WNKs en señalización de Wnt/β-catenina

Los factores de crecimiento de Wnt señalan a través de la vía canónica dependiente de Wnt (Wg) Encrespado (Fz)/β-catenina o a través de vías no canónicas de Wnt, como la vía de polaridad celular planar (PCP) de Wnt/Fz. Estas 2 vías están altamente conservadas evolutivamente de invertebrados a humanos. La señalización canónica de Wnt / β-catenina es esencial para muchos aspectos del desarrollo. En vertebrados, controla la especificación del eje dorsal–ventral embrionario (D–V), la proliferación celular, el mantenimiento de células madre y la vascularización. La señalización canónica aberrante de Wnt causa defectos de desarrollo perjudiciales y una variedad de cánceres.1,2 Por lo tanto, la regulación precisa de los componentes canónicos de señalización de Wnt/β-catenina es crucial para el desarrollo y la homeostasis tisular.

Durante la señalización (canónica) de Wnt, un Wnt (Wingless, Wg en Drosophila) señala a un receptor encrespado (Fz) y co-receptores LRP5/6 (Flecha en Drosophila), lo que conduce a la inhibición del complejo de degradación compuesto por la proteína de andamiaje Axina, el producto gen de poliposis adenomatosa coli (APC) supresor tumoral y GSK3ß, y por lo tanto permite que la β-catenina ingrese al núcleo y active la transcripción. Tras la activación de la vía Wnt, Dsh (Dvl en vertebrados), una proteína de andamio aguas abajo de Fz, es reclutada transitoriamente a la membrana y se hiperfosforila. Utilizando la fosforilación de Dsh como lectura de señalización de Wnt, identificamos el homólogo de Drosophila Wnk (sin lisina ) quinasa, como un regulador positivo de la señalización de Wnt.

Las quinasas Wnk son conocidas por su papel en la regulación de los principales transportadores de sodio (NCC, cotransportador Na–Cl; SLC12A) y potasio (ROMK, canal medular externo renal K+) en la nefrona distal del riñón. Las mutaciones en WNK1 y WNK4 causan el síndrome de Gordon (también conocido como hipertensión hipercalémica familiar o pseudohipoaldosteronismo tipo II), caracterizado por acidosis, hipercalemia e hipertensión.3 Más recientemente, WNK1 se relacionó con neuropatía hereditaria sensorial y autónoma tipo II( HSANII; ref. 4). Sin embargo, las funciones de desarrollo de los Wnk solo están surgiendo.

Recientemente mostramos que se requiere Wnk para los niveles máximos de señalización Wnt durante el desarrollo del ala en Drosophila.5 El agotamiento de Wnk por ARNi o en tejido mutante homocigoto llevó a fenotipos canónicos similares a la señalización de Wnt, como defectos en el margen de ala y en las cerdas del margen. Consistentemente, también establecimos que la expresión del objetivo de Wnt directo de umbral alto Sin sentido se redujo o perdió en el tejido que carece de wnk. Además, la reducción de la actividad de wnk suprime la muerte celular inducida por la sobreactivación de la señalización de Wnt (es decir, sobreexpresión de Dsh impulsada sin siete) en el ojo. De manera similar, las cerdas adicionales del ala inducidas por la sobreactivación de la señalización canónica de Wnt en el ala (a través de la sobreexpresión de dFz2 ) se suprimen al reducir la actividad de wnk. Por el contrario, la sobreexpresión concomitante de dFz2 y Wnk condujo a un aumento significativo en el número de cerdas de margen ectópico.

Pudimos identificar una función similar de Wnks en células humanas cultivadas. El derribo mediado por siRNA de WNK1 o WNK2 redujo significativamente la actividad de un reportero de señalización de Wnt TOPFlash, así como los niveles de β-catenina estabilizada en las células HEK293T. Por otro lado, la transfección de WNK2 estimuló la activación de Wnt3a de TOPFlash de una manera dependiente de la dosis y de la actividad de la quinasa. Tomados junto con los experimentos in vivo y epistasis de Drosophila, estos hallazgos implican que los WNKS desempeñan un papel positivo conservado en la regulación de la señalización canónica de Wnt/β-catenina.

¿Cómo afecta Wnk a la señalización Wnt? Nuestros datos de epistasis sugieren que Wnk actúa aguas abajo del ligando Wg, pero aguas arriba o a nivel de Dsh. En mamíferos, se sabe que las Wnk fosforilan canales iónicos directamente o a través de las quinasas intermedias SPAK y OSR1 (proteína tipo 1 quinasa rica en prolina-alanina relacionada con STE20/SPS1 y sensible al estrés oxidativo) para regular la homeostasis iónica. De hecho, nosotros y otros demostramos que Drosophila Wnk constitutivamente activa es capaz de fosforilar Fray, el homólogo Drosophila OSR1/SPAK, in vitro.5,6 El derribo de la refriega, a su vez, también resultó en una reducción de la expresión de Sens y en la pérdida de las cerdas del margen del ala in vivo, lo que sugiere que Wnk puede ejercer su función reguladora a través de la Refriega (Fig. 1). Este efecto de la Refriega sobre la señalización canónica parece conservarse en humanos, ya que el derribo mediado por siRNA de SPAK y OSR1 también redujo la actividad del reportero Wnt en cultivos celulares.5

Si Fray/OSR1/SPAK puede fosforilar directamente los componentes de la vía Wnt o si la regulación se produce a través de cambios en el transporte iónico queda por determinar (Fig. 1). Aunque los canales NKCC y KCC funcionan de forma neutra de carga, se ha demostrado que las bombas de protones afectan la señalización Wnt. Alternativamente, se ha demostrado que los Wnk alteran la localización de algunos de sus objetivos. Por ejemplo, se ha informado de que el tráfico de NCC a la membrana plasmática se ve afectado cuando WNK4 lo desvía para la degradación lisosomal.7 Aunque este proceso no involucra SPAK y OSR1, no podemos excluir que OSR1/SPAK/Fray pueda afectar la estabilidad o localización de los componentes de señalización Wnt.

Recientemente, también se ha demostrado que los wnk regulan la transcripción de genes diana. Tanto en el desarrollo neuronal de moscas como de ratones, los Wnks, junto con OSR1, regulan la expresión del factor de transcripción LIM-Homeobox Punta de flecha / Lhx86 (Fig. 1), mientras que durante el desarrollo de la línea lateral del pez cebra, el Wnk1b reprime el transportador KCC2.8 En conjunto, estos hallazgos plantean preguntas interesantes sobre el papel de las quinasas Wnk durante el desarrollo, y el trabajo futuro tendrá que dilucidar el mecanismo exacto por el cual Wnk modula la señalización Wnt y posiblemente otras vías.