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”。
组成成员
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。
通路分类
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;
3、Wnt/Ca+通路,激活
磷脂酶C(
PLC)和
蛋白激酶C(PKC);
信号途径
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)。
生物学功能
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-
连环蛋白调节的典型Wnt信号参与
前后轴的形成 ;
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。
细胞可依赖
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。