Kanonická signalizace Wnt / β-Catenin
Pozadí
.Wnt signální komponenty
a) Wnt protein
b) Receptory Wnt proteinů
c) Modulátory Wnt signalizace
.Wnt /beta-catenin signaling mechanism
a) Wnt signaling – Off
b) Wnt signalizace - zapnutá
c) Cílové geny Wnt
Funkce Wnt signalizace
Závěr
Základní informace
Signalizace Wnt je kritická v nesčetných biologických funkcích, včetně určování buněčného osudu, buněčné migrace, buněčné polarity, organogeneze a nervového vzorování během embryogeneze1. Proteiny Wnt v nice kmenových buněk řídí chování různých typů kmenových buněk a udržují je ve stavu sebeobnovy. Extracelulární proteiny Wnt stimulují několik signálních transdukčních kaskád, které se dělí na kanonickou neboli Wnt/β-kateninovou dráhu a nekanonickou neboli na β-kateninu nezávislou dráhu2. Signalizace Wnt/β-katenin je dobře prozkoumána a tento přehled se zaměřuje na složky a mechanismus signalizace závislé na β-kateninu.
Komponenty signalizace Wnt
Wnt je všudypřítomně exprimován u všech metazoí. Existuje 19 savčích genů, které kódují proteiny Wnt bohaté na cystein, spadající do 12 konzervovaných podrodin Wnt. Proteiny Wnt jsou globulární, přibližně 40 KDa; amino-terminální doména se skládá převážně z α-šroubovic s pěti disulfidovými můstky, zatímco karboxy-terminální doméně dominují dvě β-vrstvy se šesti disulfidovými vazbami. Proteiny Wnt procházejí posttranslačními modifikacemi předtím, než jsou uvolněny do extracelulárního cytoplazmatického prostředí. Wnt je glykosylován a palmitoylován proteinem endoplazmatického retikula zvaným Porcupine3 (Porc) a transportován do plazmatické membrány proteiny Wntless (Wls). Ztráta Porc4 nebo Wls5 zabraňuje sekreci Wnt proteinů, což vede k vrozeným vadám. Je známo, že Wnt proteiny působí v závislosti na kontaktu i napříč vzdálenými tkáněmi. Dráha Wnt/β-katenin je výsledkem výrazné signalizace na blízko spolu s beta-kateninem6.
Lipoproteiny Wnt se vážou na receptorový komplex, který se skládá z Frizzled (Fz) a lipopolysacharidu podobného receptorového proteinu 5/6 (LRP5/6). Protein Frizzled má sedm transmembránových domén a velkou extracelulární N-terminální doménu bohatou na cystein, která poskytuje platformu pro vazbu Wnt. Interakce mezi Wnt a proteinem Fz není specifická; jeden protein Wnt se může vázat na více proteinů Fz. Na rozdíl od proteinu Fz má LRP6 specifická vazebná místa pro různé třídy proteinů Wnt7. Vazba ligandu (Wnt) vyvolává konformační změny v receptorech (LRP6), které aktivují kinázy, jako jsou GSK3 a CK1γ8. Jak GSK39 tak CK1γ10 nakonec fosforylují několik signálních komponent Wnt dráhy, včetně β-kateninu, Axinu, APC a LRP. O úloze Fz v dráze Wnt je známo jen málo. Po přijetí signálu cytoplazmatická doména receptoru Fz interaguje s proteiny Dishevelled (Dsh) a usnadňuje interakci mezi ocáskem LRP a Axinem. Axin i Dsh proteiny se navzájem vážou prostřednictvím DIX domény a zprostředkovávají tvorbu LRP-Fz dimerů.
Signalizaci Wnt/β-kateninu modulují extracelulární ligandy uvedené v následující tabulce.
Signalizační mechanismus Wnt /beta-katenin
Stabilita cytoplazmatického β-kateninu je rozhodující pro výstup signalizace Wnt. β-katenin (781 aminokyselin) se skládá z centrální oblasti o 141-664 aminokyselinách tvořené armadillo repeticemi, které jsou lemovány odlišnými N- a C-koncovými doménami (NTD a CTD). Ačkoli NTD a CTD jsou strukturně flexibilní, centrální oblast je rigidní a slouží jako interakční platforma pro vazbu proteinů v cytosolu a v jádře. Stabilita β-kateninu závisí na tzv. cytoplazmatickém destrukčním komplexu, který se skládá z Axinu, dvou nádorových supresorových proteinů APC a WTX a dvou konstitutivně aktivních kináz, CK1α/δ a GSK3α/β.
a) Signalizace Wnt - "vypnuto"
V nepřítomnosti Wnt rozhodují o osudu β-kateninu kinázy CK1 a GSK3.
- Fosforylace: β-katenin je fosforylován CK1 na Ser45, Ser33 a Ser37 a GSK3 na Thr41
- Ubikvitinace: Fosforylovaný β-katenin je určen k ubikvitinaci zprostředkované β-Trcp a následné degradaci proteazomem16.
- Transkripční represe: V nepřítomnosti β-kateninu se transkripční faktory, jako je TCF, spojují s Groucho, transkripčním represorem, který zabraňuje transkripci cílových genů.
b) Signalizace Wnt - "zapnuto"
V přítomnosti ligandů Wnt se spouští signalizační kaskáda.
- Disociace destrukčního komplexu: Vazba ligandů Wnt na receptory Frizzled a LRP5/6 spustí sérii událostí, které nakonec naruší komplex APC/Axin/GSK3β (destrukce) a stabilizuje β-katenin.
- Translokace β-kateninu: β-katenin se hromadí v cytoplazmě a může se volně přemístit do jádra.
- Transkripční regulace: V jádře β-katenin působí jako transkripční koaktivátor transkripčních faktorů rodiny TCF/LEF. Další vazební partneři Legless a Pygopus udržují jadernou retenci a transaktivační schopnost β-kateninu17-19.
Obrázek 1.Signální dráha Wnt /β-Catenin
c) Cílové geny Wnt
Geny regulované signalizací Wnt zahrnují geny transkripčních faktorů, složek ECM, proteinů buněčné adheze, enzymů a hormonů (tabulka 2).
Funkce signalizace Wnt
Mezi široce rozšířenými účinky signalizace Wnt na cílové buňky vzbudila zvláštní zájem role v regulaci plasticity kmenových buněk.
Embryonální kmenové buňky: Kanonická dráha Wnt udržuje sebeobnovu embryonálních kmenových buněk. Agonista Wnt, jako je R-Spondin, zprostředkovává pluripotenci u myších embryonálních kmenových buněk, které mají klinický význam při léčbě degenerativních onemocnění32,33.
Mezenchymální kmenové buňky: Aktivace kanonické dráhy Wnt podporuje osteogenní diferenciaci mezenchymálních kmenových buněk. Intenzita signálu Wnt/β-kateninu určuje osud mezenchymálních kmenových buněk, kde proliferace a sebeobnova byly indukovány při nízkých hladinách Wnt/β-kateninu, zatímco osteogenní diferenciace je spuštěna při vysokých hladinách signalizace Wnt34.
Střevní kmenové buňky: Wnt/β-katenin reguluje diferenciaci kmenových buněk ve střevě. Inhibice Wnt signalizace zprostředkovaná expresí Dkk-1 vyvolává úplnou ztrátu krypt, zdroje sebeobnovujících se tkání ve střevě. Naopak aktivace signalizace Wnt stimuluje proliferaci progenitorů krypt.
Kmenové buňky krvetvorby: Aktivace Wnt/β-kateninu zvyšuje počet hematopoetických progenitorů. Knockdown Wnt3a snížil progenitorové buňky35 a nadměrná exprese aktivovaného β-kateninu vyvolala expanzi hematopoetických kmenových buněk36.
Vlasové folikulární kmenové buňky: Signalizace Wnt je důležitá pro založení vlasového folikulu a aktivuje kmenové buňky. Podmíněná ztráta β-kateninu v kožních epiteliích vede k vyčerpání kmenových buněk vlasových folikulů37.
Regulace mikrotubulů: Wnt reguluje stabilitu a organizaci mikrotubulů, které ovlivňují zarovnání mitotických vřetének a segregaci chromozomů během buněčného dělení; ty zase ovlivňují migraci a polarizaci buněk. Wnt také vyvolává změny v morfologii a chování axonů prostřednictvím vazby mikrotubulů, které snižují prodloužení axonů a zvyšují jejich větvení38.
Metabolismus rakoviny: Kanonická dráha Wnt a navazující efektory regulují proliferaci buněk, buněčnou smrt, senescenci a metastazování39. Komponenty dráhy Wnt jsou často mutovány (tabulka 2), což implikuje její roli při progresi rakoviny.
Závěr
Wnt signalizace je v průběhu evoluce zachována a existuje silná korelace mezi deregulovanými Wnt signály a mnoha chorobnými stavy. Proteiny Wnt jsou aktivní v kmenových buňkách nervových, mléčných a embryonálních tkání. Bylo zjištěno, že zatímco definované faktory, jako jsou LIF, Basic FGF, Hedgehog, BMP-4 udržují embryonální kmenové buňky v nediferencovaném stavu, proteiny Wnt hrají roli v řízení ES buněk. Souhra proteinů Wnt a dalších faktorů včetně malých molekul, jako je kyselina retinová, pro udržování, sebeobnovu a diferenciaci kmenových buněk je významnou oblastí výzkumu, která má rozsáhlé důsledky pro způsob, jakým kmenové buňky utvářejí současné možnosti terapie onemocnění.
Prozkoumejte vysoce kvalitní rekombinantní proteiny Wnt pro vaše výzkumné využití
Odkazy
Abyste mohli pokračovat ve čtení, přihlaste se nebo vytvořte účet.
Nemáte účet?