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Rapid Genetic Analysis of Epithelial-Mesenchymal Signaling During Hair Regeneration

Hair follicle morphogenesis, a complex process requiring interaction between epithelia-derived keratinocytes and the underlying mesenchyme, is an ...

Sonic hedgehog (Shh) signaling plays a critical role during development and carcinogenesis. While Gli family members govern the transcriptional output of Shh signaling, little is known how Gli-mediated transcriptional activity is regulated. Here we identify the actin-binding protein Missing in Metastasis (MIM) as a new Shh-responsive gene. Together, Gli1 and MIM recapitulate Shh-mediated epidermal proliferation and invasion in regenerated human skin. MIM is part of a Gli/Suppressor of Fused complex and potentiates Gli-dependent transcription using domains distinct from those used for monomeric actin binding. These data define MIM as both a Shh-responsive gene and a new member of the pathway that modulates Gli responses during growth and tumorigenesis.

MIM/BEG4, a Sonic hedgehog-responsive gene that potentiates Gli-dependent transcription.

Sonic Hedgehog (Shh) Signalisierung spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Karzinogenese. Gli Familienmitglieder die transkriptionelle Ausgabe Shh signalisieren regieren, zwar wenig bekannter wie Gli-vermittelte transkriptionelle Aktivit&auml;t reguliert wird. Hier erkennen wir das Aktin-verbindliches Protein fehlt in Metastasierung (MIM) als neue Shh-responsive gen. Gemeinsam rekapitulieren Gli1 und MIM Shh-vermittelte epidermale Proliferation und Invasion im regenerierten menschliche Haut. MIM ist Teil eines Gli/Suppressor Fused komplex und Spurenelement Gli-abh&auml;ngige Transkription mit Hilfe von Dom&auml;nen, die sich von denen f&uuml;r Monomer Aktin-Bindung. Diese Daten definieren MIM als Shh-responsive Gene und ein neues Mitglied des Weges, die Gli Antworten w&auml;hrend Wachstum und Tumorigenese moduliert.

MIM/BEG4, ein Sonic Igel-responsive-gen, das Spurenelement Gli-abh&auml;ngige Transkription.

Although tissue microenvironments play critical roles in epithelial development and tumorigenesis, the factors mediating these effects are poorly understood. In this work, we used a genomic approach to identify factors produced by cells in the microenvironment of basal cell carcinoma (BCC) of the skin, one of the most common human cancers. The global gene expression programs of stromal cell cultures derived from human BCCs showed consistent, systematic differences from those derived from nontumor skin. The gene most consistently expressed at a higher level in BCC tumor stromal cells compared with those from nontumor skin was GREMLIN 1, which encodes a secreted antagonist of the bone morphogenetic protein (BMP) pathway. BMPs and their antagonists are known to play a crucial role in stem and progenitor cell biology as regulators of the balance between expansion and differentiation. Consistent with the hypothesis that BMP antagonists might have a similar role in cancer, we found GREMLIN 1 expression in the stroma of human BCC tumors but not in normal skin in vivo. Furthermore, BMP 2 and 4 are expressed by BCC cells. Ex vivo, BMP inhibits, and Gremlin 1 promotes, proliferation of cultured BCC cells. We further found that GREMLIN 1 is expressed by stromal cells in many carcinomas but not in the corresponding normal tissue counterparts that we examined. Our data suggest that BMP antagonists may be important constituents of tumor stroma, providing a favorable microenvironment for cancer cell survival and expansion in many cancers.

Bone morphogenetic protein antagonist gremlin 1 is widely expressed by cancer-associated stromal cells and can promote tumor cell proliferation.

Obgleich Gewebe Mikroumgebungen kritische Rollen in epithelialen Entwicklung und Tumorentstehung spielen, sind die Faktoren, die Vermittlung dieser Effekte oft missverstanden. In dieser Arbeit haben wir einen genomischen Ansatz verwendet, produzierte von Zellen in der Mikroumgebung von Basalzellkarzinom (BCC) der Haut, eine der am h&auml;ufigsten menschlichen Krebsarten Faktoren identifizieren. Die globale Gen-Ausdruck-Programme stromal Zellkulturen von menschlichen Bcc zeigten konsistente, systematische Unterschiede von abgeleitet Nontumor Haut abgeleitet. Das Gen, die am konsequentesten auf einer h&ouml;heren Ebene in BCC stromal Tumorzellen im Vergleich zu denen von Nontumor Haut ausgedr&uuml;ckt war GREMLIN 1, das ein sezernierte Antagonist des Signalweges Bone morphogenetic Proteins (BMP) codiert. BMP und ihre Antagonisten sind bekannterma&szlig;en eine entscheidende Rolle in der Stamm- und Vorl&auml;uferzellen Zellbiologie als Regulatoren des Gleichgewichts zwischen Erweiterung und Differenzierung zu spielen. Einklang mit der Hypothese, dass BMP-Antagonisten m&ouml;glicherweise eine &auml;hnliche Rolle im Krebs, fanden wir GREMLIN 1 Ausdruck in das Stroma von menschlichen BCC Tumoren aber nicht in normale Haut in-vivo. Dar&uuml;ber hinaus werden BMP-2 und 4 von BCC Zellen ausgedr&uuml;ckt. Ex-Vivo BMP hemmt, und Gremlin 1 f&ouml;rdert, die Verbreitung der BCC Kulturzellen. Wir fanden weiter, dass GREMLIN 1 ausgedr&uuml;ckt wird, durch die stromal Zellen in vielen Karzinome aber nicht in die entsprechenden normalen Gewebe-Entsprechungen, die wir untersucht. Unsere Daten zeigen, dass BMP-Antagonisten m&ouml;glicherweise wichtige Bestandteile der Tumor-Stroma, Krebs Zelle &uuml;berleben und Expansion in vielen Krebsarten eine g&uuml;nstige Mikromilieu vorsieht.

Knochen morphogenetische Protein Antagonist Gremlin 1 &auml;u&szlig;ert sich allgemein durch Krebs-assoziierte stromal Zellen und Tumor-Zell-Proliferationen f&ouml;rdern kann.

During hair follicle morphogenesis, dermal papillae (DPs) function as mesenchymal signaling centers that cross-talk with overlying epithelium to regulate morphogenesis. While the DP regulates hair follicle formation, relatively little is known about the molecular basis of DP formation. The morphogen Sonic hedgehog (Shh) is known for regulating hair follicle epithelial growth, with excessive signaling resulting in basal cell carcinomas. Here, we investigate how dermal-specific Shh signaling contributes to DP formation and hair growth. Using a Cre-lox genetic model and RNAi in hair follicle reconstitution assays, we demonstrate that dermal Smoothened (Smo) loss of function results in the loss of the DP precursor, the dermal condensate, and a stage 2 hair follicle arrest phenotype reminiscent of Shh(-/-) skin. Surprisingly, dermal Smo does not regulate cell survival or epithelial proliferation. Rather, molecular screening and immunostaining studies reveal that dermal Shh signaling controls the expression of a subset of DP-specific signature genes. Using a hairpin/cDNA lentiviral system, we show that overexpression of the Shh-dependent gene Noggin, but not Sox2 or Sox18, can partially rescue the dermal Smo knockdown hair follicle phenotype by increasing the expression of epithelial Shh. Our findings suggest that dermal Shh signaling regulates specific DP signatures to maintain DP maturation while maintaining a reciprocal Shh-Noggin signaling loop to drive hair follicle morphogenesis.

Shh maintains dermal papilla identity and hair morphogenesis via a Noggin-Shh regulatory loop.

Funktionieren w&auml;hrend Haarfollikel Morphogenese dermale Papillen (DPs) als Mesenchymale Signalling-Zentren, die Nebensprechen mit dar&uuml;ber liegende Epithel Morphogenese regulieren. W&auml;hrend der DP Haarfollikel Bildung regelt, ist relativ wenig bekannt &uuml;ber die molekulare Grundlage der DP-Formation. Morphogen Sonic Hedgehog (Shh) ist bekannt f&uuml;r die Regulierung der Haarfollikel epitheliale Wachstum mit &uuml;berm&auml;&szlig;igen Signalling was Basalzell-Karzinome. Hier untersuchen wir, wie dermal-spezifische Shh Signalisierung zur DP-Formation und Haar-Wachstum beitr&auml;gt. Verwenden eine Cre-Lox genetischen Modell und RNAi in Haarfollikel Rekonstitution Proben, demonstrieren wir dermal gegl&auml;ttet (Smo) Verlust der Ergebnisse der Funktion in den Verlust der DP-Vorl&auml;ufer, das dermal Kondensat und eine Stufe 2 Haarfollikel Verhaftung Ph&auml;notyp erinnert an Shh(-/-) Haut. Dermale Smo Regeln &uuml;berraschend nicht epitheliale Verbreitung oder Zelle &uuml;berleben. Molekulare Screening und Paraffinschnitten Studien zufolge vielmehr dermal Shh Signalisierung den Ausdruck einer Teilmenge von DP-spezifische Signatur Gene steuert. Mit einer Haarnadel/cDNA Lentivirale System, wir zeigen, dass eine &Uuml;berexpression des Gens Shh-abh&auml;ngige Noggin, aber nicht Sox2 oder Sox18, kann teilweise die dermale Smo Niederschlag Haarfollikel Ph&auml;notyp retten durch Erh&ouml;hung des Ausdrucks der epithelialen Shh. Unsere Einsch&auml;tzungen zufolge dermal Shh Signalisierung bestimmte DP-Signaturen festzuhalten, DP-Reifung und gleichzeitig eine wechselseitige Shh-Noggin-Signalling-Schleife um Haarfollikel Morphogenese fahren regelt.

Article	Year
MIM/BEG4, a Sonic hedgehog-responsive gene that potentiates Gli-dependent transcription. Genes & development\| PubMed ID: 15545630	2004
Bone morphogenetic protein antagonist gremlin 1 is widely expressed by cancer-associated stromal cells and can promote tumor cell proliferation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America\| PubMed ID: 17003113	2006
Shh maintains dermal papilla identity and hair morphogenesis via a Noggin-Shh regulatory loop. Genes & development\| PubMed ID: 22661232	2012

Hanson H. Zhen

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