WNKs dans la signalisation Wnt / β-caténine

Les facteurs de croissance Wnt signalent soit par la voie canonique Wnt (Wg)-Frizzled (Fz) / β-caténine dépendante, soit par des voies Wnt non canoniques, telles que la voie de polarité cellulaire planaire (PCP) Wnt / Fz. Ces 2 voies sont évolutivement très conservées des invertébrés aux humains. La signalisation canonique Wnt/β-caténine est essentielle pour de nombreux aspects du développement. Chez les vertébrés, il contrôle la spécification de l’axe dorso–ventral embryonnaire (D–V), la prolifération cellulaire, le maintien des cellules souches et la vascularisation. La signalisation canonique aberrante du Wnt provoque des défauts de développement préjudiciables et une variété de cancers.1,2 Ainsi, une régulation précise des composants canoniques de signalisation Wnt/β-caténine est cruciale pour le développement et l’homéostasie tissulaire.

Pendant la signalisation (canonique) du Wnt, un Wnt (Wingless, Wg chez la Drosophile) signale un récepteur et des co-récepteurs frisés (Fz) LRP5/6 (Arrow chez la Drosophile), ce qui conduit à l’inhibition du complexe de dégradation composé de la protéine d’échafaudage Axine, du produit du gène de la polypose adénomateuse coli suppresseur de tumeur (APC) et de GSK3ß, et permet ainsi à la β-caténine d’entrer dans le noyau et d’activer la transcription. Lors de l’activation de la voie Wnt, Dsh (Dvl chez les vertébrés), une protéine d’échafaudage en aval de Fz, est recrutée transitoirement dans la membrane et devient hyperphosphorylée. En utilisant la phosphorylation Dsh comme lecture de la signalisation Wnt, nous avons identifié l’homologue Wnk de la Drosophile (sans Lysine) kinase, comme régulateur positif de la signalisation Wnt.

Les kinases Wnk sont connues pour leur rôle dans la régulation des transporteurs principaux du sodium (NCC, cotransporteur Na–Cl; SLC12A) et du potassium (ROMK, canal médullaire externe rénal K+) dans le néphron distal du rein. Les mutations de WNK1 et WNK4 provoquent le syndrome de Gordon (alias hypertension hyperkaliémique familiale ou pseudohypoaldostéronisme de type II), caractérisé par une acidose, une hyperkaliémie et une hypertension.3 Plus récemment, WNK1 a été lié à une neuropathie héréditaire sensorielle et autonome de type II (HSANII; réf. 4). Les fonctions de développement des WNK ne font cependant qu’émerger.

Nous avons récemment montré que le Wnk est nécessaire pour les niveaux de pointe de signalisation du Wnt pendant le développement des ailes chez la Drosophile.5 L’épuisement du Wnk par l’ARNi ou dans le tissu mutant homozygote a conduit à des phénotypes canoniques de type signalisation du Wnt tels que des défauts de marge alaire et de poils de marge. De manière cohérente, nous avons également établi que l’expression de la cible Wnt directe à seuil élevé était réduite ou perdue dans les tissus dépourvus de wnk. De plus, la réduction de l’activité wnk supprime la mort cellulaire induite par la suractivation de la signalisation Wnt (c’est-à-dire une surexpression Dsh sans sept) dans l’œil. De même, les poils d’aile supplémentaires induits par la suractivation de la signalisation Wnt canonique dans l’aile (via une surexpression de dFz2) sont supprimés en réduisant l’activité wnk. Inversement, la surexpression concomitante de dFz2 et de Wnk a conduit à une augmentation significative du nombre de soies de marge ectopiques.

Nous avons pu identifier une fonction similaire des WNK dans des cellules humaines en culture. Le knockdown médié par le siRNA de WNK1 ou WNK2 a considérablement réduit l’activité d’un rapporteur de signalisation Wnt TOPFlash ainsi que les niveaux de β-caténine stabilisée dans les cellules HEK293T. D’autre part, la transfection de WNK2 a stimulé l’activation de TOPFlash par Wnt3a d’une manière dépendante de l’activité dose-et kinase. Pris ensemble avec les expériences de Drosophile in vivo et d’épistase, ces résultats impliquent que les WNK jouent un rôle positif conservé dans la régulation de la signalisation canonique Wnt /β-caténine.

Comment Wnk affecte-t-il la signalisation Wnt ? Nos données d’épistase suggèrent que Wnk agit en aval du ligand Wg, mais en amont ou au niveau du Dsh. Chez les mammifères, les WNK sont connus pour phosphoryler les canaux ioniques directement ou via les kinases intermédiaires SPAK et OSR1 (protéine kinase de type 1 riche en proline-alanine et sensible au stress oxydatif liée au STE20/SPS1) afin de réguler l’homéostasie ionique. En effet, nous et d’autres avons montré que la Drosophile Wnk constitutivement active est capable de phosphoryler Fray, l’homologue Drosophile OSR1/ SPAK, in vitro.5,6 Le renversement de la mêlée, à son tour, a également entraîné une réduction de l’expression du Sens et une perte des poils de la marge des ailes in vivo, suggérant que le Wnk peut exercer sa fonction de régulation via la mêlée (Fig. 1). Cet effet d’effilochage sur la signalisation canonique semble être conservé chez l’homme car le knockdown médié par le siRNA de SPAK et OSR1 a également réduit l’activité reporter du Wnt dans la culture cellulaire.5

Il reste à déterminer si Fray/OSR1/SPAK peut phosphoryler directement les composants de la voie Wnt ou si la régulation se produit via des changements dans le transport des ions (Fig. 1). Bien que les canaux NKCC et KCC fonctionnent de manière neutre en charge, il a été démontré que les pompes à protons affectent la signalisation Wnt. Alternativement, il a été démontré que les WNK modifient la localisation de certaines de leurs cibles. Par exemple, il a été rapporté que le trafic de NCC vers la membrane plasmique est affecté lorsque WNK4 le détourne pour une dégradation lysosomale.7 Bien que ce processus n’implique pas SPAK et OSR1, nous ne pouvons exclure que OSR1 /SPAK/ Fray puisse affecter la stabilité ou la localisation des composants de signalisation Wnt.

Récemment, il a également été démontré que les WNK régulent la transcription des gènes cibles. Dans le développement neuronal de la mouche et de la souris, les Wnks, avec OSR1, régulent l’expression du facteur de transcription LIM-Homeobox Arrowhead/Lhx86 (Fig. 1), alors que pendant le développement de la ligne latérale du poisson zèbre, Wnk1b réprime le transporteur KCC2.8 Ensemble, ces résultats soulèvent des questions intéressantes concernant le rôle des kinases Wnk au cours du développement, et les travaux futurs devront élucider le mécanisme exact par lequel Wnk module la signalisation Wnt et éventuellement d’autres voies.