Effects of bisphenol compounds on the growth and epithelial mesenchymal transition of MCF-7 CV human breast cancer cells

Abstract

Bisphenol-A (BPA) has been considered as an endocrine disrupting chemical (EDC) because it can exert estrogenic properties. For bisphenol-S (BPS) and bisphenol-F (BPF) that are BPA analogs and substitutes, their risk to estrogen-dependent cancer has been reported rarely compared with the numerous cases of BPA. In this study, we examined whether BPA, BPS, and BPF can lead to the proliferation, migration, and epithelial mesenchymal transition (EMT) of MCF-7 clonal variant (MCF-7 CV) breast cancer cells expressing estrogen receptors (ERs). In a cell viability assay, BPA, BPS, and BPF significantly increased proliferation of MCF-7 CV cells compared to control (DMSO) as did 17β-estradiol (E2). In Western blotting assay, BPA, BPS, and BPF enhanced the protein expression of cell cycle progression genes such as cyclin D1 and E1. In addition, MCF-7 CV cells lost cell to cell contacts and acquired fibroblast-like morphology by the treatment of BPA, BPS, or BPF for 24 hours. In cell migration assay, BPA, BPS, and BPF accelerated the migration capability of MCF-7 CV cells as did E2. In relation with the EMT process, BPA, BPS, and BPF increased the protein expression ofN-cadherin, while they decreased the protein expression of E-cadherin. When BPA, BPS, and BPF were co-treated with ICI 182,780, an ER antagonist, proliferation effects were reversed, the expression of cyclin D1 and cyclin E1 was downregulated, and the altered cell migration and expression ofN-cadherin and E-cadherin by BPA, BPS, and BPF were restored to the control level. Thus, these results imply that BPS and BPF also have the risk of breast cancer progression as much as BPA in the induction of proliferation and migration of MCF-7 CV cells by regulating the protein expression of cell cycle-related genes and EMT markersvia the ER-dependent pathway.

Keywords

human breast cancer cells / endocrine disrupting chemicals / bisphenol-A / bisphenol-S / bisphenol-F / epithelial-mesenchymal transition / migration

References

[1] Kim CW, Go  RE, Choi KC . Treatment of BG-1 ovarian cancer cells expressing estrogen receptors with lambda-cyhalothrin and cypermethrin caused a partial estrogenicity via an estrogen receptor-dependent pathway[J]. Toxicol Res, 2015, 31(4): 331–337

[2] Diamanti-Kandarakis E ,  Palioura E ,  Kandarakis SA , The impact of endocrine disruptors on endocrine targets[J]. Horm Metab Res, 2010, 42(8): 543–552

[3] Choi KC, Jeung  EB. The biomarker and endocrine disruptors in mammals[J]. J Reprod Dev, 2003, 49(5): 337–345

[4] Kopras E, Potluri  V, Bermudez ML , Actions of endocrine-disrupting chemicals on stem/progenitor cells during development  and  disease[J]. Endocr  Relat  Cancer, 2014, 21(2): T1–T12

[5] Jung EM, Choi  KC, Yu FH , Effects of 17beta-estradiol and xenoestrogens on mouse embryonic stem cells[J]. Toxicol In Vitro, 2010, 24(6): 1538–1545

[6] Chen MY, Ike  M, Fujita M . Acute toxicity, mutagenicity, and estrogenicity of bisphenol-A and other bisphenols[J]. Environ Toxicol, 2002, 17(1): 80–86

[7] Vandenberg LN, Chahoud  I, Heindel JJ , Urinary, circulating, and tissue biomonitoring studies indicate widespread exposure to bisphenol A[J]. Cien Saude Colet, 2012, 17(2): 407–434

[8] Staples CA, Dorn  PB, Klecka GM , A review of the environmental fate, effects, and exposures of bisphenol A[J]. Chemosphere, 1998, 36(10): 2149–2173

[9] Lee HR, Hwang  KA, Park MA , Treatment with bisphenol A and methoxychlor results in the growth of human breast cancer cells and alteration of the expression of cell cycle-related genes, cyclin D1 and p21, via an estrogen receptor-dependent signaling pathway[J]. Int J Mol Med, 2012, 29(5): 883–890

[10] Lee HS, Park  EJ, Oh JH , Bisphenol A exerts estrogenic effects by modulating CDK1/2 and p38 MAP kinase activity[J]. Biosci Biotechnol Biochem, 2014, 78(8): 1371–1375

[11] Soto AM, Sonnenschein  C. Environmental causes of cancer: endocrine disruptors as carcinogens[J]. Nat Rev Endocrinol, 2010, 6(7): 363–370

[12] Park MA, Choi  KC. Effects of 4-nonylphenol and bisphenol A on stimulation of cell growth via disruption of the transforming growth factor-β signaling pathway in ovarian cancer models[J]. Chem Res Toxicol, 2014, 27(1): 119–128

[13] Russo J, Hasan Lareef  M, Balogh G , Estrogen and its metabolites are carcinogenic agents in human breast epithelial cells[J]. J Steroid Biochem Mol Biol, 2003, 87(1): 1–25

[14] Murray TJ, Maffini  MV, Ucci AA , Induction of mammary gland ductal hyperplasias and carcinoma in situ following fetal bisphenol A exposure[J]. Reprod Toxicol, 2007, 23(3): 383–390

[15] Ho SM, Tang  WY, Belmonte de Frausto  J, Developmental exposure to estradiol and bisphenol A increases susceptibility to prostate carcinogenesis and epigenetically regulates phosphodiesterase type 4 variant 4[J]. Cancer Res, 2006, 66(11): 5624–5632

[16] Rochester JR, Bolden  AL. Bisphenol S and F: a systematic review and comparison of the hormonal activity of bisphenol a substitutes[J]. Environ Health Perspect, 2015, 123(7): 643–650

[17] Liao C, Liu  F, Kannan K . Bisphenol s, a new bisphenol analogue, in paper products and currency bills and its association with bisphenol a residues[J]. Environ Sci Technol, 2012, 46(12): 6515–6522

[18] Liao C, Kannan  K. A survey of alkylphenols, bisphenols, and triclosan in personal care products from China and the United States[J]. Arch Environ Contam Toxicol, 2014, 67(1): 50–59

[19] Hanahan D, Weinberg  RA. The hallmarks of cancer[J]. Cell, 2000, 100(1): 57–70

[20] Champeris Tsaniras S ,  Kanellakis N ,  Symeonidou IE , Licensing of DNA replication, cancer, pluripotency and differentiation: an interlinked world[J]? Semin Cell Dev Biol, 2014, 30(174–180.

[21] Son H, Moon  A. Epithelial-mesenchymal transition and cell invasion[J]. Toxicol Res, 2010, 26(4): 245–252

[22] Gupta N, Duda  DG. Role of stromal cell-derived factor 1α pathway in bone metastatic prostate cancer[J]. J Biomed Res, 2016, 30(3): 181–185

[23] Thiery JP, Acloque  H, Huang RY , Epithelial-mesenchymal transitions in development and disease[J]. Cell, 2009, 139(5): 871–890

[24] Chaffer CL, Weinberg  RA. A perspective on cancer cell metastasis[J]. Science, 2011, 331(6024): 1559–1564

[25] Oh K, Moon  HG, Lee DS , Tissue transglutaminase-interleukin-6 axis facilitates peritoneal tumor spreading and metastasis of human ovarian cancer cells[J]. Lab Anim Res, 2015, 31(4): 188–197

[26] Chunhacha P, Sriuranpong  V, Chanvorachote P . Epithelial-mesenchymal transition mediates anoikis resistance and enhances invasion in pleural effusion-derived human lung cancer cells[J]. Oncol Lett, 2013, 5(3): 1043–1047

[27] Li Y, Arao  Y, Hall JM , Research Resource: STR DNA profile and gene expression comparisons of human BG-1 cells and a BG-1/MCF-7 clonal variant[J]. Molecular endocrinology (Baltimore, Md, 2014, 28(12): 2072–2081.

[28] Sherr CJ. Cancer cell cycles[J]. Science, 1996, 274(5293): 1672–1677

[29] Santen RJ, Boyd  NF, Chlebowski RT , Critical assessment of new risk factors for breast cancer: considerations for development of an improved risk prediction model[J]. Endocr Relat Cancer, 2007, 14(2): 169–187

[30] Giacalone PL, Daurés  JP, Ouafik L , Steroids and adrenomedullin growth patterns in human ovarian cancer cells: estrogenic-regulation assay[J]. Gynecol Oncol, 2003, 91(3): 651–656

[31] Chung SH, Franceschi  S, Lambert PF . Estrogen and ERalpha: culprits in cervical cancer[J]? Trends Endocrinol Metab, 2010, 21(8): 504–511

[32] Pelekanou V, Leclercq  G. Recent insights into the effect of natural and environmental estrogens on mammary development and carcinogenesis[J]. Int J Dev Biol, 2011, 55(7-9): 869–878

[33] Conzen SD. Minireview: nuclear receptors and breast cancer[J]. Mol Endocrinol, 2008, 22(10): 2215–2228

[34] Derouiche S, Warnier  M, Mariot P , Bisphenol A stimulates human prostate cancer cell migration via remodelling of calcium signalling[J]. Springerplus, 2013, 2(1): 54

[35] Folkerd EJ, Dowsett  M. Influence of sex hormones on cancer progression[J]. J Clin Oncol, 2010, 28(26): 4038–4044

[36] Hsieh TH, Tsai  CF, Hsu CY , n-Butyl benzyl phthalate promotes breast cancer progression by inducing expression of lymphoid enhancer factor 1[J]. PLoS One, 2012, 7(8): e42750

[37] Saha Roy S, Vadlamudi  RK. Role of estrogen receptor signaling in breast cancer metastasis[J]. Int J Breast Cancer, 2012, 2012: 654698.

[38] Yu L, Shi  J, Cheng S , Estrogen promotes prostate cancer cell migration via paracrine release of ENO1 from stromal cells[J]. Mol Endocrinol, 2012, 26(9): 1521–1530

[39] Zheng S, Huang  J, Zhou K , 17β-Estradiol enhances breast cancer cell motility and invasion via extra-nuclear activation of actin-binding protein ezrin[J]. PLoS One, 2011, 6(7): e22439

[40] Keri RA, Ho  SM, Hunt PA , An evaluation of evidence for the carcinogenic activity of bisphenol A[J]. Reprod Toxicol, 2007, 24(2): 240–252

[41] Mlynarcikova A, Macho  L, Fickova M . Bisphenol A alone or in combination with estradiol modulates cell cycle- and apoptosis-related proteins and genes in MCF7 cells[J]. Endocr Regul, 2013, 47(4): 189–199

[42] Bates S, Bonetta  L, MacAllan D , CDK6 (PLSTIRE) and CDK4 (PSK-J3) are a distinct subset of the cyclin-dependent kinases that associate with cyclin D1[J]. Oncogene, 1994, 9(1): 71–79

[43] Meyerson M, Harlow  E. Identification of G1 kinase activity for cdk6, a novel cyclin D partner[J]. Mol Cell Biol, 1994, 14(3): 2077–2086

[44] Barnes DM, Gillett  CE. Cyclin D1 in breast cancer[J]. Breast Cancer Res Treat, 1998, 52(1–3): 1–15

[45] Keyomarsi K, O’Leary  N, Molnar G , Cyclin E, a potential prognostic marker for breast cancer[J]. Cancer Res, 1994, 54(2): 380–385

[46] Nielsen NH, Arnerlöv  C, Emdin SO , Cyclin E overexpression, a negative prognostic factor in breast cancer with strong correlation to oestrogen receptor status[J]. Br J Cancer, 1996, 74(6): 874–880

[47] Xiao D, He  J. Epithelial mesenchymal transition and lung cancer[J]. J Thorac Dis, 2010, 2(3): 154–159

[48] Graff JR, Herman  JG, Lapidus RG , E-cadherin expression is silenced by DNA hypermethylation in human breast and prostate carcinomas[J]. Cancer Res, 1995, 55(22): 5195–5199

[49] Hazan RB, Phillips  GR, Qiao RF , Exogenous expression of N-cadherin in breast cancer cells induces cell migration, invasion, and metastasis[J]. J Cell Biol, 2000, 148(4): 779–790

[50] Nakajima S, Doi  R, Toyoda E , N-cadherin expression and epithelial-mesenchymal transition in pancreatic carcinoma[J]. Clin Cancer Res, 2004, 10(12 Pt 1): 4125–4133

[51] Kim YS, Hwang  KA, Hyun SH , Bisphenol A and nonylphenol have the potential to stimulate the migration of ovarian cancer cells by inducing epithelial-mesenchymal transition via an estrogen receptor dependent pathway[J]. Chem Res Toxicol, 2015, 28(4): 662–671

Acknowledgment

This work was supported by a grant from the Next-Generation BioGreen 21 Program (no. PJ011355-2015), Rural Development Administration, Republic of Korea. In addition, this work was supported by Priority Research Centers Program through NRF funded by the Ministry of Education, Science and Technology (2015R1A6A1A04020885).

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 2017 by the Journal of Biomedical Research. All rights reserved