Sponsorul concursului este compania Life Technologies.
Calea Wnt este una dintre cele mai importante căi moleculare de semnalizare care reglementează dezvoltarea embrionară și diferențierea celulelor. Întreaga cale este denumită după unul dintre liganzii care activează calea din celule - Wnt. Această reducere sa datorat fuziunii numelor celor două gene - Wg + Int. Gena prototip a fost descoperită în Drosophila, unde mutația în gena Wg (mai puțin) a suprimat dezvoltarea aripilor. Gena omologă în vertebrate - Int - este asociată cu dezvoltarea tumorilor canceroase.
Până în prezent, se știe că calea Wnt reglează dezvoltarea multor organe în timpul embriogenezei și este responsabilă de simetria bilaterală a organismului. Funcțiile sale sunt toate care formează masa organismelor embrionare formate. La pacienții adulți, tulburările de cale Wnt conduc la un risc crescut de cancer. De asemenea, studii recente au arătat rolul important al componentelor Wnt în proliferarea și diferențierea celulelor stem.
Glicoproteine Wnt - o familie de celule de semnalizare molecule secretate care sunt implicate în coordonarea comportamentului celulelor din organism. Aceste proteine descoperite la începutul anilor 1980 ca un marker al multor tipuri de cancer, sa dovedit a fi regulatori cheie ai dezvoltării embrionare, procesele de regenerare a cresterii oaselor, diferentierea celulelor stem, si multe alte procese asociate cu determinarea morfogeneză și soarta celulelor.
Structura proteinelor Wnt
Structura proteinelor din familia Wnt seamănă cu o mână (Figura 1; [1]). Rolul degetului mare este jucat de domeniul amino terminal, constând dintr-un pachet de a-helici stabilizați de cinci punți disulfidice. "Degetul arătător" este un domeniu carboxi terminal care cuprinde două catene β care sunt susținute de șase poduri disulfidice. "Palm" are o mare flexibilitate, oferind mobilitate conformațională a proteinei. În plus, acidul gras palmitoleic, care este necesar pentru interacțiunea cu proteinele de transport, este atașat covalent la "degetul mare". Adăugarea unui reziduu de acizi grași se numește acilare. și depinde de o altă modificare a "palmei" - glicozilare. Fără aceasta, interacțiunea cu proteinele de transport și, în consecință, secreția devine imposibilă.
Figura 1. Structura lui Wnt.A. Modelul volumetric Wnt8. Galbenul indică zone glicozilate. B. Structura secundară a Wnt. Culoarea portocalie indică și numără 22 de resturi de cisteină, care formează punți disulfidice pereche. Roz înseamnă o grupare acil atașată covalent: acid gras. Imagine: [2, 3].
Secreția lui Wnt
Se presupune că adăugarea necesară pentru secreția de reziduuri de acid gras Wnt transportă atsiltranferraza reticulul endoplasmic Porkupin (PORCN), deoarece eliminarea acestei gene dă secreția de Wnt (figura 3 ;. [4]). După acilarea Wnt recunoscut proteine ale aparatului Golgi - GPR177 receptor transmembranar (cunoscut sub numele de Wntless (WLS)), «proteine încărcătoare» p24, care transporta Wnt din reticulul endoplasmatic la suprafața celulei (Figura 3; [5].) Și proteina de transport inot , care susține activitatea de solubilitate și semnalizare a companionului Wnt / Wls [6].
Figura 2. Biogeneza și secreția de Wnt. Modulele Wnt care suferă maturizare în reticulul endoplasmatic suferă glicozilare și apoi acilare. Apoi, însoțită de proteina Wntless de la aparatul Golgi, aceștia intră în veziculele secretoare, în interiorul cărora este traversată membrana plasmatică, după care sunt secretate. Wntless este extras din veziculele secretoare uzate și transferat înapoi la aparatul Golgi cu complexul Retromer.
Figura 3. Calea canonică a semnalizării Wnt. "Corpul de lucru" al căii canonice este β-catenină: în starea inactivă este mic, iar în stare activă este mult și activează transcripția în nucleu.
stare inactivă: în absența interacțiunii între și LRP5 receptor Wnt / 6 număr de citoplasmatice malo β-cateninei datorită „complex de degradare“, care constă din APC proteine, cazeină și sinteza glicogenului kinazei GSK3, situată pe „platforma“ proteina Axin. Cu acest complex citoplasmatice β-catenin este fosforilată și apoi expuse proteine ubiquitylation β-TrCP, ceea ce conduce la degradarea acesteia prin proteazomul.
Starea activată: semnalul Wnt începe cu formarea complexului Wnt cu LRP5 / 6 și a receptorului Friedled, ceea ce duce la activarea proteinei Disheled. Aceasta inhibă "complexul de degradare" și "oprește" ubiquitilarea β-cateninei. Ca rezultat, p-catenina liberă acumulând în citoplasmă [16] pătrunde în nucleu și activează transcripția prin factorii de transcripție TCF / LEF și un număr de alții.
Reglarea căii Wnt: cu moleculele lor Wnt secretate, antagoniștii lor: factorul inhibitor al Wnt (WIF) și proteina 1 (FreFs) care recunoaște proteina 1 (sFRP) sunt legate direct. În plus, DKK și sclerostina pot fi contactate cu proteinele LRP5 / LRP6 pentru a preveni formarea complexului Freisled-Wnt-LRP. Proteinele Shisa, după ce au capturat receptorul Frayszled, îl împiedică să ajungă la suprafața celulei. Dacă Wnt formează un complex cu LRP5 / 6 și Freysled, alarma este activată. Proteina R-spondina 2 (RSPO), stabilizând receptorii Freysled și LRP5 / 6, crește semnalarea de-a lungul căii Wnt. În reticulul endoplasmatic, maturarea LRP5 / 6 necesită o proteină MESD însoțitoare.
Receptorii cu membrană Wnt
Pentru a acționa asupra celulei țintă, Wnt trebuie să contacteze receptorii celulari. Ca astfel de receptori de pe suprafața celulei, proteina transmembranară Fryzled Frizzled (Fz) * și lipoproteinele cu densitate scăzută LRP5 / LRP6 acționează. Pentru a le contacta, molecula Wnt este interferată activ cu diferiți antagoniști, care sunt opuși de agoniști (Figura 3). În plus față de acești receptori, Wnt se poate lega de receptorii tirozin kinazelor Ror și Ryk *. Ror, prin contactul cu Wnt5a, fosforilează proteina Dicheveled și astfel controlează morfogeneza tisulară, în timp ce Ryk, prin fosforilarea proteinei membranei Vangl2, controlează polaritatea celulei.
Mecanismele impactului Wnt asupra celulei
În mod tradițional, mecanismele efectului Wnt asupra unei celule sunt împărțite în:
- canonică (dependentă de β-catenină), care controlează în cele din urmă programele de exprimare a genei asociate cu determinarea soiului și a morfogenezei [9]. și
- non-canonice (independent de β-catenină) [10]. care reglează polaritatea celulei, stimulând reorganizarea citoscheletului [11, 12] și metabolismul calciului [13].
În inima canalului de semnalizare Wnt canonic este stabilizarea proteinei citoplasmatice β-catenină (Figura 3). În absența unui semnal, beta-cateninul nu este activ și se degradează rapid. Atunci când celulele sunt activate de Wnt, viteza de degradare a β-cateninei este redusă. Evitând degradarea, β-catenin se acumulează în citoplasmă și intră în nucleu.
În nucleu, β-catenin, prin captarea proteinelor nucleare BCL9 și pygopus (Pygopus), interacționează cu proteinele TCF / LEF. transformându-le în activatori puternici de transcriere. TCF / LEF sunt proteine multifuncționale care, având abilitatea de a se lega selectiv de secvențe specifice de ADN și de anumite proteine activatoare, "decid" care genele vor fi activate de semnalul Wnt [14]. Sa constatat că relația dintre β-catenină și TCF4, care este necesară pentru o astfel de activare, poate fi întreruptă de resveratrol. Acest lucru sugerează că resveratrolul, care este flavonoidul pielii de struguri negri și vinul rezultat, poate fi folosit ca un medicament inofensiv pentru a suprima semnalul Wnt în cazurile de cancer [15].
Efectul semnalizării Wnt asupra ciclului celular și a proliferării celulelor
Există mai multe dovezi ale unei interconexiuni complexe dintre calea canntală de semnalizare Wnt și ciclul celular. Componentele cascadei de semnal Wnt acționează direct asupra formării axului mitotic. De exemplu, în organismul preferat al biologilor moleculari - viermele C. elegans - semnalarea Wnt provoacă asimetria fusului mitotic, conducând la o distribuție asimetrică a β-cateninei [17]. Mai mult decât atât, semnalarea Wnt este puternic activată în mitoză, sugerând că "semnalizarea mitotică Wnt" joacă un rol important în organizarea programului de diviziune celulară și contribuie astfel la proliferarea celulelor [18].
Celulele stem sunt caracterizate în principal prin două proprietăți: capacitatea de auto-reînnoire și diferențierea în diferite tipuri de celule *. Aceste procese sunt reglementate de diferiți factori de creștere, inclusiv proteinele Wnt [19]. Datele acumulate arată că calea de semnalizare Wnt / β-catenină joacă un rol-cheie în menținerea pluripotenței, precum și în procesul de reprogramare a celulelor somatice. În același timp, semnalizarea lui Wnt / β-catenin joacă un rol important în procesul de diferențiere.
S-a descoperit că adăugarea de proteine Wnt sau, invers, un inhibitor al Wnt (IWP2 molecula mica) reduce heterogenitatea populației de celule. In aceasta forma, sau celule cu un nivel ridicat stabil de sinteză a Wnt, sau celule cu niveluri scăzute de sinteză Wnt. La diferențierea, celulele embrionare cu niveluri ridicate de sinteză Wnt formează în mod avantajos endodermica și celule cardiace și joasă a - celule în principal neuroectodermice [23]. Știind că Wnt de semnalizare în stadii incipiente de creștere de diferențiere și în etapele ulterioare ale contră inhibă dezvoltarea inimii, a permis prin strategia corectă pentru utilizarea moleculelor mici și a mecanismelor de semnalizare ale Wnt preparate in vitro din celule stem pluripotente induse cardiomiocite inaccesibili până acum eficiența - up 98% [24]!
perspective
Timp de 30 de ani, ca în fiecare an, există un număr imens de articole care afectează cumva subiectul semnalizării Wnt. O astfel de atenție atentă la acest subiect este destul de meritată, deoarece "omniprezent" molecula Wnt prezintă în mod regulat surprize. De exemplu, sa constatat că β-cateninei, au scăpat de degradare datorită activării Wnt-semnal activează sinteza subunității enzimatice a telomerazei (TERT) in celulele stem si cancer. In aceasta el a fost ajutat de un plyuripotentsii factor de transcriere - Klf4, direcționând-l la promotorul genei Tert [25]. Este cunoscut faptul că telomerazei - o enzimă în menținerea lungimii telomerilor contrabalansa scurtarea acestora, ducând la îmbătrânirea celulelor [26]. Prin urmare, descoperirea rolului Wnt în stabilizarea telomerii poate ajuta atat lupta impotriva cancerului si anti-imbatranire.
literatură
Trimiteți-le prietenilor: