The switch between stem/progenitor cell expansion and differentiation is critical for organ homeostasis and may be a viable target for cancer therapeutics. The mammalian Hippo pathway effector oncoprotein YAP (Yes-Associated Protein) is a transcription coactivator known to expand undifferentiated stem/progenitor cells in various tissues. While several upstream cues, collectively constituting the Hippo pathway, have been shown to regulate YAP activity, the YAP associating transcription factors and YAP downstream targets underlying the stemness-promoting activity are poorly understood. In my doctoral research, I searched for a novel transcription target of YAP by employing tamoxifen inducing form of YAP. I found that the immediate target genes of YAP included many mammary stem cell (MaSC) signature genes, and YAP can indeed induce MaSC-like property in mammary epithelial cell line, MCF-10A. I also demonstrate that SRF (serum response factor) associates with YAP and recruits it to the promoters of multiple mammary stem cell (MaSC) signature genes, including IL6 (interleukin 6), DLL1 (delta-like 1), ETS1 (v-ets avian erythroblastosis virus E26 oncogene homolog 1). Among these, IL6 was identified as a prime target of SRF-YAP that is essential for endowment of MaSC-like properties. Specifically, I found that inactivation of either SRF or IL6 decreased the competence of cells to form self-renewable mammospheres, whereas inactivation of YAP’s previously known TEAD and CTGF-mediated oncogenic pathway failed to reverse the promotion of stem-like properties by YAP. Extending my findings to breast cancer, I showed that SRF and YAP/TAZ expression are correlated with stem cell-like, basal-like breast cancer (BLBC) with high IL6 expression. Finally, I show that high SRF expression in BLBC enables YAP to more efficiently induce IL6 and stemness compared to luminal type breast cancer. Collectively, my results establish the importance of SRF-YAP-IL6 signaling in promoting mammary stem cell-like properties in mammary epithelial cells and breast cancer.
I was also intrigued by the fact that TEAD-YAP and SRF are both regulated by similar subset of extracellular stimuli including serum treatment and actomyosin tension. Analogous to YAP for TEAD, MRTF (Myocardin Related Transcription Factor) shuttles from cytoplasm to nucleus to translate extracellular physical and chemi-cal stimuli to activity of its partner transcription factor SRF. Therefore, I examined for possible crosstalk be-tween TEAD-YAP and MRTF-SRF pathway. Surprisingly, I found that MRTF is a strong activator of TEAD transcription factor and it is required for full TEAD-YAP activity. Further, I demonstrate that MRTF directly binds YAP via WW domain-PPXY motif interaction. This interaction between YAP and MRTF is critical for YAP target gene expression.
In conclusion, I found a novel signaling pathway downstream of YAP involving SRF. SRF and YAP bind to induce specific subset of target genes involved in MaSC-like property, among which IL6 is critical. I also deline-ate the functional crosstalk between TEAD-YAP and SRF-MRTF pathway by showing that MRTF is a critical mediator of functional TEAD-YAP complex. Considering that the both transcription machinery is critical medi-ator translating extracellular physical and chemical cue to cellular physiology, I suggest that the two mecha-nisms may work cooperatively to induce stemness under supportive niche.
줄기세포 및 전구세포의 분열 및 분화는 조직의 항상성에 중요하며, 그 신호전달계의 연구를 통해 암 치료를 위한 타겟유전자 발굴이 가능하다. 최근 알려진 Hippo 신호전달회로의 하위 유전자 YAP (Yes Associated Protein)은 전사 공동인자로, 여러 조직에서 과발현되었을 때 미분화된 줄기 및 전구세포를 증식시킨다고 알려져 있다. 여기에서 YAP의 활성을 조절하는 상위유전자는 많이 알려져 있지만, YAP이 줄기 및 전구세포를 증식시키는 데에 있어 필요한 하위유전자는 비교적 잘 알려지지 않았다. 본 연구에서 본인은 SRF (Serum Response Factor)가 YAP과 결합하여 YAP을 IL6 (interleukin 6), DLL1 (Delta-Like 1), ETS1 (v-ets avian erythroblastosis virus E26 oncogene homolog 1) 등과 같은 유선줄기세포 특이적 유전자 프로모터로 이동시킴을 발견하였다. 이 중, IL6가 SRF-YAP의 가장 중요한 타겟유전자로서, 유선 줄기세포의 생성에 중요한 역할을 함을 확인하였다. 특히, SRF나 IL6를 RNA 간섭을 통해 발현을 줄였을 때, YAP에 의해 생성된 mammosphere의 생성이 감소하는 데에 비해, 이전까지 가장 잘 알려진 YAP의 하위 발암유전자인 TEAD-CTGF의 RNA 간섭은 mammosphere 생성 저하에 효과가 없음을 확인하였다. 이와 유사하게, 유방암에서 SRF-YAP/TAZ의 발현이 유선줄기세포와 유사하고, IL6의 발현량이 높은 basal-like breast cancer (BLBC) 에서 높게 나타남을 확인하였다. 마지막으로 BLBC에서 SRF의 발현량이 높음으로 인해 YAP이 암세포에 좀더 효율적으로 IL6를 증가시키고, 유선줄기세포와 유사한 세포 성질을 가지게 함을 확인하였다. 이를 통해, SRF-YAP-IL6가 유선줄기세포와 유방암에서 유선줄기세포의 성질을 부여하는데에 중요한 역할을 함을 확인하였다.
또한 본인은 TEAD-YAP과 SRF가 모두 혈청이나 세포골격의 장력과 같은 유사한 세포 외부 자극에 의해 조절받음에 주목하였다. YAP이 TEAD를 활성화시키는 것과 유사하게, MRTF (Myocardin Related Transcription Factor) 도 세포 외부의 물리적, 화학적 자극에 의해 핵 안과 밖으로 움직여 SRF를 활성화 시키는 것으로 알려져 있다. 따라서 본인은 TEAD-YAP과 SRF-MRTF간의 기능적 상호작용을 관찰하였다. 그 결과 MRTF가 TEAD 전사인자의 활성을 높일 수 있으며, TEAD-YAP의 최대 활성에 도달하는데에 필요함을 확인하였다. 또한 MRTF가 YAP과 WW domain-PPXY motif 를 통해 직접 결합함을 확인하였다. 이 두 단백질의 결합은 YAP의 타겟유전자 발현에 필수적임을 확인하였다.
결론으로, 본인은 YAP의 하위유전자로서 SRF를 발견하였다. SRF와 YAP은 유선줄기세포의 성질을 부여하는 여러 유전자의 프로모터에 결합하며, 이 유전자들 중 IL6가 유선줄기세포 성질의 부여에 가장 중요함을 확인하였다. 또한 본인은 MRTF가 TEAD-YAP 전사복합체의 기능에 필수적임을 보임으로서, TEAD-YAP과 SRF-MRTF의 기능적 상호작용을 규명하였다. 이 두 전사복합체가 모두 세포외부의 물리적, 화학적 신호를 세포 내부 생리의 변화로 변환시키는 역할을 함을 고려하였을 때, 이들이 협동적으로 적절한 미세환경에서 세포의 줄기세포로서의 성질을 유지해주는 역할을 할 것으로 생각한다.
