更新时间:2023-04-12 20:38
Wnt信号通路是一个复杂的蛋白质作用网络,其功能最常见于胚胎发育和癌症,但也参与成年动物的正常生理过程。Wnt信号传导途径是由配体蛋白质Wnt和膜蛋白受体结合激发的一组多下游通道的信号转导途径。经此途径,通过细胞表面受体胞内段的活化过程将细胞外的信号传递到细胞内。Wnt是遗传学领域的首字母缩写,代表“Wingless / Integrated”。
Wnt蛋白(Wnt配体)、Wnt受体(Frizzled家族蛋白及低密度脂蛋白受体相关蛋白LDL receptor related protein,LRP)、Dishevelled(Dsh/Dvl)蛋白、β-连环蛋白(β-catenin)、糖原合成酶激酶3β(GSK-3β)、Axin/Conductin、APC(adenomatous polyposis coli)蛋白等。
1、典型Wnt/β-catenin信号通路(Canonical Wnt/β-catenin pathway),此通路激活核内靶基因的表达;
Wnt家族分泌蛋白、Frizzled家族跨膜受体蛋白Dishevelled(Dsh)、糖原合成激酶3(GSK3)、APC、Axin、β-连环蛋白及TCF/LEF家族转录调节因子等构成了经典通路;
2、平面细胞极性通路(planar cell polarity pathway),此通路参与JNK的激活及细胞骨架的重排;
经典的Wnt途径(Wnt /β-连环蛋白途径)导致基因转录的调节,并且被认为部分地由SPATS1基因负调节。
Wnt /β-连环蛋白途径是Wnt途径中的一种,该途径会导致β-连环蛋白在细胞质中积累并最终会作为属于TCF的转录因子的转录共激活因子/ LEF家族易位至细胞核。
没有Wnt,β-连环蛋白不会在细胞质中积累,因为有一种破坏复合物通常会降解它。该破坏复合物包括以下蛋白质:Axin,腺瘤病大肠杆菌(APC),蛋白磷酸酶2A(PP2A),糖原合成酶激酶3(GSK3)和酪蛋白激酶1α(CK1α)。它通过将β-连环蛋白靶向泛素化而降解β-连环蛋白,随后将其送至蛋白酶体进行消化。
当Wnt蛋白与Frizzled(Fz)家族受体的N末端细胞富含半胱氨酸的结构域结合时,Wnt信号开始。这些受体跨越质膜七次,构成了一个独特的G蛋白偶联受体家族(GPCR)。然而,为了促进Wnt信号传导,可能需要共同受体以及Wnt蛋白和Fz受体之间的相互作用。 例子包括脂蛋白受体相关蛋白(LRP)-5 / 6,受体酪氨酸激酶(RTK)和ROR2。但是,只要Wnt绑定Fz和LRP5 / 6,破坏复合物的磷酸化就会被阻断从而使得其功能中断。破坏复合物中由其他蛋白引起的磷酸化随后将Axin与LRP5 / 6的细胞质尾部结合。 Axin去磷酸化了,它的稳定性和浓度水平降低。然后Dsh通过磷酸化被激活并且它的DIX和PDZ结构域抑制GSK3破坏复合物的活性。这使得β-连环蛋白能够积聚并定位于细胞核,随后通过基因转导以及TCF / LEF(T细胞因子/淋巴增强因子)转录因子诱导Wnt最终作用的目标基因转录,诱导后续的细胞反应的发生。β-连环蛋白募集其他转录共激活因子,如BCL9,Pygopus和Parafibromin / Hyrax。多亏有了新的高通量蛋白质组学研究,β-连环蛋白组装的转录复合物的复杂性开始出现。β-连环蛋白相互作用蛋白的混杂性使我们的理解变得复杂:实际上已报道BCL9和Pygopus具有几种不依赖于β-连环蛋白的功能(因此,可能是独立于Wnt信号途径的)。
多细胞生物体轴分化过程中起重要作用
经典的Wnt-β-catenin信号通路是这样的:在没有Wnt配体,通路中的每一种蛋白都正常表达时,Axin 会结合β-catenin , Axin同时已结合有GSK3和APC ,于是GSK3就可以磷酸化β-catenin ,β-catenin接着能够被APC复合物泛素化并降解,无法入核启动下游基因转录;在存在Wnt配体时Wnt受体会结合Axin,β-catenin不会结合Axin,也就不会接触GSK3以及APC,于是入核启动下游基因转录。
β- 连环蛋白敲除的胚胎, 可发生细胞的错误定位,从而不能形成中胚层;
抑制Wnt信号是脊椎动物体廓形成后期阶段的关键因素;
Wnt拮抗分子能诱导头的形成。
Wnt信号与器官发生
Wnt信号参与大脑的形成。Wnt 3a敲除的小鼠胚胎,大脑海马回发育受损;Lef 纯合子突变可导致小鼠胚胎缺少全部海马回;Wnt/ LEF/TCF基因协同作用,共同参与大脑海马回的发育。
Wnt信号参与生长锥的重建和多突触球状环(苔状神经纤维与颗粒细胞相接触时)的形成。参与轴突形成的起始过程:Wnt7a能诱导苔状神经纤维中轴突和生长锥的重建和触素Ⅰ的汇集。
Wnt信号参与脊椎动物的肢体起始和顶端外胚层脊的形成。三种Wnt信号分子(Wnt2b、Wnt3a、Wnt8c)是信号转导的关键诱导者;FGF与Wnt 信号的信息交流也与内耳的形成有关。
Wnt信号与肿瘤发生
Wnt信号参与肿瘤形成得早期证据来源于小鼠乳腺癌中分离得到的、因病毒插入而激活的癌基因Int1(见概述)。另外,Wnt通路的激活突变是小肠早期恶性前病变(包括异常隐窝灶和小息肉)的主要遗传改变。
调控EMT的信号通路
参与调控EMT过程的信号通路网络简介:Wnt信号通路能通过抑制糖原合成酶激酶3β(glycogen synthase kinase -3β,GSK3β)介导的磷酸化作用以及抑制胞质中的β-连环蛋白(β-catenin)降解等作用来诱发EMT转换。胞内丰度大量增加的β连环蛋白会转移进入核内,作为转录因子亚单位诱导大量基因的表达,这些靶基因的表达产物中有很多都是能够诱导EMT转换过程的转录因子。
通过基因沉默事件导致细胞依赖于WNT信号通路:Wnt信号通路广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物中,是一类在物种进化过程中高度保守的信号通路。Wnt信号在动物胚胎的早期发育、器官形成、组织再生和其它生理过程中,具有至关重要的作用。如果这条信号通路中的关键蛋白发生突变,导致信号异常活化,就可能诱导癌症的发生。a 在正常的结肠上皮细胞中,分泌性的frizzled相关蛋白(SFRPs)的功能是与WNT竞争性地同Wnt受体Frizzled结合,从而拮抗Wnt信号。当Wnt信号失活,腺瘤息肉病基因(APC)复合物磷酸化β-catenin,导致β-catenin降解。这便阻止了β-catenin的核内沉积,则不能激活转录因子(TCF),最终导致细胞进7入分化并保持结肠上皮细胞处于动态平衡状态。b 通过表观遗传调控的基因沉默使得SFRP表达缺失,即“表观遗传调控门控基因”缺失,Wnt信号通路激活,促进细胞增殖以及存活而不进入分化。c 持续性的激活Wnt信号使得信号通路中的其他分子有可能发生突变,例如永久性失活APC复合物,即“遗传调控门控基因”缺失,进一步激活Wnt信号通路,从而促进肿瘤的发展。