Kanoniczna sygnalizacja Wnt / β-kateniny
Tło
.Składniki sygnalizacji Wnt
a) Białko Wnt
b) Receptory białek Wnt
c) Modulatory sygnalizacji Wnt
.Mechanizm sygnalizacji Wnt /beta-katenina
a) Sygnalizacja Wnt - wyłączona
a) Sygnalizacja Wnt - wyłączona
b) Sygnalizacja Wnt - wyłączona
b) Sygnalizacja Wnt - Włączona
c) Geny docelowe Wnt
.Funkcje sygnalizacji Wnt
Konkluzja
Background
Sygnał Wnt ma kluczowe znaczenie dla niezliczonych funkcji biologicznych, w tym determinacji losu komórek, migracji komórek, polaryzacji komórek, organogenezy i patterningu neuronalnego podczas embriogenezy1. Białka Wnt w niszy komórek macierzystych kontrolują zachowanie różnych typów komórek macierzystych, utrzymując je w stanie samoodnowy. Zewnątrzkomórkowe białka Wnt stymulują kilka kaskad transdukcji sygnału, które są klasyfikowane jako kanoniczne lub szlak Wnt/β-kateniny i niekanoniczne lub szlak niezależny od β-kateniny2. Sygnalizacja Wnt/β-katenina jest dobrze zbadana, a obecny przegląd koncentruje się na składnikach i mechanizmie sygnalizacji zależnej od β-kateniny.
Składniki sygnalizacji Wnt
Wnt ulega wszechobecnej ekspresji u wszystkich zwierząt metazoicznych. Istnieje 19 genów ssaków, które kodują bogate w cysteinę białka Wnt, należące do 12 konserwatywnych podrodzin Wnt. Białka Wnt są kuliste, około 40 KDa; domena amino-końcowa składa się głównie z α-heliksów z pięcioma mostkami dwusiarczkowymi, podczas gdy domena karboksy-końcowa jest zdominowana przez dwa β-sheety z sześcioma wiązaniami dwusiarczkowymi. Białka Wnt ulegają modyfikacjom potranslacyjnym, zanim zostaną uwolnione do zewnątrzkomórkowego środowiska cytoplazmatycznego. Wnt jest glikozylowane i palmitoilowane przez białko retikulum endoplazmatycznego zwane Porcupine3 (Porc) i transportowane do błony plazmatycznej przez białka Wntless (Wls). Utrata Porc4 lub Wls5 zapobiega wydzielaniu białek Wnt, prowadząc do wad wrodzonych. Wiadomo, że białka Wnt działają w sposób zależny od kontaktu, jak również w odległych tkankach. Szlak Wnt/β-katenina jest wynikiem znaczącej sygnalizacji bliskiego zasięgu wraz z beta-kateniną6.
Lipoproteina Wnt wiąże się z kompleksem receptorowym, który składa się z białka Frizzled (Fz) i lipopolisacharydopodobnego białka receptorowego 5/6 (LRP5/6). Białko Frizzled ma siedem domen transbłonowych i dużą zewnątrzkomórkową N-końcową domenę bogatą w cysteinę, która stanowi platformę dla wiązania Wnt. Interakcja między białkiem Wnt i Fz nie jest specyficzna; pojedyncze białko Wnt może wiązać się z wieloma białkami Fz. W przeciwieństwie do białka Fz, LRP6 ma specyficzne miejsca wiązania dla różnych klas białek Wnt7. Wiązanie ligandu (Wnt) powoduje zmiany konformacyjne w receptorach (LRP6), aktywując kinazy takie jak GSK3 i CK1γ8. Zarówno GSK39 jak i CK1γ10 ostatecznie fosforylują kilka składników sygnałowych szlaku Wnt, w tym β-kateninę, aksynę, APC i LRP. Niewiele wiadomo na temat roli Fz w szlaku Wnt. Po otrzymaniu sygnału domena cytoplazmatyczna receptora Fz oddziałuje z białkami Dishevelled (Dsh) i ułatwia interakcję między ogonem LRP a aksyną. Zarówno białka Axin, jak i Dsh wiążą się ze sobą poprzez domenę DIX i pośredniczą w tworzeniu dimerów LRP-Fz.
c) Modulatory sygnalizacji Wnt
Sygnał Wnt/β-katenina jest modulowany przez zewnątrzkomórkowe ligandy wymienione w poniższej tabeli.
Modulator | Efekty |
---|---|
Białka związane z Frizzled (sFRPs)11 | Hamowanie Wnt |
Białko hamujące Wnt11 | .Inhibicja Wnt |
Dickkopf (DKK)12 | Inhibicja LRP5/6 |
Białka z rodziny WISE/SOST12 | Inhibicja LRP5/6 |
APCDD113 | Inhibicja Wnt i LRP |
Norrin14 | Aktywacja kompleksu Fz/LRP |
R-spondyny15 | Aktywacja kompleksu Fz/LRP, receptory Lgr |
Mechanizm sygnalizacji Wnt/beta-kateniny
Stabilność cytoplazmatycznej β-kateniny jest krytyczna dla wydajności sygnalizacji Wnt. β-katenina (781 aminokwasów) składa się z centralnego regionu 141-664 aminokwasów składającego się z powtórzeń armadillo, otoczonych odrębnymi domenami N- i C-końcowymi (NTD i CTD). Chociaż NTD i CTD są strukturalnie elastyczne, region centralny jest sztywny i służy jako platforma interakcji dla białek wiążących w cytozolu i jądrze. Stabilność β-kateniny zależy od tego, co jest obecnie określane jako "cytoplazmatyczny kompleks destrukcyjny" składający się z aksyny, dwóch białek supresorowych nowotworów APC i WTX oraz dwóch konstytutywnie aktywnych kinaz, CK1α/δ i GSK3α/β.
a) Sygnalizacja Wnt - "Off"
Pod nieobecność Wnt, los β-kateniny jest określany przez kinazy, CK1 i GSK3.
- Fosforylacja: β-katenina jest fosforylowana przez CK1 na Ser45, Ser33 i Ser37 oraz przez GSK3 na Thr41
- Ubiquitination: Fosforylowana β-katenina jest ukierunkowana na ubikwitynację za pośrednictwem β-Trcp i późniejszą degradację przez proteasom16.
- Transkrypcyjna represja: W przypadku braku β-kateniny, czynniki transkrypcyjne takie jak TCF wiążą się z Groucho, represorem transkrypcji, który zapobiega transkrypcji genów docelowych.
b) Sygnalizacja Wnt - "On"
W obecności ligandów Wnt inicjowana jest kaskada sygnalizacyjna.
- Dysocjacja kompleksu niszczącego: Wiązanie ligandów Wnt z receptorami Frizzled i LRP5/6 uruchamia serię zdarzeń, które ostatecznie rozbijają kompleks APC/Axin/GSK3β (destrukcji) i stabilizują β-kateninę.
- Translokacja β-kateniny: β-katenina gromadzi się w cytoplazmie i może swobodnie przemieszczać się do jądra.
- Regulacja transkrypcyjna: W jądrze β-katenina działa jako koaktywator transkrypcyjny czynników transkrypcyjnych z rodziny TCF/LEF. Inni partnerzy wiążący Legless i Pygopus utrzymują jądrową retencję i zdolność transaktywacji β-kateniny17-19.

Rysunek 1.Szlak sygnałowy Wnt/β-katenina
c) Geny docelowe Wnt
Geny regulowane przez sygnalizację Wnt obejmują geny czynników transkrypcyjnych, składników ECM, białek adhezji komórkowej, enzymów i hormonów (Tabela 2).
Modulacja | Geny |
---|---|
Upregulation | C-myc20, Tcf-121, LEF-122, PPAR-delta23, c-jun24, MMP-725, Axin-226, Nr-CAM27, Claudin-128, VEGF29 |
.Regulacja w dół | Osteokalcyna30, E-kadheryna31 |
Funkcje sygnalizacji Wnt
Wśród szeroko rozpowszechnionych efektów sygnalizacji Wnt na komórki docelowe, rola w regulacji plastyczności komórek macierzystych przyciągnęła szczególne zainteresowanie.
Zarodkowe komórki macierzyste: Kanoniczny szlak Wnt utrzymuje samoodnowę zarodkowych komórek macierzystych.Agonista Wnt, taki jak R-Spondin, pośredniczy w pluripotencji w mysich embrionalnych komórkach macierzystych, co ma znaczenie kliniczne w leczeniu chorób zwyrodnieniowych32,33.
Mezenchymalne komórki macierzyste: Aktywacja kanonicznego szlaku Wnt promuje osteogeniczne różnicowanie mezenchymalnych komórek macierzystych. Intensywność sygnału Wnt/β-kateniny determinuje los mezenchymalnych komórek macierzystych, w których proliferacja i samoodnowa były indukowane przy niskich poziomach Wnt/β-kateniny, podczas gdy różnicowanie osteogenne jest wyzwalane przy wysokich poziomach sygnalizacji Wnt34.
Komórki macierzyste jelita: Wnt/β-katenina reguluje różnicowanie komórek macierzystych w jelicie. Zahamowanie sygnalizacji Wnt za pośrednictwem ekspresji Dkk-1 indukuje całkowitą utratę krypt, źródła samoodnawiających się tkanek w jelicie. Natomiast aktywacja sygnalizacji Wnt stymuluje proliferację progenitorów krypt.
Hematopoietic Stem Cells: Aktywacja Wnt/β-kateniny zwiększa progenitory hematopoetyczne. Zablokowanie Wnt3a zmniejszyło liczbę komórek progenitorowych35 a nadekspresja aktywowanej β-kateniny spowodowała ekspansję hematopoetycznych komórek macierzystych36.
Komórki macierzyste mieszków włosowych: Sygnalizacja Wnt jest ważna dla ustanowienia mieszka włosowego i aktywuje komórki macierzyste. Warunkowa utrata β-kateniny w nabłonku skóry prowadzi do zubożenia komórek macierzystych mieszków włosowych37.
Regulacja mikrotubul: Wnt reguluje stabilność i organizację mikrotubul, które wpływają na wyrównanie wrzecion mitotycznych i segregację chromosomów podczas podziału komórki; te z kolei wpływają na migrację i polaryzację komórek. Wnt indukuje również zmiany w morfologii i zachowaniu aksonów poprzez wiązanie mikrotubul, które zmniejszają wydłużenie aksonu i zwiększają jego rozgałęzienie38.
Metabolizm nowotworów: Kanoniczny szlak Wnt i jego efektory regulują proliferację komórek, ich śmierć, starzenie się i przerzuty39. Składniki szlaku Wnt są często zmutowane (Tabela 2), co wskazuje na jego rolę w progresji nowotworów.
Mutacja | Białko | Choroba |
---|---|---|
Wzmocnienie funkcji | β-katenina | Rak okrężnicy40 |
TC4 | Rak okrężnicy41 | |
LRP5 | Nowotwory przytarczyc42 | |
Utrata funkcji | LEF1 | Guz łojowy skóry43 |
AXIN1 | Rak wątrobowokomórkowy44 | |
AXIN2 | Rak jelita grubego45 | |
APC | Rak jelita grubego46 |
Wnioski
Sygnał Wnt jest konserwowany przez całą ewolucję i istnieje silna korelacja między rozregulowanymi sygnałami Wnt a wieloma stanami chorobowymi. Białka Wnt są aktywne w komórkach macierzystych tkanek nerwowych, sutkowych i embrionalnych. Doniesiono, że podczas gdy zdefiniowane czynniki, takie jak LIF, Basic FGF, Hedgehog, BMP-4 utrzymują embrionalne komórki macierzyste w stanie niezróżnicowanym, białka Wnt odgrywają rolę w kontroli komórek ES. Wzajemne oddziaływanie białek Wnt i innych czynników, w tym małych cząsteczek, takich jak kwas retinowy, w celu utrzymania, samoodnowy i różnicowania komórek macierzystych jest ważnym obszarem badań, który ma ogromne implikacje w sposobie, w jaki komórki macierzyste kształtują obecne opcje terapii chorób.
Zapoznaj się z wysokiej jakości rekombinowanymi białkami Wnt do użytku badawczego
Product # | SRP4754 | SRP3296 | GF175 | GF146 | SRP6560 |
---|---|---|---|---|---|
Produkt | Wnt-1 | Wnt-7A | Wnt-1 | Wnt-5a. | Wnt-2 |
Gatunki | Człowiek | Człowiek | Człowiek | Mysz | Człowiek |
Expressed in/extracted from | E. coli | HEK293 | E. coli | Podłoże kondycjonowane | E. coli |
Testowane na obecność endotoksyny | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak |
Czystość | ≥98% | ≥80% | ≥98% | ≥98% | ≥90% |
ED50/EC50 | 0.1-1,0 μg/μL | 40-60 ng/μL | ≤0.1 ng/µg | ≤0,1 ng/µg |
Referencje
Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.
Nie masz konta użytkownika?Dla wygody naszych klientów ta strona została przetłumaczona maszynowo. Dołożyliśmy starań, aby zapewnić dokładne tłumaczenie maszynowe. Tłumaczenie maszynowe nie jest jednak doskonałe. Jeśli tłumaczenie maszynowe nie spełnia Twoich oczekiwań, przejdź do wersji w języku angielskim.