Secondary neurulation (SN) is a critical process to form the neural tube in the posterior region of the body including the tail. SN is distinct from the anteriorly occurring primary neurulation (PN); whereas the PN proceeds by folding an epithelial neural plate, SN precursors arise from a specified epiblast by epithelial-to-mesenchymal transition (EMT), and undergo self-renewal in the tail bud. They finally differentiate into the neural tube through mesenchymal-to-epithelial transition (MET). We here overview recent progresses in the studies of SN with a particular focus on the regulation of cell lineage, self-renewal, and EMT/MET. Cellular mechanisms underlying SN help to understand the functional diversity of the tail in vertebrates.
The epithelial-mesenchymal transition (EMT) is one mechanism by which cells with mesenchymal features can be generated and is a fundamental event in morphogenesis. Recently, invasion and metastasis of cancer cells from the primary tumor are now thought to be initiated by the developmental process termed the EMT, whereby epithelial cells lose cell polarity and cell-cell interactions, and gain mesenchymal phenotypes with increased migratory and invasive properties. The EMT is believed to be an important step in metastasis and is implicated in cancer progression, although the influence of the EMT in clinical specimens has been debated. This review presents the recent results of two cell surface proteins, the functions and underlying mechanisms of which have recently begun to be demonstrated, as novel regulators of the molecular networks that induce the EMT and cancer progression.
Epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) is a collection of events that allows the conversion of adherent epithelial cells, tightly bound to each other within an organized tissue, into independent fibroblastic cells possessing migratory properties and the ability to invade the extracellular matrix. EMT contributes to the complex architecture of the embryo by permitting the progression of embryogenesis from a simple single-cell layer epithelium to a complex three-dimensional organism composed of both epithelial and mesenchymal cells. However, in most tissues EMT is a developmentally restricted process and fully differentiated epithelia typically maintain their epithelial phenotype. Recently, elements of EMT, specially the loss of epithelial markers and the gain of mesenchymal markers, have been observed in pathological states, including epithelial cancers. Increasing evidence has confirmed its presence in human colon during colorectal carcinogenesis. In general, chronic inflammation is considered to be one of the causes of many human cancers including colorectal cancer(CRC). Accordingly, epidemiologic and clinical studies indicate that patients affected by ulcerative colitis and Crohn's disease, the two major forms of inflammatory bowel disease, have an increased risk of developing CRC. A large body of evidence supports roles for the SMAD/STAT3 signaling pathway, the NF-kB pathway, the Ras-mitogenactivated protein kinase/Snail/Slug and microRNAs in the development of colorectal cancers via epithelial-tomesenchymal transition. Thus, EMT appears to be closely involved in the pathogenesis of colorectal cancer, and analysis refered to it can yield novel targets for therapy.
Jeon, Hyun Min;Lee, Su Yeon;Ju, Min Kyung;Park, Hye Gyeong;Kang, Ho Sung
Journal of Life Science
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v.23
no.8
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pp.970-977
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2013
The epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) plays an essential role in embryogenesis and is involved in tumor metastasis and invasion; it significantly contributes to tumor progression and aggressiveness. The EMT is characterized by a loss of epithelial cell polarity as a result of the reduced expression of epithelial E-cadherin, a hallmark of the EMT, and the acquisition of mesenchymal-like cell morphology. Reactive oxygen species (ROS) such as $O_2{^-}$, $H_2O_2$, and $OH^-$ have been demonstrated to induce the EMT; although Snail is involved in ROS-induced EMT by transcriptionally repressing E-cadherin, its mechanism is not fully understood. In this study, we examined the effects of early growth response 1 (Egr-1) overexpression in noninvasive breast tumor cell line MCF-7 cells. Upon Egr-1 overexpression, MCF-7 cells lost epithelial cell polarity and became more spindle-shaped, indicating that Egr-1 may induce EMT. We found that Snail is implicated in Egr-1 induced EMT. We further demonstrate that the Egr-1-Snail axis is activated by ROS and plays a critical role(s) in ROS-induced EMT.
Kim, A-Young;Kwak, Jae-Hwan;Je, Nam Kyung;Lee, Yun-hee;Jung, Young-Suk
Toxicological Research
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v.31
no.2
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pp.151-156
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2015
5-Fluorouracil (5-FU) is commonly used for the therapy of colon cancer; however, acquired resistance to 5-FU is a critical barrier to successful treatment and the primary cause of chemotherapy failure. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a process whereby cells undergo alterations in morphology and molecular characteristics promoting tumor progression and metastasis. Accumulating evidence shows that transition from epithelial to mesenchymal phenotype in cancer cells is associated with their resistance to chemotherapy. However, it is still poorly understood whether EMT is involved in acquired resistance to 5-FU. In this study, we developed an in vitro cell model, 5-FU-resistant HT-29 colon cancer cells, and characterized the differences in cellular morphology and molecular alterations between parental and resistant cells. In accord with mesenchymal-like morphology of 5-FU-resistant HT-29 cells, the expression of the mesenchymal marker fibronectin was significantly increased in these cells in comparision with that in the parental cells. Of interest, we also found a marked increase in the expression of EMT-inducing transcription factors Twist, Zeb1, and Zeb2. Finally, 5-FU-resistant cells showed enhanced migration in comparison with parental HT-29. Taken together, these results indicate that EMT could be associated with 5-FU resistance acquired by HT-29 cells. A specific role of each transcription factor found in this study will require further investigation.
Human pregnancy is a delicate and complex process where multiorgan interactions between two independent systems, the mother, and her fetus, maintain pregnancy. Intercellular interactions that can define homeostasis at the various cellular level between the two systems allow uninterrupted fetal growth and development until delivery. Interactions are needed for tissue remodeling during pregnancy at both fetal and maternal tissue layers. One of the mechanisms that help tissue remodeling is via cellular transitions where epithelial cells undergo a cyclic transition from epithelial to mesenchymal (EMT) and back from mesenchymal to epithelial (MET). Two major pregnancy-associated tissue systems that use EMT, and MET are the fetal membrane (amniochorion) amnion epithelial layer and cervical epithelial cells and will be reviewed here. EMT is often associated with localized inflammation, and it is a well-balanced process to facilitate tissue remodeling. Cyclic transition processes are important because a terminal state or the static state of EMT can cause accumulation of proinflammatory mesenchymal cells in the matrix regions of these tissues and increase localized inflammation that can cause tissue damage. Interactions that determine homeostasis are often controlled by both endocrine and paracrine mediators. Pregnancy maintenance hormone progesterone and its receptors are critical for maintaining the balance between EMT and MET. Increased intrauterine oxidative stress at term can force a static (terminal) EMT and increase inflammation that are physiologic processes that destabilize homeostasis that maintain pregnancy to promote labor and delivery of the fetus. However, conditions that can produce an untimely increase in EMT and inflammation can be pathologic. These tissue damages are often associated with adverse pregnancy complications such as preterm prelabor rupture of the membranes (pPROM) and spontaneous preterm birth (PTB). Therefore, an understanding of the biomolecular processes that maintain cyclic EMT-MET is critical to reducing the risk of pPROM and PTB. Extracellular vesicles (exosomes of 40-160 nm) that can carry various cargo are involved in cellular transitions as paracrine mediators. Exosomes can carry a variety of biomolecules as cargo. Studies specifically using exosomes from cells undergone EMT can carry a pro-inflammatory cargo and in a paracrine fashion can modify the neighboring tissue environment to cause enhancement of uterine inflammation.
The implications of nutrient starvation due to aging on the degeneration of the retinal pigment epithelium (RPE) is yet to be fully explored. We examined the involvement of AMPK activation in mitochondrial homeostasis and its relationship with the maintenance of a healthy mitochondrial population and epithelial characteristics of RPE cells under nutrient starvation. Nutrient starvation induced mitochondrial senescence, which led to the accumulation of reactive oxygen species (ROS) in RPE cells. As nutrient starvation persisted, RPE cells underwent pathological epithelial-mesenchymal transition (EMT) via the upregulation of TWIST1, a transcription regulator which is activated by ROS-induced NF-κB signaling. Enhanced activation of AMPK with metformin decelerated mitochondrial senescence and EMT progression through mitochondrial biogenesis, primed by activation of PGC1-α. Thus, by facilitating mitochondrial biogenesis, AMPK protects RPE cells from the loss of epithelial integrity due to the accumulation of ROS in senescent mitochondria under nutrient starvation.
Oh, Jiyun;Kwak, Jae-Hwan;Kwon, Do-Young;Kim, A-Young;Oh, Dal-Seok;Je, Nam Kyung;Lee, Jaewon;Jung, Young-Suk
Toxicological Research
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v.30
no.4
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pp.261-266
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2014
Environmental pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) have been implicated in cancer development and progression. However, the effects of PAHs on carcinogenesis are still poorly understood. Here, we characterized a mouse cancer cell line BNL 1ME A. 7R.1 (1MEA) derived by transformation of non-tumorigenic liver cell line BNL CL.2 (BNL) using 3-methylcholanthrene (3MC), a carcinogenic PAH. RT-PCR and immunoblot analysis were used to determine the expression level of mRNA and proteins, respectively. To determine functionality, cell motility was assessed in vitro using a transwell migration assay. Both mRNA and protein levels of E-cadherin were significantly decreased in 1MEA cells in comparison with BNL cells. While the expression levels of mesenchymal markers and related transcription factors were enhanced in 1MEA cells, which could lead to increase in cell motility. Indeed, we found that 7-day exposure of BNL cells to 3-MC reduced the level of the adhesion molecule and epithelial marker E-cadherin and increased reciprocally the level of the mesenchymal marker vimentin in a dose-dependent manner. Taken together, these results indicate that the process of epithelial-mesenchymal transition (EMT) may be activated during premalignant transformation induced by 3-MC. A mechanism study to elucidate the relation between 3-MC exposure and EMT is underway in our laboratory.
Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is a complex process in which epithelial cells acquire the characteristics of invasive mesenchymal cells. EMT has been implicated in cancer progression and metastasis as well as the formation of many tissues and organs during development. Epithelial cells undergoing EMT lose cell-cell adhesion structures and polarity, and rearrange their cytoskeletons. Several oncogenic pathways such as transforming growth factor (TGF)-$\beta$, Wnt, and Notch signaling pathways, have been shown to induce EMT. These pathways have activated transcription factors including Snail, Slug, and the ZEB family which work as transcriptional repressors of E-cadherin, thereby making epithelial cells motile and resistant to apoptosis. Mounting evidence shows that EMT is associated with cell invasion and tumor progression. In this review, we summarize the characteristic features of EMT, pathways leading to EMT, and the role of EMT in cell invasion. Three topics are addressed in this review: (1) Definition of EMT, (2) Signaling pathways leading to EMT, (3) Role of EMT in cell invasion. Understanding the role of EMT in cell invasion will provide valuable information for establishing strategies to develop anti-metastatic therapeutics which modulate malignant cellular processes mediated by EMT.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is involved in not only cancer development and metastasis but also non-cancerous conditions. Hypoxia is one of the proposed critical factors contributing to formation of chronic rhinosinusitis or nasal polyposis. Wheatgrass (Triticum aestivum) has antioxidant, anti-aging, and anti-inflammatory effects. In this study, we analyzed whether wheatgrass has an inhibitory effect on the EMT process in airway epithelial cells. MATERIALS/METHODS: A549 human lung adenocarcinoma cells were incubated in hypoxic conditions ($CO_2$ 5%/$O_2$ 1%) for 24 h in the presence of different concentrations of wheatgrass extract (50, 75, 100, and $150{\mu}g/mL$) and changes in expression of epithelial or mesenchymal markers were evaluated by immunoblotting and immunofluorescence. Accordingly, associated EMT-related transcriptional factors, Snail and Smad, were also evaluated. RESULTS: Hypoxia increased expression of N-cadherin and reduced expression of E-cadherin. Mechanistically, E-cadherin levels were recovered during hypoxia by silencing hypoxia inducible factor (HIF)-$1{\alpha}$ or administering wheatgrass extract. Wheatgrass inhibited the hypoxia-mediated EMT by reducing the expression of phosphorylated Smad3 (pSmad3) and Snail. It suppressed the hypoxia-mediated EMT processes of airway epithelial cells via HIF-$1{\alpha}$ and the pSmad3 signaling pathway. CONCLUSION: These results suggest that wheatgrass has potential as a therapeutic or supplementary agent for HIF-1-related diseases.
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