Non-canonical Notch signaling: emerging role and mechanism  Trends in Cell. Biol. Volume 22, Issue 5, May 2012, Pages 257–265 http://dx.doi.org/10.1016/j.tcb.2012.02.003 | ||
|
Notch is an ancient transmembrane receptor with crucial roles in cell-fate choices. Although the ‘canonical’ Notch pathway and its core members are well established – involving ligand-induced cleavage of Notch for transcriptional regulation – it has been unclear whether Notch can also function independently of ligand and transcription (‘non-canonically’) through a common mechanism. Recent studies suggest that Notch can non-canonically exert its biological functions by post-translationally targeting Wnt/β -catenin signaling, an important cellular and developmental regulator. The non-canonical Notch pathway appears to be highly conserved from flies to mammals. Here, we discuss the emerging conserved mechanism and role of ligand/transcription-independent Notch signaling in cell and developmental biology. Рисунки и табл. в оригинале статьи |
Canonical versus non-canonical Notch signaling Ген кодирующий трансмембранный белок Notch был всесторонне исследован в отношении его функции и механизмов1-4. Идентифицированы ключевые члены передачи сигналов Notch, включая лиганды, протеазы и транскрипционные кофакторы, была сформирована догма о каноническом пути передачи сигналов Notch (Box 1). Хотя Notch обеспечивает ряд биологических процессов посредством канонического пути, описана независимая от лиганда или транскрипции (неканоническая) функция Notch5-29. Однако, благодаря отсутствию механистического понимания, было неясно, представлена ли неканоническая функция в роли Notch. В последние годы многие лаб. сообщали о новой неканонической роли Notch 5,15,17, 30: противодействующей передаче сигналов Wnt/β-catenin (Box 2) - критическому регулятору развития и болезней - независимому от Notch лиганда зависимому расщеплению или ядерной локализации. Учитывая существенное реципрокное вовлечение передачи сигналов Notch и Wnt/β -catenin в фундаментальных клеточных процессах, таких как экспансия и дифференцировка, понимание неканонической роли Notch д. предоставить бесценную информацию для регенеративной медицины и терапии болезней.
Box 1. Canonical versus non-canonical Notch signaling Notch is an evolutionarily-conserved single-pass transmembrane receptor that affects numerous cell fate decisions through short-range cell-cell interactions. Notch protein (cLIN-12 and cGLP-1 in Caenorhabditis elegans, Notch in Drosophila, Notch1-4 in mammals) consists of the extracellular domain (NECD) with 29-36 epidermal growth factor (EGF) repeats for ligand binding, the transmembrane domain (TM), and the intracellular domain (NICD) with transcriptional activity 1 and 76. The canonical Notch pathway initiates when Notch ligands - transmembrane proteins characterized by three motifs: DSL (Delta, Serrate, LAG-2), DOS (Delta and OSM-11 like) and EGF repeats - bind to the EGF repeats 11-12 and 24-29 of NECD from adjacent cells (Figure Ia). The ligand-NECD interaction allows members of the a-secretase/metalloprotease family (ADAM10/Kuzmanian, ADAM17/TACE) to shed NECD, leading to sequential cytoplasmic cleavage of NICD by ?-secretase - a multi-subunit protease complex composed of presenilin (PS), nicastrin (NCT), Aph-1, Pen-2 and others 77, 78 and 79. The resulting NICD translocates to the nucleus, where the RAM domain of NICD interacts with the DNA-binding transcription factor CSL (CBF1/RBPjk in vertebrates, Suppressor of Hairless in Drosophila, Lag-1 in C. elegans). NICD functions as a coactivator for CSL, Mastermind-like proteins (Mastermind in Drosophila, MAML1 in mammals, Lag-3 in C. elegans) and other cofactors such as CBP/p300 to transcriptionally activate Notch target genes 80, 81 and 82. In the absence of NICD, CSL functions as a sequence-specific repressor [83]. In addition to the RAM domain, NICD consists of an Ankyrin repeat domain, which is involved in protein interactions, a transactivation domain and a PEST domain rich in proline, glutamate, serine and threonine residues. 
Figure I. Canonical versus non-canonical Notch signaling.
Non-canonical Notch signaling is CSL-independent and can be either ligand-dependent or independent (Figure Ib). Although some genes are affected by non-canonical Notch function, in most cases the mediators of non-canonical Notch signaling are unknown (summarized in Table 1). The most well-studied and conserved effect of non-canonical Notch function is regulation of Wnt/?-catenin signaling: Notch binds and titrate levels of the obligate Wnt-signaling component active ?-catenin. Therefore, active ?-catenin activity may serve as a useful readout for non-canonical Notch signals. Currently, at least in mammals, there is no simple genetic approach or tool available to test non-canonical Notch function in vivo; testing probably requires combinatorial deletion/overexpression of Notch members including Notch, NICD, CSL, Mastermind, Ligands, and Presenilin. Неканоническая передача сигналов Notch является CSL-независимой и может или зависеть или не зависеть от лиганда (Figure Ib). Хотя некоторые гены затрагиваются неканонической функцией Notch, в большинстве случаев медиаторы неканонической передачи сигналов Notch неизвестны (summarized in Table 1). Наиболее хорошо изучен и законсервирован эффект неканонической функции Notch это регуляции передачи сигналов Wnt/β-catenin: Notch соединяется и титрует уровни обязательного компонента передачи сигналов Wnt активного β -catenin. Следовательно, активность активного β -catenin может служить в качестве пригодного показателя неканонических Notch сигналов. Сегодня, по крайней мере, у млекопитающих не существует простого генетического подхода или инструмента, пригодного для тестирования неканонической функции Notch in vivo.
Box 2.Wnt/β -catenin signal transduction pathway 50, 84 and 85 The Wnt signaling pathway is a conserved cascade that regulates a number of crucial developmental and stem cell processes (Figure II). The central signaling component is β-catenin, an obligatory transcriptional mediator. Wnt/β -catenin signaling is initiated when the secreted glycoprotein Wnt binds to the cognate receptor complex of Frizzled and Lrp. This interaction activates the cytoplasmic protein Dishevelled, which stabilizes Я-catenin by inhibiting the kinase activity of the destruction complex of adenomatous polyposis coli (APC), axin, and glycogen synthase kinase-3Я (GSK3Я). Active (unphosphorylated at Ser37/Thr41) Я-catenin translocates to the nucleus where it binds to the TCF/lymphoid enhancer factor (LEF) transcription factors to activate Wnt target genes. In the absence of Wnt, the destruction complex phosphorylates the N-terminal of Я-catenin to lead to ubiquitin-mediated proteolytic degradation.  Figure II. Proposed model for Numb regulation of Notch and β -catenin.
Early evidence of non-canonical Notch function Некоторые из наиболее ранних доказательств неканонической передачи сигналов Notch получены в исследованиях in vitro, при которых повышенные уровни Notch1 ингибировали дифференцировку миобластов (C2C12) в мышечные клетки8-10. Авт. предположили, что помимо обычной передачи сигналов Notch, ингибирование дифференцировки миобластов не нуждается в домене, взаимодействующим с CSL, в Notch1 и не обусловливается CSL или известными генами мишенями для Notch, указывая тем самым на существование CSL-независимого Notch пути9,10. In vivo исследования потери функции Notchу Drosophila показали, что Notch осуществляет свой ингибирующий эффект, чтобы выбрать мышечные предшественники из мезодермы даже в отсутствии лиганда и/или CSL [19]. Эта находка предоставила неотразимое доказательство, что независимая от лиганда и CSL функция Notch присутствует и действует во время развития. С тех пор ligand/CSL-независимая Notch функция была описана в разных системах и у разных видов (Table 1). Однако, в большинстве случаев ключевые медиаторы неканонической передачи сигналов Notch неизвестны и предполагаемые механизмы, по-видимому, варьируют в зависимости от контекста. Существует ли консервативный механизм? В то время как CSL-независимая активность Notch может быть обнаружена из взаимодействий Notch с non-CSL транскрипционными факторами в ядре31,32, это не объясняет независимой от лиганда функции Notch. Более того, эндогенный белок Notch в основном обнаруживается в клеточных мембранах и цитоплазме и редко наблюдается в ядре [33], указывая, что Notch может взаимодействовать в цитоплазме с др. молекулами, затрагивающими их функцию после их трансляции. Заслуживает внимание то, что описанные неканонические функции Notch были в основном идентифицированы в стволовых клетках и клетках предшественниках или эмбриональных и примордиальных клетках у разных видов, которые способны к экспансии и/или дифференцировке. Это указывает на то, что неканоническая передача сигналов Notch может играть важную роль в популяциях недифференцированных ранних клеток и может взаимодействовать с консервативными клеточными регуляторами. Передача сигналов Wnt/β -catenin является одним из таких регуляторов, с которым Notch часто взаимодействует в ходе развития; их функциональные и молекулярные взаимодействия обсуждаются ниже. Table 1. Evidence of CSL/ligand-independent Notch signaling Functional interaction of non-canonical Notch andWnt/β -catenin signaling Notch осуществляет повторяющееся общение с передачей сигналов Wnt/β -catenin в многочисленных типах клеток и контекстах во время развития (summarized in Table 1 in [34]). Взаимодействие передачи сигналов Notch и Wnt впервые открыто в крыловых имагинальных дисках Drosophila, где Notch экспрессируется одновременно с Wingless (Drosophila Wnt-1) и принуждает передачу сигналов Wingless29,35. Notch взаимодействует с передачей сигналов Wnt/β -catenin синергичным или антагонистическим способом в зависимости от контекста24,27. Взаимно усиливающие взаимодействия обычно используют ligand/CSL-зависимую передачу сигналов Notch. Напр., Notch и β -catenin синергично действуют, чтобы индуцировать артериальные эндотелиальные клетки и экспрессию генов RBP-J зависимым способом [36]. Синергичная активность передачи сигналов Notch и Wnt/β -catenin также обнаруживается в ранних предшественниках кишечника и в аденомах [37].
В противоположность ligand/CSL-независимой передаче сигналов, Notch сигналы часто ассоциируют с противодействием передаче сигналов Wnt/β -catenin. У Drosophila, Wingless необходим для индукции Slouch (S59)+ мышечных предшественников и избыточность его функции вызывает их экспансию [18]. Notch-нулевая мутация также ведет к избыточным количествам мышечных предшественников независимо от лигандом/CSL-обусловленного латерального ингибирования, а дефицит Notch - но не лигандов или CSL - восстанавливает индукцию Slouch+ предшественников в отсутствие Wingless сигналов [18]. Сходным образом снижение передачи сигналов Notch или увеличение передачи сигналов Wnt способствуют экспансии Evenskipped+ кардиальных предшественников во время развития [38], хотя взаимодействие передачи сигналов Notch и Wnt в этом случае не установлено. Эта репрессивная роль Notch также была идентифицирована на уровне генных промоторов, где Notch ингибировал активность Wingless на мезодермальный энхансер независимо от функции CSL в периферической нервной системе, а также в эпителиальных клетках17, 24-26.
Интересно, что антагонизм Notch передаче сигналов Wnt, которая контролирует количества клеток предшественников, законсервирован в стволовых клетках и клетках предшественниках у млекопитающих. У эмбрионов мыши устранение Notch1 в Islet1+ клетках кардиальных предшественников (CPCs) приводит к экспансии CPCs, при этом увеличиваются уровни активного белка β-catenin и ингибируется их дифференцировка в кардиомиоциты [39]. Фенотип может быть воспроизведен, но не с помощью делеции CSL, а с помощью стабилизации β-catenin или воздействия Wnt3a5,39,40. Напротив, β-catenin-обусловленная экспансия восстанавливается, когда внутриклеточный домен Notch (NICD) ко-экспрессируется в CPCs предшественниках [5], указывая, что Notch негативно регулирует активность β-catenin. В клетках эпителиальных предшественников делеция Notch1 вызывает эпидермальную гиперплазию, тогда как повышенные уровни активированного Notch1 ведут к аресту роста и индукции маркеров ранней дифференцировки посредством CSL-независимого механизма [41]. Сходным образом, Notch-обусловленный антагонизм передаче сигналов Wnt/β -catenin наблюдается в эмбриональных стволовых клетках (ESCs), нейральных стволовых клетках и мезенхимных стволовых клетках [5].
Эти находки могут указывать на на эволюционно законсервированную роль неканонической передачи сигналов Notch в контроле экспансии стволовых клеток и клеток предшественников, обеспечиваемой с помощью канонической передачи сигналов Wnt и подтверждают мнение, что Notch может функционировать как опухолевый супрессор [42]. Напр., делеция Notch1 в эпидермисе вызывает гиперплазию эпидермиса и роговицы, приводя к канцерогенезу кожи [43]. Гиперплазия сопровождается усилением передачи сигналов Wnt/β -catenin в эпидермисе, которая может быть снижена после избыточной экспрессии NICD [43]. Кроме того, хотя взаимодействие с передачей сигналов Wnt не установлено, но дефицит Notch1 ведет к высокому показателю и прогрессированию рака поджелудочной железы, если активируется GTPase K-ras [44]. Курьёзно, но Notch считается онкогеном при немногих др. раковых опухолях [45]. Однако Notch-обеспечиваемый туморогенез нуждается в активации др. онкобелка; следовательно, это расхождение может отражать контекст-зависимую природу передачи сигналов Notch.
Итак, эти находки указывают, что неканоническая функция Notch может быть тесно ассоциирована с ингибированием канонической передачи сигналов Wnt во время развития стволовых клеток и клеток предшественников и при онкогенезе. Тем не менее, механизмы, с помощью которых Notch негативно регулирует передачу сигналов Wnt/β-catenin посредством ligand/CSL-независимого пути, до сих пор неизвестны.
Molecular link between non-canonical Notch and Wnt signals: active β-catenin Отщепленный NICD долгое время считали активированной формой Notch, тогда как нерасщепленный, связанный с мембраной Notch считали биологически неактивным и постоянно подвергающимся интернализации для рециклинга и деградации посредством эндо-лизосомного пути [46]. Интересно, что нерасщепленный полной длины Notch1 в плазматической мембране генерируется за счет инактивации Notch-преобразующей протеазы Furin или сайт-специфического мутагенеза последовательности мишени для Furin в Notch, в принципе может ингибировать миогенез C2C12 миобластов [8], который также обеспечивается с помощью канонической передачи сигналов Notch [47]. Однако в отличие от канонической передачи сигналов Notch нерасщепленный Notch обеспечивает это событие, не затрагивая экспрессию миогенного главного транскрипционного фактора MyoD. Это исследование подтвердило, что Notch может влиять на судьбы клеток и дифференцировку неканоническим способом. В 2005 было продемонстрировано, что связанная с мембраной форма Notch физически взаимодействует с β-catenin и модулирует передачу сигналов Wnt за счет негативного регулирования активности β-catenin у мух [30]. Это исследование предоставило первое механистическое указание in vivo на противодействие передаче сигналов Wnt с помощью нерасщепленного Notch без использования Notch лигандов и CSL.
Недавние исследования in vivo и in vivo предоставили дальнейшую информацию о том, что Notch функционирует не только как связанный с мембраной транскрипционный фактор, но и также пост-трансляционно путем понижения уровней транскрипционно активной формы β-catenin в качестве связанного с мембраной регулятора5,15,17. Эта форма β-catenin дефосфорилирована по Ser37 и Thr41 и обычно составляет небольшую фракцию от общего количества β-catenin [48]. В большинстве популяций стволовых клеток и клеток предшественников у млекопитающих уровни Notch, по-видимому, обратным образом скоррелированы с активным β-catenin; повышенные уровни мембранного Notch понижают уровни активного β-catenin, а пониженные уровни Notch увеличивают уровни активного β-catenin. Notch регуляция, однако, по-видимому, не влияет на общие уровни β-catenin белка и транскриптов, а скорее на мишени для активного β-catenin5,30,39. В соответствии с этим физическая ассоциация Notch и β-catenin в основном известна для клеток с высокими уровнями активного β-catenin5,39. Домен связывания CSL в Notch, RAM домен, также необходим для физического взаимодействия и регуляции активного β-catenin5,49, выполняя двойную роль в канонической и неканонической функции Notch.
Неожиданно оказалось, что регуляция мембранным Notch активного β-catenin происходит независимо от GSK3β, основного компонента комплекса деструкции, который действует посредством ubiquitin-proteasome системы50,51. Генетический анализ показал, что мембранный Notch всё ещё способен противостоять повышенной активности β-catenin, возникающей в результате потери функции GSK3β [30]. Сходным образом, мембранный Notch может эффективно понижать уровни активного β-catenin в стволовых клетках, обработанных ингибитором GSK3β, 6-bromoindirubin-3'-oxime (BIO) [5]. Однако новые исследования показали, что Axin и Apc - др. ключевые компоненты деструктивного комплекса - участвуют в этой регуляции путем модуляции эндоцитоза и доставки мембранного Notch [16]. В этом процессе, Axin или Apc был необходим для нормальной доставки мембранного Notch, который может вносить вклад в зависимое от Notch понижение уровней активного β-catenin в дополнение к деградации β-catenin с помощью деструктивного комплекса [16]. Неизвестно, участвуют ли Axin и APC в эндоцитозе и доставке Notch у позвоночных.
Подобно ингибирующей роли нерасщепленного мембранного Notch в дифференцировке C2C12 миобластов, повышенные уровни закрепленной на мембране формы Notch в дифференцирующихся ESCs, как было установлено, супрессируют индукцию Brachyury+ мезодермальных клеток, в зависимости от передачи сигналов Wnt/β-catenin [52]. Это может указывать на то, что связанный с мембраной Notch модулирует Wnt/β -catenin-обеспечиваемые клеточные реакции стволовых клеток. Интересно, что фенотип воспроизводился, когда эндопротеолиз Notch был блокирован воздействием на клетки γ-secretase ингибитора (GSI), N-[N-(3,5-difluorophenacetyl-L-alanyl)]-S-phenylglycine t-butyl ester (DAPT), демонстрируя тем самым, что повышенные уровни эндогенного связанного с мембраной Notch может негативно регулировать уровни активного β-catenin 5,53. В самом деле, воздействие DAPT понижает уровни активного β-catenin и активность различных стволовых клеток и клеток предшественников и раковых клеток [5]. Соотв., блокирование активности α-secretase, необходимое для лигандом обеспечиваемого отщепления NECD, дает сходный результат [5]. Это удивительно, поскольку ингибиторы γ-secretase широко используются в качестве мощных ингибиторов канонической передачи сигналов Notch, но что удивительно возникающие в результате противоположные биологические эффекты: передача сигналов Wnt/β-catenin увеличивается при дефиците Notch, но понижается с помощью DAPT. Это может объяснить некоторые аспекты фенотипических отличий между DAPT и др. мутациями потери функции Notch, описанными ранее.
Многочисленные клинические исследования демонстрируют, что субнабор не стероидных противовоспалительных лекарств (NSAIDs) обладает значительной GSI активностью, а их хроническое использование ассоциирует со снижением риска развития различных типов раковых клеток - включая колоректальные раки человека - чей туморогенез инициируется усилением активности активного β-catenin54-56. Хотя их противораковые эффекты были в основном приписаны противовоспалительной функции NSAIDs, активность GSI, скорее всего, также вносит вклад в благоприятный эффект57,58. Фактически лечение колоректального рака человека с помощью ibuprofen, широко используемого NSAID лекарства и активностью GSI, снижало уровни активного β-catenin и его активность Notch1-зависимым образом [5], которое согласуется с описаниями in vivo, что количество аденом снижается после воздействия GSI59,60. Курьезно, делеция CSL также вызывает снижение кишечных аденом [60], предполагая, что каноническая передача сигналов Notch может выполнять онкогенную функцию в этом контексте. Если это верно, хотя CSL может независимо функционировать как репрессор транскрипции61,62, то воздействие GSI может одновременно ингибировать каноническую передачу сигналов Notch и активировать неканоническую функцию Notch, это может усиливать защитные эффекты на туморогенез, связанный с высокими уровнями передачи сигналов Notch/CSL и активного β-catenin. В самом деле, обработка GSI , как было установлено, супрессирует экспансию клеток кишечных аденом, вызываемую мутациями APCin vivo и in vitro5,60.
Деградация активного β-catenin белка за счет деструктивного комплекса хорошо известна и использует фосфорилирование N-конца β-catenin, приводя к протеосомной деградации50,51. Дискредитация активности комплекса деградации не удерживает мембранный Notch от супрессии уровней белка активного β-catenin и его активности5,30, подразумевая, что Notch перемещает активный β-catenin в протеосомы каким-то др. образом или приводит к лизосомной деградации. Однако, воздействие DAPT эффективно снижает активный β-catenin в присутствии протеосомных ингибиторов, подтверждая независимый от протеосом механизм, при котором стволовые и раковые клетки посттранскрипционно титруют дозу активного β-catenin. Эксперименты по вытеснению метки (pulse-chase) подтверждают идею деградации с помощью лизосомного пути активного β-catenin; авт. показали на развивающихся крыловых имагинальных дисках мух, что связанный с мембраной Notch подвергается активному эндоцитозу в эндосомный компартмент независимым от лиганда способом и что некоторые интернализованные молекулы Notch ко-локализуются с β-catenin в эндоцитотических пузырьках [17]. Эндоцитоз и доставка нуждаются в RAM-ANK домене, которые также важен для физического взаимодействия Notch и β-catenin в ESCs5,17. Однако неясно, могут ли высокие уровни активного β-catenin активно вызывать эндоцитоз и доставку. Сходная находка описана в APC-мутантых колоректальных клетках человека, где закрепленная на мембране форма Notch колокализовалась с активным β-catenin и лизосомным белком Lamp1 [5]. Более того, снижение лизосомной активности с помощью bafilomycin A1, специфического ингибитора вакуолярной proton ATPases [63], устраняло DAPT-индуцированное снижение уровней активного β-catenin в ESCs мыши [5]. Т.о., существуют убедительные доказательства, что связанный с мембраной Notch контролирует пул активного β-catenin с помощью эндо-лизосомной деградации (Figure 1).
Figure 1. Post-translational regulation of Я-catenin protein by Notch. Notch can negatively regulate active Я-catenin levels in a non-canonical fashion. In the presence of Wnts, membrane-bound Notch forms a complex with active Я-catenin and degrades active Я-catenin through an endo-lysosomal pathway. The degradation is independent of GSK3Я-dependent destruction complex. Whether Notch is recycled back to the membrane is unclear. NICD can also regulate active Я-catenin levels in a similar mechanism, although it is unknown whether endogenously processed NICD regulates active Я-catenin protein. Protein interactions can be either direct or indirect.
Хотя нерасщепленный Notch, по-видимому, модулирует уровни и активность активного β-catenin посредством лизосомного пути, однако неоднозначно, что отщепленный NICD также обеспечивает подобное событие с помощью сходного механизма. Некоторые исследования по избыточной экспрессии NICD подтвердили. что NICD также может противодействовать передаче сигналов Wnt/β-catenin путем воздействия на активный β-catenin и тем самым влиять на клеточные процессы15,17. У позвоночных активность активного β-catenin специфицирует судьбы дорсальных клеток во время раннего эмбриогенеза, это важно для становления дорсо-вентральной оси, а вентральная избыточная экспрессия β-catenin вызывает дорсализацию вентральных клеток64,65. Сообщалось, что повышенные уровни NICD вентрализуют эмбрионов лягушек, противодействуя дорсализующей активности активного β-catenin [15]. Как и в случае связанного с мембраной Notch, повышенные уровни NICD снижают уровни β-catenin способом, который нечувствителен к активности GSK3β [15]; это также наблюдалось в др. типах клеток, включая ESCs, CPCs и ST-2 стромальные клетки5,66. Напротив, GSK3β, как было установлено, защищает NICD от протеосомной деградации [67]. Ядерная локализация NICD, по-видимому, зависит от уровней β-catenin в бластуле Xenopus и раковых клетках; избыточная экспрессия NICD наблюдается в цитозоле и ядрах, но когда он ко-экспрессируется с β-catenin, то NICD не обнаруживается в ядрах, а в межклеточных соединениях [15], напоминая процесс, обеспечиваемый соединенным с мембраной Notch [17].
Большинство этих находок указывает, что повышенные уровни NICD могут ингибировать уровни активного β-catenin с помощью механизма, сходного с тем, что у связанного с мембраной Notch. Однако при эндогенных условиях NICD д. в основном транслоцироваться в ядро после отщепления от мембранной части, тогда как избыточная экспрессия NICD ведет к аберрантной локализации значительных количеств NICD в цитозоле. Т.о., хотя NICD взаимодействует с активным β-catenin для обеспечения деградации с помощью лизосом в цитозоле, это может быть не его обычной функцией при физиологических условиях.
Курьезно, но Notch, как было установлено, физически ассоциирует с эндоцитотическим белком Numb и нуждается в Numb и его гомологе Numblike, чтобы регулировать активность активного β-catenin в ES клетках5,68. Эти находки показывают, что Numb может быть ключевым компонентом неканонического пути Notch. Potential role of Numb in Notch and Я-catenin regulation Поскольку Notch был определен как фундаментальный медиатор внешних факторов для спецификации клеточных судеб, то Numb был идентифицирован как первичный внутренне присущий фактор, который противодействует Notch в классических исследованиях на дрозофиле [68]. Это взаимодействие зависит от пространственно-временного распределения Numb во время клеточного деления на одном полюсе клетки, приводя к асимметричному клеточному делению, при этом дочерние клетки приобретают разные свойства и разные судьбы69,70.
Numb может ингибировать каноническую активность Notch за счет прямого взаимодействия или в качестве медиатора, рекрутирующего др. факторы для предупреждения ядерной транслокации белка Notch69,71. Один из механизмов ингибирования нуждается в связывании Numb с NICD из связанного с мембраной Notch, как третьей стороны для секвестрации Notch [72]. Напр., α-adaptin, компонент адапторного комплекса 2, асимметрично распределен с Numb и эти белки взаимодействуют, чтобы индуцировать эндоцитоз Notch в специфических местах [72]. Numb-зависимая регуляция Notch может также осуществляться посредством независимого от эндосом пути [73]. Напр., Numb взаимодействует с E3 лигазой, чтобы способствовать убиквитинированию связанного с мембраной Notch, приводя его к последующей деградации [74].
Связанный с мембраной Notch постоянно интернализуется посредством эндоцитоза и затем отсортировывается для осуществляемого эндосомами рециклинга и отправки на мембрану или на лизосомную деградацию с помощью Numb [75]. Поскольку Numb и его гомолог Numblike, по-видимому, необходимы для деградации активного β-catenin с помощью мембранного Notch [5], то разумно предположить, что комплекс Notch-β-catenin переносится в лизосомы для деградации. Это согласуется с недавними находками, что Notch ассоциирует с активным β-catenin и они вместе эндоцитозируются в эндосомный компартмент [17]. Остается определить, обладает ли Numb общим молекулярным аппаратом для регуляции Notch и активного β-catenin и если это так, то как Numb избирательно влияет на активность и уровни Notch и активного β-catenin (Figure 2).  Figure 2. Proposed model for Numb regulation of Notch and Я-catenin. Numb could bind directly to Notch independently of a-adaptin (a) or could bind via an a-adaptin-dependent mechanism (b) with subsequent targeting of the Numb-Notch complex for lysosomal degradation. In both cases it might be possible that activated Я-catenin could also be targeted for lysosomal destruction either as an innocent bystander or through an active process with unknown partners. Downregulation of Notch may occur through Numb-mediated targeting via ubiquitination intermediaries, such as E3-ligase, for proteasome-mediated degradation (c).
Physiological significance Растут доказательства, что существуют сложные функциональные взаимоотношения между передачей сигналов Notch и Wnt, в частности, во время детерминации судеб клеток из стволовых клеток и клеток предшественников и во время формирования раковых опухолей. Находки, что связанный с мембраной Notch посттрансляционной регулирует передачу сигналов Wnt/β-catenin предоставляет новую информацию об этом сложном отношении во время фундаментальных биологических и болезненных процессов, таких как пролиферации, дифференцировка, клональный выбор и туморогенез. Хотя полученные уровни мембранного Notch, как было установлено, существенно влияют на ключевые клеточные события, физиологическая роль мембранного Notch ещё предстоит выяснить. Необходимо понять эндогенную функцию пути мембранный
Notch/β-catenin. Concluding remarks It has been puzzling that endogenous Notch protein is mostly detected at the cell membrane and/or cytoplasm but rarely seen in the nucleus. With accumulating evidence it is now becoming apparent that Notch can function in non-nuclear environments, where it affects canonical Wnt signaling by titrating active Я-catenin levels. Although active Я-catenin has emerged as a conserved mediator of a ligand/CSL-independent Notch pathway across species, it is probable that Notch interacts with additional key players, such as Numb and Numblike, to control cellular processes outside the nucleus. Thus, it will be crucial to identify these molecules and determine their roles in the non-canonical pathway (Box 3). Nevertheless, the functional and molecular interactions of Notch and active Я-catenin provide a potential explanation for many aspects of non-canonical Notch effects described, and make active Я-catenin levels and activity useful readouts for non-canonical Notch activity.
Box 3. Outstanding questions
• | |