress, but also in trafficking to spleen, as well as full-activation of integrins. Thus, it is quite reasonable to investigate whether Mst1/2 can regulate actin cytoskeleton dynamics in lymphocytes.
Thymic seeding refers to a process in which early T-lineage progenitors (ETPs) generated in bone marrow enter thymus. Many researchers have thought that thymic seeding process uses similar mechanisms to thymic egress, and SLO trafficking. Herein, I demonstrate that Mst1 and Mst2, in together, are crucial for efficient thymic seeding in mice. Mst1-/- mice had marginally decreased number of ETPs in their thymus, while Mst2-/- mice had similar number compared to wild-type mice. However, Mst1/2 double knockout (DKO) mice showed dramatic reduction in the ETP number. Furthermore, adoptive transfer experiments revealed that DKO bone marrow cells are intrinsically defective in thymic seeding process. On the other hand, a preliminary experiment showed that Mst1-/- splenic CD4+ T cells were impaired in the formation of actin filaments upon chemokine stimulation. Thus, it will be the next step to examine whether actin cytoskeleton dynamics are altered in thymic seeding cells of DKO mice, and contributes to the defect in thymic seeding.
초파리 모델시스템에서 처음 규명된 Hippo신호전달경로는 비척추동물부터 포유동물에 이르기까지 진화적으로 잘 보존된 신호전달회로이다. 포유류의 Hippo신호전달경로는 간세포암을 비롯한 고형암의 발생을 억제하는데 관여하고 있다. Hippo신호전달경로에 포함되는 Mst1 단백질은 다양한 조직 중 혈액세포에서 가장 높은 발현량을 보임에도 불구하고, 혈액종양의 발생에 관여하는지에 대해서는 알려져 있지 않다. 본 연구의 첫 파트에서는 생쥐의 Mst1유전자 결손이 돌연변이원 또는 유전자 조작에 의한 림프종 발생을 촉진시킬 수 있음을 보여준다. 또한 Mst1 결손에 의해 종양형성이 촉진되는 원인으로 염색체불안정성의 유발을 제시하였다. Mst1-/- 마우스는 ENU라는 돌연변이원을 주입하였을 때 급성T림프구백혈병의 발생이 증가하였다. 이러한 현상의 원인을 밝히기 위해 종양이 발생하기 전 Mst1-/- 마우스의 흉선세포를 조사하였을 때, 세포분열이나 세포사멸 정도는 정상 마우스의 세포에 비해 큰 차이를 보이지 않았다. 하지만 면역염색과 핵형분석 결과, Mst1-/- 림프구 세포는 염색체불안정성과 함께 이수성 세포의 증가를 보였다. 따라서 Mst1 유전자의 결손은 이수성 세포의 증가를 유도함으로써 종양형성에 기여할 수 있음을 밝혔다. 또한 이수성 세포의 분열을 억제한다고 알려진 p53 유전자를 제거한 마우스에서, 추가적인 Mst1의 결손은 자발적인 림프종의 발생을 촉진시켰다. 이러한 동물실험을 통해 확인한 사실과 사람에서의 림프종/림프구성백혈병의 발생원인의 관련성을 찾기 위해 림프종/림프구성백혈병 샘플에서 MST1의 발현량을 조사하였다. 그 결과 림프구백혈병 및 다양한 림프종 샘플에서 MST1의 발현이 감소되어 있었다. 이러한 결과는 MST1 유전자의 발현 감소가 림프구 세포에서 염색체불안정성을 유발함으로써 림프종 및 림프구성백혈성의 발생 또는 진행에 기여할 수 있음을 시사한다.
Mst1-/- 마우스는 림프구 종양에 대한 감수성과 더불어 말초혈액과 림프절에서 심각한 림프구감소증을 보인다. 이러한 현상은 Mst1이 없을 때 혈액을 통해 이동한 림프구가 림프절로 들어가는 과정에 문제가 있기 때문인 것으로 알려졌다. 이러한 이상을 초래한 분자적 기작은 흉선파종과정에도 관여할 수 있다. 흉선파종이란 ETP로 불리는 미분화된 간세포가 골수에서 나와 흉선으로 이동하는 과정으로, 분화된 림프구의 이동과 유사한 기작을 이용한다는 것이 알려지고 있다. 이 연구의 두 번째 파트에서는 흉선파종에 대한 Mst1과 Mst2 유전자의 기능을 조사하였다. Mst1-/- 또는 Mst2-/- 마우스의 흉선에 존재하는 ETP 간세포는 정상 마우스에 비해 큰 차이가 없었으나, Mst1/2-/- 마우스의 흉선에서는 크게 감소되어 있었다. 반면, Mst1/2-/- 마우스의 골수 내에 존재하는 ETP 간세포의 수에는 차이가 없는 것으로 보아, ETP 간세포의 생성과정에는 이상이 없었다. ETP 간세포가 포함된 골수이식 실험을 통하여 Mst1/2-/- ETP 간세포의 흉선파종능력이 약화된 것을 확인하였다. 한편, Mst1-/- CD4+ T 세포는 케모카인 자극에 의한 액틴섬유 형성능력이 감소되어 있었다. 케모카인에 의한 액틴섬유의 형성이 인테그린의 활성화 및 림프구 세포의 이동에 중요하다는 점으로 볼 때, ETP 간세포에서 Mst1/2 유전자가 액틴섬유형성에 관여하는지를 조사하는 것은 앞으로 중요한 과제가 될 것이다.
