WNKs im Wnt / β-Catenin-Signal

Wnt-Wachstumsfaktoren signalisieren entweder über den kanonischen Wnt (Wg) -Frizzled (Fz) / β-Catenin-abhängigen Signalweg oder über nicht-kanonische Wnt-Signalwege wie den Wnt / Fz-planar Cellular Polarity (PCP) -Signalweg. Diese 2 Wege sind evolutionär hoch konserviert von Wirbellosen zu Menschen. Die kanonische Wnt / β-Catenin-Signalisierung ist für viele Aspekte der Entwicklung unerlässlich. Bei Wirbeltieren steuert es die Spezifikation der embryonalen dorsal–ventralen Achse (D-V), die Zellproliferation, den Erhalt von Stammzellen und die Vaskularisierung. Aberrante kanonische Wnt-Signalisierung verursacht schädliche Entwicklungsdefekte und eine Vielzahl von Krebsarten.1,2 Daher ist eine präzise Regulation der kanonischen Wnt / β-Catenin-Signalkomponenten entscheidend für die Entwicklung und Gewebehomöostase.

Während der (kanonischen) Wnt-Signalisierung signalisiert ein Wnt (Wingless, Wg in Drosophila) einem Frizzled (Fz) -Rezeptor und Co-Rezeptoren LRP5/6 (Pfeil in Drosophila), was zur Hemmung des Abbaukomplexes aus dem Gerüstprotein Axin, dem Tumorsuppressor adenomatous polyposis coli gene product (APC) und GSK3ß führt und somit β-Catenin in den Zellkern eindringen und die Transkription aktivieren lässt. Bei Aktivierung des Wnt-Signalwegs wird Dsh (Dvl bei Wirbeltieren), ein Gerüstprotein stromabwärts von Fz, vorübergehend an die Membran rekrutiert und hyperphosphoryliert. Unter Verwendung der Dsh-Phosphorylierung als Wnt-Signalanzeige identifizierten wir das Drosophila Wnk (ohne Lysin) -Kinase-Homolog als positiven Regulator der Wnt-Signalgebung.

Wnk–Kinasen sind bekannt für ihre Rolle bei der Regulation der wichtigsten Natrium- (NCC, Na-Cl-Cotransporter; SLC12A) und Kalium- (ROMK, renal outer medullary K+ channel) Transporter im distalen Nephron der Niere. Mutationen in WNK1 und WNK4 verursachen das Gordon-Syndrom (auch bekannt als familiäre hyperkalämische Hypertonie oder Pseudohypoaldosteronismus Typ II), das durch Azidose, Hyperkaliämie und Hypertonie gekennzeichnet ist.3 In jüngerer Zeit wurde WNK1 mit hereditärer sensorischer und autonomer Neuropathie Typ II (HSANII; Ref. 4). Entwicklungsfunktionen von Wnks entstehen jedoch erst.

Wir haben kürzlich gezeigt, dass Wnk für Spitzenwerte der Wnt-Signalisierung während der Flügelentwicklung in Drosophila erforderlich ist.5 Die Depletion von Wnk durch RNAi oder in homozygotem Mutantengewebe führte zu kanonischen Wnt-signalähnlichen Phänotypen wie Flügelrand- und Randborstendefekten. Konsistent stellten wir auch fest, dass die Expression des hochschwelligen, direkten Wnt-Ziels sinnlos reduziert wurde oder in Gewebe ohne wnk verloren ging. Darüber hinaus unterdrückt die Reduktion der wnk-Aktivität den Zelltod, der durch Überaktivierung der Wnt-Signalisierung (d. H. siebenlos gesteuerte Dsh-Überexpression) im Auge induziert wird. In ähnlicher Weise werden zusätzliche Flügelborsten, die durch Überaktivierung der kanonischen Wnt-Signalisierung im Flügel (über Überexpression von dFz2) induziert werden, durch Verringerung der WNK-Aktivität unterdrückt. Umgekehrt führte die gleichzeitige Überexpression von dFz2 und Wnk zu einem signifikanten Anstieg der Anzahl ektopischer Randborsten.

Wir konnten eine ähnliche Funktion von Wnks in kultivierten menschlichen Zellen identifizieren. Der siRNA-vermittelte Knockdown von WNK1 oder WNK2 reduzierte signifikant die Aktivität eines TOPFlash-Wnt-Signalreporters sowie die Spiegel von stabilisiertem β-Catenin in HEK293T-Zellen. Andererseits stimulierte die Transfektion von WNK2 die Wnt3a-Aktivierung von TOPFlash in einer dosis- und kinaseaktivitätsabhängigen Weise. Zusammen mit den Drosophila-In-vivo- und Epistase-Experimenten implizieren diese Ergebnisse, dass WNKs eine konservierte positive Rolle bei der Regulierung der kanonischen Wnt / β-Catenin-Signalisierung spielen.

Wie beeinflusst Wnk die Wnt-Signalisierung? Unsere Epistasedaten legen nahe, dass Wnk stromabwärts des Wg-Liganden, aber stromaufwärts oder auf der Ebene von Dsh wirkt. Bei Säugetieren ist bekannt, dass Wnks Ionenkanäle direkt oder über die intermediären Kinasen SPAK und OSR1 (STE20 / SPS1-verwandte Prolin-Alanin-reiche und auf oxidativen Stress reagierende Protein-Typ-1-Kinase) phosphorylieren, um die Ionenhomöostase zu regulieren. In der Tat haben wir und andere gezeigt, dass konstitutiv aktive Drosophila Wnk in der Lage ist, Fray, das Drosophila OSR1 / SPAK-Homolog, in vitro zu phosphorylieren.5,6 Der Knockdown von Fray führte wiederum zu einer Verringerung der Sens-Expression und zum Verlust der Flügelrandborsten in vivo, was darauf hindeutet, dass Wnk seine regulatorische Funktion über Fray ausüben kann (Abb. 1). Dieser Effekt von Fray auf die kanonische Signalgebung scheint beim Menschen erhalten zu sein, da der siRNA-vermittelte Knockdown von SPAK und OSR1 auch die Wnt-Reporteraktivität in der Zellkultur reduzierte.5

Ob Fray/OSR1/SPAK Wnt-Signalwegkomponenten direkt phosphorylieren können oder ob die Regulation über Änderungen des Ionentransports erfolgt, muss noch ermittelt werden (Abb. 1). Obwohl NKCC- und KCC-Kanäle ladungsneutral funktionieren, wurde gezeigt, dass Protonenpumpen die Wnt-Signalisierung beeinflussen. Alternativ wurde gezeigt, dass Wnks die Lokalisierung einiger ihrer Ziele verändern. Beispielsweise wurde berichtet, dass der NCC-Handel mit der Plasmamembran beeinträchtigt wird, wenn WNK4 ihn für den lysosomalen Abbau umleitet.7 Obwohl dieser Prozess SPAK und OSR1 nicht beinhaltet, können wir nicht ausschließen, dass OSR1 / SPAK / Fray die Stabilität oder Lokalisierung von Wnt-Signalkomponenten beeinflussen könnte.

Kürzlich wurde auch gezeigt, dass Wnks die Transkription von Zielgenen regulieren. In der neuralen Entwicklung von Fliegen und Mäusen regulieren Wnks zusammen mit OSR1 die Expression des LIM-Homeobox-Transkriptionsfaktors Arrowhead / Lhx86 (Abb. 1), während Wnk1b während der Zebrafisch-Seitenlinienentwicklung den KCC2-Transporter unterdrückt.8 Zusammen werfen diese Ergebnisse interessante Fragen zur Rolle von Wnk-Kinasen während der Entwicklung auf, und zukünftige Arbeiten müssen den genauen Mechanismus aufklären, durch den Wnk die Wnt-Signalisierung und möglicherweise andere Signalwege moduliert.