Nuclear translocation and signalling of L1-CAM in human carcinoma cells requires ADAM10 and presenilin/gamma-secretase activity

L1-CAM (L1 cell-adhesion molecule), or more simply L1, plays an important role in the progression of human carcinoma. Overexpression promotes tumour-cell invasion and motility, growth in nude mice and tumour metastasis. It is feasible that L1-dependent signalling contributes to these effects. However, little is known about its mechanism in tumour cells. We reported previously that L1 is cleaved by ADAM (a disintegrin and metalloprotease) and that the cytoplasmic part is essential for L1 function. Here we analysed more closely the role of proteolytic cleavage in L1-mediated nuclear signalling. Using OVMz carcinoma cells and L1-transfected cells as a model, we found that ADAM10-mediated cleavage of L1 proceeds in lipid raft and non-raft domains. The cleavage product, L1-32, is further processed by PS (presenilin)/gamma-secretase to release L1-ICD, an L1 intracellular domain of 28 kDa. Overexpression of dominantnegative PS1 or use of a specific gamma-secretase inhibitor leads to an accumulation of L1-32. Fluorescence and biochemical analysis revealed a nuclear localization for L1-ICD. Moreover, inhibition of ADAM10 and/or gamma-secretase blocks nuclear translocation of L1-ICD and L1-dependent gene regulation. Overexpression of recombinant L1-ICD mediates gene regulation in a similar manner to full-length L1. Our results establish for the first time that regulated proteolytic processing by ADAM10 and PS/gamma-secretase is essential for the nuclear signalling of L1 in human carcinoma cell lines. Key words: a disintegrin and metalloprotease 10 (ADAM10), L1 cell-adhesion molecule (L1-CAM), nuclear translocation, presenilin (PS)/gamma-secretase activity, raft, signalling

Nuclear translocation and signalling of L1-CAM in human carcinoma cells requires ADAM10 and presenilin/γ-secretase activity

L1-CAM (L1 cell-adhesion molecule), or more simply L1, plays an important role in the progression of human carcinoma. Overexpression promotes tumour-cell invasion and motility, growth in nude mice and tumour metastasis. It is feasible that L1-dependent signalling contributes to these effects. However, little is known about its mechanism in tumour cells. We reported previously that L1 is cleaved by ADAM (a disintegrin and metalloprotease) and that the cytoplasmic part is essential for L1 function. Here we analysed more closely the role of proteolytic cleavage in L1-mediated nuclear signalling. Using OVMz carcinoma cells and L1-transfected cells as a model, we found that ADAM10-mediated cleavage of L1 proceeds in lipid raft and non-raft domains. The cleavage product, L1-32, is further processed by PS (presenilin)/γ-secretase to release L1-ICD, an L1 intracellular domain of 28 kDa. Overexpression of dominant-negative PS1 or use of a specific γ-secretase inhibitor leads to an accumulation of L1-32. Fluorescence and biochemical analysis revealed a nuclear localization for L1-ICD. Moreover, inhibition of ADAM10 and/or γ-secretase blocks nuclear translocation of L1-ICD and L1-dependent gene regulation. Overexpression of recombinant L1-ICD mediates gene regulation in a similar manner to full-length L1. Our results establish for the first time that regulated proteolytic processing by ADAM10 and PS/γ-secretase is essential for the nuclear signalling of L1 in human carcinoma cell lines

Ectodomain shedding of L1 adhesion molecule promotes cell migration by autocrine binding to integrins

The L1 adhesion molecule plays an important role in axon guidance and cell migration in the nervous system. L1 is also expressed by many human carcinomas. In addition to cell surface expression, the L1 ectodomain can be released by a metalloproteinase, but the biological function of this process is unknown. Here we demonstrate that membrane-proximal cleavage of L1 can be detected in tumors and in the developing mouse brain. The shedding of L1 involved a disintegrin and metalloproteinase (ADAM)10, as transfection with dominant-negative ADAM10 completely abolishes L1 release. L1-transfected CHO cells (L1-CHO) showed enhanced haptotactic migration on fibronectin and laminin, which was blocked by antibodies to αvβ5 and L1. Migration of L1-CHO cells, but not the basal migration of CHO cells, was blocked by a metalloproteinase inhibitor, indicating a role for L1 shedding in the migration process. CHO and metalloproteinase-inhibited L1-CHO cells were stimulated to migrate by soluble L1-Fc protein. The induction of migration was blocked by αvβ5-specific antibodies and required Arg-Gly-Asp sites in L1. A 150-kD L1 fragment released by plasmin could also stimulate CHO cell migration. We propose that ectodomain-released L1 promotes migration by autocrine/paracrine stimulation via αvβ5. This regulatory loop could be relevant for migratory processes under physiological and pathophysiological conditions

Untersuchungen zur ADAM10-vermittelten Spaltung von L1 in Ovarialkarzinomzellen

L1 ist ein neuronales Adhäsionsmolekül, das neben Zellen des Nervensystems auf vielen humanen Tumorlinien exprimiert wird. Zusätzlich zu seiner Funktion als Oberflächenmolekül wird L1 durch membranproximale Spaltung in eine lösliche Form überführt, die funktionell aktiv ist. Bei diesem Prozess ist die Metalloproteinase ADAM10 beteiligt. In Tumoren der Ovarien und des Uterus ist die Expression von L1 mit einem fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung assoziiert. Das L1-Spaltfragment kann in Tumorlysaten detektiert werden, außerdem korreliert die Anwesenheit von ADAM10 im Tumorgewebe mit löslichem L1 im Serum der Patientinnen. L1 und ADAM10 sind teilweise mit Lipid Rafts assoziiert und kolokalisieren darüber hinaus im Golgi/TGN. Die Aktivierung der Proteinkinase C durch PMA erhöht die L1-Spaltung an der Plasmamembran, während der Entzug von Cholesterin mittels MCD die Spaltung innerhalb der Zelle verstärkt. Zudem führt die Senkung des zellulären Cholesteringehalts zur Freisetzung von Membranvesikeln, die sowohl L1 als auch ADAM10 enthalten. Die ADAM10-vermittelte Spaltung von L1 hält in isolierten Vesikeln an und generiert lösliches L1, welches die Migration von Tumorzellen verstärkt. In Ovarialkarzinomzellen wird die Abspaltung von L1 ebenfalls durch eine Metalloproteinase vermittelt, findet aber kaum an der Oberfläche statt. Durch Überexpression von L1, ADAM10 sowie einer katalytisch-inaktiven Form (ADAM10-DN) kann ein Zusammenhang zwischen ADAM10, der Abgabe von löslichem L1 und dem Migrationsverhalten von Karzinomzellen in vitro belegt werden. Ovarialkarzinomlinien setzen zudem konstitutiv hohe Mengen an Vesikeln frei, die proteolytisch aktiv sind und ebenfalls ADAM10 und L1 enthalten. In Asziten von Tumorpatientinnen kann sowohl vesikuläres als auch lösliches L1 nachgewiesen werden. Die funktionelle Bedeutung der ADAM10-vermittelten Spaltung von L1 für das Migrationsverhalten von Ovarialkarzinomzellen wird in Hinblick auf Tumorprogression sowie mögliche neue Therapieansätze diskutiert

Untersuchungen zur ADAM10-vermittelten Spaltung von L1 in Ovarialkarzinomzellen

L1 ist ein neuronales Adhäsionsmolekül, das neben Zellen des Nervensystems auf vielen humanen Tumorlinien exprimiert wird. Zusätzlich zu seiner Funktion als Oberflächenmolekül wird L1 durch membranproximale Spaltung in eine lösliche Form überführt, die funktionell aktiv ist. Bei diesem Prozess ist die Metalloproteinase ADAM10 beteiligt. In Tumoren der Ovarien und des Uterus ist die Expression von L1 mit einem fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung assoziiert. Das L1-Spaltfragment kann in Tumorlysaten detektiert werden, außerdem korreliert die Anwesenheit von ADAM10 im Tumorgewebe mit löslichem L1 im Serum der Patientinnen. L1 und ADAM10 sind teilweise mit Lipid Rafts assoziiert und kolokalisieren darüber hinaus im Golgi/TGN. Die Aktivierung der Proteinkinase C durch PMA erhöht die L1-Spaltung an der Plasmamembran, während der Entzug von Cholesterin mittels MCD die Spaltung innerhalb der Zelle verstärkt. Zudem führt die Senkung des zellulären Cholesteringehalts zur Freisetzung von Membranvesikeln, die sowohl L1 als auch ADAM10 enthalten. Die ADAM10-vermittelte Spaltung von L1 hält in isolierten Vesikeln an und generiert lösliches L1, welches die Migration von Tumorzellen verstärkt. In Ovarialkarzinomzellen wird die Abspaltung von L1 ebenfalls durch eine Metalloproteinase vermittelt, findet aber kaum an der Oberfläche statt. Durch Überexpression von L1, ADAM10 sowie einer katalytisch-inaktiven Form (ADAM10-DN) kann ein Zusammenhang zwischen ADAM10, der Abgabe von löslichem L1 und dem Migrationsverhalten von Karzinomzellen in vitro belegt werden. Ovarialkarzinomlinien setzen zudem konstitutiv hohe Mengen an Vesikeln frei, die proteolytisch aktiv sind und ebenfalls ADAM10 und L1 enthalten. In Asziten von Tumorpatientinnen kann sowohl vesikuläres als auch lösliches L1 nachgewiesen werden. Die funktionelle Bedeutung der ADAM10-vermittelten Spaltung von L1 für das Migrationsverhalten von Ovarialkarzinomzellen wird in Hinblick auf Tumorprogression sowie mögliche neue Therapieansätze diskutiert

A role for exosomes in the constitutive and stimulus-induced ectodomain cleavage of L1 and CD44

Ectodomain shedding is a proteolytic mechanism by which transmembrane molecules are converted into a soluble form. Cleavage is mediated by metalloproteases and proceeds in a constitutive or inducible fashion. Although believed to be a cell-surface event, there is increasing evidence that cleavage can take place in intracellular compartments. However, it is unknown how cleaved soluble molecules get access to the extracellular space. By analysing L1 (CD171) and CD44 in ovarian carcinoma cells, we show in the present paper that the cleavage induced by ionomycin, APMA (4-aminophenylmercuric acetate) or MCD (methyl-β-cyclodextrin) is initiated in an endosomal compartment that is subsequently released in the form of exosomes. Calcium influx augmented the release of exosomes containing functionally active forms of ADAM10 (a disintegrin and metalloprotease 10) and ADAM17 [TACE (tumour necrosis factor α-converting enzyme)] as well as CD44 and L1 cytoplasmic cleavage fragments. Cleavage could also proceed in released exosomes, but only depletion of ADAM10 by small interfering RNA blocked cleavage under constitutive and induced conditions. In contrast, cleavage of L1 in response to PMA occurred at the cell surface and was mediated by ADAM17. We conclude that different ADAMs are involved in distinct cellular compartments and that ADAM10 is responsible for shedding in vesicles. Our findings open up the possibility that exosomes serve as a platform for ectodomain shedding and as a vehicle for the cellular export of soluble molecules