MICAL3を介したセマフォリンシグナル伝達は、対称細胞分裂を誘導して乳がん茎様細胞を拡大します

がん幹様細胞（CSC）は、非対称細胞分裂を犠牲にして対称細胞分裂の頻度の増加により、CSCニッチで拡張されます。CSCの対称分割は、癌の悪性特性にとって重要です。しかし、根底にある分子メカニズムはほとんどとらえどころのないままです。ここでは、CSCニッチから生成されたサイトカインであるセマフォリン3（SEMA3）を示し、CSCの対称分割を誘導してCSC集団を拡大します。我々の発見は、SEMA3による刺激が、乳房CSC（BCSC）で特異的に発現したニューロピリン1（NP1）受容体を介して乳がん細胞の球体形成を誘導したことを示しています。細胞質SEMA3シグナルトランスデューサーであるMICAL3のノックダウンは、腫瘍球体形成と腫瘍開始活性を大幅に減少させました。機械的には、SEMA3はMICAL3、崩壊反応メディエータータンパク質2（CRMP2）、およびnumb間の相互作用を誘導しました。SEMA3によって刺激されたMICAL3モノオキシゲナーゼ（MO）の活性は、腫瘍球体形成、CRMP2と麻痺の間の相互作用、および麻痺タンパク質の蓄積に必要であると思われます。CRMP2または麻痺のノックダウンが腫瘍球の形成を有意に減少させることがわかりました。さらに、MICAL3ノックダウンは、NP1/Numb陽性BCSCのSEMA3誘発対称分裂を有意に減少させ、STEM様特性のないNP1/Numb陰性細胞を生成する非対称分裂の増加を増加させました。さらに、NP1陽性がん組織の乳がん患者は、予後不良を示しています。したがって、NICHE因子SEMA3刺激NP1/MICAL3/CRMP2/NUMB軸は、CSCのMICAL3を介した対称分割の頻度の増加により、少なくとも部分的にCSCを拡張するように見えます。

Cancer stem-like cells (CSCs) are expanded in the CSC niche by increased frequency of symmetric cell divisions at the expense of asymmetric cell divisions. The symmetric division of CSCs is important for the malignant properties of cancer; however, underlying molecular mechanisms remain largely elusive. Here, we show a cytokine, semaphorin 3 (Sema3), produced from the CSC niche, induces symmetric divisions of CSCs to expand the CSC population. Our findings indicate that stimulation with Sema3 induced sphere formation in breast cancer cells through neuropilin 1 (NP1) receptor that was specifically expressed in breast CSCs (BCSCs). Knockdown of MICAL3, a cytoplasmic Sema3 signal transducer, greatly decreased tumor sphere formation and tumor-initiating activity. Mechanistically, Sema3 induced interaction among MICAL3, collapsin response mediator protein 2 (CRMP2), and Numb. It appears that activity of MICAL3 monooxygenase (MO) stimulated by Sema3 is required for tumor sphere formation, interaction between CRMP2 and Numb, and accumulation of Numb protein. We found that knockdown of CRMP2 or Numb significantly decreased tumor sphere formation. Moreover, MICAL3 knockdown significantly decreased Sema3-induced symmetric divisions in NP1/Numb-positive BCSCs and increased asymmetric division that produces NP1/Numb negative cells without stem-like properties. In addition, breast cancer patients with NP1-positive cancer tissues show poor prognosis. Therefore, the niche factor Sema3-stimulated NP1/MICAL3/CRMP2/Numb axis appears to expand CSCs at least partly through increased frequency of MICAL3-mediated symmetric division of CSCs.