号外：一看就懂的完整Wnt信号机制概览火热出炉！
来源：生物谷 2019-06-20 17:49
Wnt 配体蛋白是一类富含胱氨酸的糖蛋白，在发育、组织动态平衡、许多疾病的发生，包括癌症都起到了关键的作用。根据分子机制的不同，Wnt 信号传导通路分为三种：Wnt/β-catenin 信号通路、Wnt/PCP信号通路以及 Wnt/Ca2+信号通路。在哺乳动物中共有19种Wnt基因，其中部分基因包含选择性剪接异构体[22，35，38]。在功能上，不同的Wnt配体蛋白是高度保守的，由于不同Wnt配体
Wnt 配体蛋白是一类富含胱氨酸的糖蛋白，在发育、组织动态平衡、许多疾病的发生，包括癌症都起到了关键的作用。
根据分子机制的不同，Wnt 信号传导通路分为三种：Wnt/β-catenin 信号通路、Wnt/PCP信号通路以及 Wnt/Ca2+信号通路。
在哺乳动物中共有19种Wnt基因，其中部分基因包含选择性剪接异构体[22，35，38]。在功能上，不同的Wnt配体蛋白是高度保守的，由于不同Wnt配体表达模式的不同，会造成不同的Wnt配体在各个器官或组织发挥各自独特的作用[38]。在内质网合成Wnt蛋白的过程中，Wnt蛋白会被棕榈酰转移酶Porcupine棕榈酸修饰 [41]，而在Wnt蛋白成熟的过程中，跨膜蛋白Wntless/Evi（Wls）和棕榈酰化的Wnt蛋白结合，并帮助Wnt蛋白运输到质膜[5，18，37，55]。
关于Wnt蛋白如何到达Wnt靶细胞存在两种假说，见图1，第一种，成熟的Wnt蛋白结合着Wls蛋白整合到分泌小泡或外泌体，位于分泌小泡或外泌体外侧的Wnt蛋白和Wnt受体相互作用 [14，28，34，44]。第二种，Wnt蛋白的转移是通过细胞间的FZD受体和跨膜E3 ligases Rnf43/Znrf3来介导的[11]。
图1. Wnt蛋白分泌的模式 [38]
Wnt/β-catenin 信号通路
Wnt/β-catenin信号通路是依赖于β-catenin蛋白介导的一类Wnt信号通路，见图2。
图2. Wnt/β-catenin信号模式图 [38]
Wnt/β-catenin信号通路由Wnt配体蛋白与七次跨膜蛋白FZD受体结合而启动，当Wnt配体蛋白会与靶细胞膜上的Wnt信号受体FZD和共受体LRP5或LRP6形成的异源二聚体相互作用[50]，Dishevelled蛋白会被招募到细胞膜和FZD结合[7，25，29，52]，而通过被招募到细胞膜上的Dishevelled蛋白和Axin相互作用，Axin-GSK3蛋白复合物也被招募到细胞膜处[50]。GSK3[51]和Cdk14(PFTK1)-Cyclin Y有丝分裂激酶磷酸化LRP5/6受体胞内段[8]，随后，LRP5/6受体胞内段会进一步被CK1g磷酸化[9，56]。Dishevelled蛋白与FZD的结合提供了一个平台给予LRP5/6受体胞内段和Axin结合[38]。
胞质β-catenin是Wnt/β-catenin信号通路传导所必须的，而β-catenin的稳定性受到降解复合体的调控，APC、CK1a/d、GSK3a/b、Axin和β-catenin构成了降解复合体[38]。在没有Wnt配体到达靶细胞时，N端β-catenin先后被CK1、GSK3磷酸化[33]，而磷酸化的β-catenin会被β-TrCP蛋白诱导泛素化随后被蛋白酶体降解[1，24]，而当FZD和LRP5/6受体因Wnt配体刺激下形成Wnt-FZD-LRP5/6复合体时，β-catenin在胞质内的累积，这一过程目前存在着两种分子机制的假说：
第一种，降解复合体被重定位到细胞膜，而磷酸化的LRP受体可能直接抑制了GSK3的活性[49]，在降解复合体中的磷酸化的β-catenin泛素化过程受阻，使得降解复合体被磷酸化的β-catenin所饱和占据，从而造成了新合成出的β-catenin在细胞质中的累积[2，32]。
第二种，Wnt-FZD-LRP复合体的形成动态调控了β-catenin的磷酸化[17]，且使Axin蛋白去磷酸化，引起Axin和LRP以及β-catenin脱离，因而抑制了β-catenin的磷酸化[23]。
当β-catenin没有在胞质中累积时，TCF转录因子和Groucho蛋白结合转录抑制靶基因的表达 [6，42]。在胞质中大量累积了β-catenin后，β-catenin入核，Groucho/TLE转录抑制蛋白会被UBR5泛素化而失活[12]，而β-catenin会和TCF结合并使其转变为一个转录激活蛋白，进而转录激活下游的靶基因，虽然其它的一些非TCF转录因子也被暗示参与介导了Wnt/β-catenin信号，但在哺乳动物细胞和果蝇中TCF作为最终的effectors介导了所有Wnt/β-catenin信号靶基因的直接激活[38]。
Wnt/PCP 信号通路
Wnt/ PCP 信号通路是一类不依赖于β-catenin的Wnt信号通路，见图3。
图3. Wnt信号总览模式图
PCP即平面细胞极性 Planar cell polarity，Wnt/PCP信号通路起始于Wnt配体和受体FZD结合，激活的FZD激活Dishevelled蛋白和G蛋白三聚体，并形成Dishevelled复合体的组装。而激活的Dishevelled激活小GTPases Rho和Rac。Rho 活化过程需要 Daam-1 参与，且Rho可同时激活 Rho-相关激酶 ROCK。Rac 活化则不依赖于 Daam-1，且可激活C-Jun N末端激酶 (JNK) ，因而调控了肌动蛋白细胞骨架和细胞粘附[15，20，46，47]。
Wnt/PCP 通路往往与细胞的极性，排列，迁移有关。毛发的平面极性，果蝇小眼或耳蜗中感觉毛细胞的排列，以及汇聚延展过程中的细胞迁移，都与Wnt/PCP通路有关[39，46]。
Wnt/Ca2+信号通路
Wnt/Ca2+信号通路也是一类不依赖于β-catenin的Wnt信号通路，见图3。Wnt蛋白和FZD受体结合后激活Disheveled，进一步通过G蛋白激活PLC，从而产生DAG和IP3，上调细胞内Ca2+。
另一方面，Disheveled的激活会活化cGMP特异的磷酸二酯酶PDE6，降低细胞内的cGMP，而使PKG失活，从而导致细胞内Ca2+浓度升高。Ca2+浓度升高会升高会激活下游通路，可能调控细胞粘附，或是抑制经典Wnt信号通路，或是激活CaMKII并通过NF-AT转录因子转录下游基因[10，30，36，47]。Wnt/Ca2+信号通路对细胞粘附及原肠形成中的细胞运动起着重要作用[15，26]。
Wnt/β-catenin 信号的负反馈调节机制
多种分子机制调节着Wnt/β-catenin信号的强度，见图4，包括在Wnt/β-catenin信号通路的配体，受体，胞内和细胞核层面[50]。
图4. Wnt/β-catenin信号负反馈调节模式图 [50]
在配体层面，Tiki蛋白切割N端的Wnt配体来抑制Wnt/β-catenin信号[57]，而Notum蛋白去除Wnt配体蛋白的棕榈酸修饰也可以同样抑制Wnt/β-catenin信号[21，57]。而WIF或sFRPs蛋白可以通过直接和Wnt配体蛋白结合来阻止Wnt配体蛋白和受体复合物的结合[19，31，40，54]，以此来达到抑制Wnt/β-catenin信号的效果。
在Wnt/β-catenin信号受体层面，Dkk1通过和Wnt配体竞争结合LRP5/6来抑制Wnt/β-catenin信号[3，48]。而Rnf43和Znrf3是一类跨膜E3泛素化连接酶，参与了FZD受体的内吞和蛋白降解，从而降低了Wnt/β-catenin信号强度[16，27]。
在Wnt/β-catenin信号胞内层面，Axin蛋白的水平增加了降解复合物的形成，因而促进了β-catenin的降解，以形成对Wnt/β-catenin信号的负反馈[13]。NKD1也在胞内层面抑制Wnt/β-catenin信号，其可能的机制是结合并抑制Dishevelled蛋白[43]，而也有可能是NKD1直接和β-catenin蛋白相互作用并阻止其入核[53]。
最后在Wnt/β-catenin信号细胞核层面，神经系统中ICAT蛋白直接和β-catenin结合而抑制其在核内的活性，从而在具有时空性地抑制Wnt/β-catenin信号后向化的活性[45]。
Wnt/β-catenin信号通路与β-catenin有着密切的联系。
当缺少Wnt蛋白时，胞质β-catenin会被降解。β-catenin会被GSK3β和CK1激酶诱导磷酸化，磷酸化的β-catenin，Axin，APC和Disheveled会形成降解复合物，最终β-catenin被蛋白酶降解。
当细胞受到Wnt蛋白的刺激下，稳定化的β-catenin会进入细胞核，与转录因子TCF结合，激活下游诸多Wnt/β-catenin信号的靶基因，如Cyclin D1的转录。
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参考文献：
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