Scientists working on Wnt proteins and those interested in stem cells now have good cause to celebrate. Active, pure Wnt has at last been isolated! A joint venture by the groups of Roel Nusse, Irving Weissman and Tannishtha Reya has shown that Wnts are palmitoylated and that Wnt signalling can induce self-renewal of haematopoietic stem cells (HSCs).
Reya, T. et al. A role for Wnt signalling in self-renewal of haematopoietic stem cells. Nature, 423, 448-452 (2003) | | |
Willert, K. et al. Wnt proteins are lipid-modified and can act as stem cell growth factors. Nature, 423, 409-414 (2003) | | |
Wnt молекулы регулируют многие аспекты развития, такие как пролиферация стволовых клеток, но исследований этих процессов ex vivo мало из-за неспособности очистить достаточные количества растворимых и активных Wnts. Karl Willert с коллегами из Nusse's laboratory занялись средой после Wnt-экспрессирующих (и секретирующих) клеток с помощью хроматографии в присутствии детергента, size-exclusion хроматографии и затем обмена катионами, чтобы получить фракции Wnt (в данном случае ), которые очищены >95%. Важно, что эти очищенные Wnt3a все еще м. стабилизировать цитозольный , известную мишень для Wnt.
То, что необходим детергент в течение всей очистки указывает на то, что Wnts являются гидрофобными, а метаболическое мечение указывает на то, что Wnt3a palmitoylated. Дальнейший анализ показал, что наиболее N-терминально законсервированный остаток цистеина у членов семейства Wnt (C77 в Wnt3a) является мишенью. Мутация этого остатка хотя и не влияет на уровень секретируемого белка, обусловливает потерю гидрофобности и делает белок неактивным в условиях стабилизации β-catenin. В соответствии с важностью этого остатка природные аллели с потерей функции у Drosophila и C. elegans (который является гомологом Wnt) затрагивают этот законсервированный цистеин.
Weissman, Nusse и Reya затем показали, что очищенный Wnt3a индуцирует пролиферацию HSCs, клеток, которые дают все ростки крови. Неочищенный Wnt3a, напротив, индуцирует дифференцировку. Wnt3a-обработанные HSCs затем трансплантировали летально облученным мышам и : недель спустя 100% мышей содержали производные доносрких клеток. Такая частота восстановления указывает на то, что происходит само-обновление in vitro.
Во второй статье в Nature Weissman, Reya и др. показали важность Wnt сигнального пути как целого в гомеостазе HSC in vitro и in vivo. В долговременных экспериментах с экспрессие постоянно активного β-catenin поддерживали HSCs в незрелом состоянии, позволяя тем самым клеткам пролиферировать. Трансплантационный анализ снова показал, что размножившиеся HSCs сохраняют свою функцию. Используя репортерную конструкцию авт. установили, что HSCs в своих нормальных микроусловиях отвечают на эндогенные канонические Wnt сигналы. Передача сигналов Wnt необходима также для нормального роста HSC; экспрессии растворимой формы Frizzled cysteine-rich домена или эктопической экспрессии (который увеличивает деградацию β-catenin) — оба из которых ингибируют передачу сигналов Wnt — ингибируя рост HSCs. In vivo трансплантации axin-экспрессирующих HSCs облученным мышам ингибировали восстановление гематопоэтической системы у этих мышей. Наконец, было установлено, что и , гены, которые участвуют в само-обновлении HSC, усиливают свою активность в ответ на передачу сигналов Wnt.
Компоненты сигнального пути Wnt ранее были замечены в регуляции пролиферации клеток предшественников кожи, кишечника и головного мозга. Обнаружение, что растворимый Wnt3a м. вызывать пролиферацию HSCs открывает возможность использования передачи сигналов Wnt в качестве "...a general cue for self-renewal in stem and/or progenitor cells from diverse tissues". Важно, что передача сигналов Wnt м. облегчать экспансию от пациента или аллогенных доноров HSCs и в будущем м. стать источником для трансплантации. Наконец, авт. полагают, что передача сигналов Wnt/β-catenin м.б. важным регулятором само-обновления опухолевых стволовых клеток.