Reciprocal regulation of Wnt and Gpr177/mouse Wntless is required for embryonic axis formation  PNAS | November 3,2009 | vol.106 | no. 44, P. 18598-18603 Full Text with Figures | |
|
Members of the Wnt family are secreted glycoproteins that trigger cellular signals essential for proper development of organisms. Cellular signaling induced by Wnt proteins is involved in diverse developmental processes and human diseases. Previous studies have generated an enormous wealth of knowledge on the events in signal-receiving cells. However, relatively little is known about the making of Wnt in signal-producing cells. Here, we describe that Gpr177, the mouse orthologue of Drosophila Wis, is expressed during formation of embryonic axes. Embryos with deficient Gpr177 exhibit defects in establishment of the body axis, a phenotype highly reminiscent to the loss of Wnt3. Although many different mammalian Wnt proteins are required for a wide range of developmental processes, the Wnt3 ablation exhibits the earliest developmental abnormality. This suggests that the Gpr177-mediated Wnt production cannot be substituted. As a direct target of Wnt, Gpr177 is activated by (i-catenin and LEF/TCF-dependent transcription. This activation alters the cellular distributions of Gpr177 which binds to Wnt proteins and assists their sorting and secretion in a feedback regulatory mechanism. Our findings demonstrate that the loss of Gpr177 affects Wnt production in the signal-producing cells, leading to alterations of Wnt signaling in the signal-receiving cells. A reciprocal regulation of Wnt and Gpr177 is essential for the patterning of the anterior-posterior axis during mammalian development.
|
Члены семейства Wnt являются секретируемыми гликопротеинами, которые запускают клеточные сигналы, существенные для развития организмов (1,2). Аберрантная регуляция эвлюционно консервативного пути сигнальной трансдукции Wnt участвует в различных раках и врожденных болезнях (3, 4). Генетический анализ у мышей выявил важную роль разных Wnt белков в широком круге онтогенетических процессов (http:// www.stanford.edu/~rnuss/wntwindow.html). Дефицит Wnt3, по-видимому, вызывает самые ранние аномалии во время эмбриогенеза, указывая тем самым на важность передачи сигналов Wnt в детерминации оси (5). Три оси тела закладываются последовательно, чтобы генерировать ориентацию эмбриона (6-8). На ст. яйцевого цилиндра дорсо-вентральная ось формируется первой. Передне-задняя (A-P) ось закладывается, чтобы сформировать первичную полоску на заднем конце перед гаструляцией. Наконец, формируется лево-правосторонняя асимметрия, сопровождаемая поворотом эмбриона. Передача сигналов Wnt является критической для инициации эмбриональных осей в раннем развитии (9-11). Разрушение ключевых молекул, необходимых для регуляции передачи сигналов Wnt ведет к дефектам в формировании осевых паттернов (12-15).
Известно много о событиях в клетках, воспринимающих сигналы. До инициации с воих эффектов на клетки, получающие сигналы, Wnt белки подвергаются соответ. процессам модификации, сортировки и секреции в клетках, продуцирующих сигналы (16-19). Недавняя идентификация Wntless (Wls/Evi/ Srt) (20-22), регулятора продукции Wnt у Drosophila привлекла внимание к процессам созревания, сортировки и секреции в сигнал-продуцирующих клетках. Учитывая обширность семейства Wnt у высших организмов, неясно, сколько Wls генов присутствует и является ли Wls существенным для продукции Wnt production. В данной работе описывается Gprl77, мышиный ортолог Wls дрозофилы, необходимый для эмбриогенеза. разрушение Gprl77 нарушает формирование осевого паттерна, фенотип при этом напоминает потерю передачи сигналов Wnt3. Это нарушение не только затрагивает продукцию Wnt, но и также вмешивается в передачу сигналов Wnt. Как и транскрипционная мишень Wnt, Gprl77 усиливается, чтобы способствовать продукции Wnt с помощью позитивной петли обратной связи. Полученные результаты показывают, что реципрокная регуляция Wnt и Gprl 77 существенна для установления A-P оси у млекопитающих. Discussion Данное исследование демонстрирует существенную роль Gpr177, мышиного ортолога Wls Drosophila в закладке A-P оси. Генетический анализ у мышей показал потребность множестве различных Wnt белков для широкого круга онтогенетических процессов. Разрушение Wnt3, по-видимому, вызывает самые ранние аномалии развития. Мутация Gpr177 вызывает дефекты в формировании первичной полоски и мезодермы, сильно напоминая потерю Wnt3 (5). Это указывает на важную роль Gprl77 в сортировке и секреции Wnt. Gprl77-обеспечиваемая продукции Wnt существенна для развития млекопитающих.
Golgi накапливает эндогенный Gpr177 в нейральных стволовых клетках. Это согласуется с предыдущим анализом экзогенного Wls, избыточно экспрессирующегося в трансфицированных клетках (20, 35-37). Накопление в Golgi не связано со специфичностью типов клеток. В самом деле, высокие уровни Wnt белков обнаруживаются в нейральных стволовых клетках, где может быть обнаружена их ассоциация с Gpr177. Это указывает на то, что клеточная локализация Gpr177 может служить показателем Wnt-продуцирующих клеток. В самом деле, клетки, экспрессирующие Wnt обнаруживают повышенные уровни Gpr177, приводящие к скоплению в Golgi. Экспрессия Wnt может модулировать распределение Gpr177, это диктует пути доставки в сигнал-продуцирующие клетки. Этот регуляторный механизм обратной связи гарантирует соотв. пути сортировки, чтобы быть активированными для секреции белков Wnt (34-38). Напротив основная роль Gpr177, экспрессируемого на низких уровнях в клетках, не продуцирующих Wnt, может помочь в генерации градиента морфогена для эффектов на больших расстояниях посредством эндоцитоза и экзоцитоза. Дальнейший анализ маршрутов поставки Gpr177-содержащих пузырьков позволит установить механизм, лежащий в основе процесса созревания, сортировки и секреции Wnt.
Мы полагаем, что реципрокные взаимодействия между Wnt и Gpr177 играют ключевую роль в регуляции их экспрессии, субклеточного распределения, связывания и специфической ассоциации с органеллами. Механизмы, лежащие в основе реципрокной регуляции в клетках, продуцирующих Wnt, необходимы для формирования паттерна вдоль A-P оси. Потребность в передаче сигналов Wnt в развитии различных органов указывает на то, что Gpr177 может быть необходим и для этих онтогенетических процессов (1, 2). В самом деле. мы установили, что Gpr177 экспрессируется в разных тканях, включая почки, лёгкие, кожу, кишечник, головной и спинной мозг, скелет, глаза, экскреторные железы, уши, зубы и нёбные пластинки. Т.к. передача сигналов Wnt интимно связана с разнообразными раковыми опухолями и врожденными болезнями человека (3,4), то Gpr177 также может быть существенным для этого процесса. Создание линий мышей с генетической инактивацией Gpr177 пространственно-временным образом дает важную информацию о реципрокной регуляции Wnt и Gpr177 для развития и болезней. Существует 19 различных членов Wnt у млекопитающих, пока неизвестно необходим ли Gpr177 для продукции их всех.
|