文档介绍：Wnt信号转导通路及其生物学活性
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【关键词】 Wnt;βcatenin;调节;
近年来,随着生命科学的发展和再生医学的兴起,对生物体的演变和发展规律的研究逐渐成为热点。而作为在调控细胞生长、发育和分化上起重要作用的Wnt信号途径也得到越来越多的重视和了解。Wnt基因是鼠类乳腺癌病毒(MMTV)诱导的小鼠乳腺癌中克隆出的一种原癌基因,由Nusse等人于1982能发现并报道,当时称为int基因。后来的研究发现int基因与Sharma报道的果蝇的无翅基因wingless (wg)为同源基因,因而将两者合称为Wnt[1]。近十年来对果蝇,两栖类,哺乳类到人类Wnt族基因,编码产物及其生物学效应的研究表明,Wnt信号途径参与了从胚胎到成体的一系列控制细胞生长发育及分化的调控,特别是在干细胞和肿瘤生物学研究中越来越突出了其潜在的价值。
1 Wnt信号转导通路的组成

Wnt基因属于原癌基因,其编码的Wnt蛋白是分泌性蛋白。在脊椎动物中已发现至少20种,其中人类有16种。长度大约为350~380个氨基酸。起始为疏水信号序列,其后包含着几个糖基化位点,并且富含半胱氨酸。Wnt受体蛋白佛力子(FZ)位于细胞膜上,由FZD基因家族编码,是一族反复7次穿越细胞膜的跨膜蛋白[2]。
β连环蛋白(β-catenin)是Wnt信号通路中有调控转录活性的关键成员,能在细胞核内与Wnt通路另一成员TCF结合从而激活靶基因的转录。糖原合成激酶3β(GSK3β)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,起到破坏APC复合体的关键作用。在无Wnt信号时有活性,将磷酸根加到βcatenin的四个N端位点使这些磷酸氨基酸作为βcatenin上的一种标志。在Wnt信号存在时,磷酸化βcatenin促使βcatenin降解。APC是一种与结直肠癌发生有关的抑癌基因,能结合Wnt途径中的多种成分,如Axin、GSK3β、βcatenin。APC能刺激βcatenin被GSK3β磷酸化。在调节βcatenin的稳定性中起负性作用,促进βcatenin的降解。轴蛋白(Axin)起支架蛋白的作用,可使GSK3β靠拢βcateinn而促进βcatenin被GSK3β磷酸化,并促进βcatenin的降解。Dsh使Wnt信号的正调节物,是Wnt途径最上游的细胞内成分。有Wnt信号时被激活起支架蛋白作用。有三个高度保守的结构域在其功能中起重要作用。Dix域通过与Axin的相互作用在拮抗破坏APC复合体中起直接作用。DEP域通过在细胞中的定位与微管细胞骨架的关系而调控Wnt途径的活性中起重要作用[3]。酪氨酸激酶(CKI
ε)是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,对Wnt途径起正调节作用。CKIε的表达使βcatenin稳定。T细胞因子/淋巴样增强因子1(TCF/LEF1)是序列特异的DNA结合蛋白,能将βcatenin定位于靶基因的启动子的部位。MYC基因位于Wnt途径的末端,属于即刻早期反应基因,是调控细胞周期的主要基因。在正常情况下MYC不仅与细胞增殖有关,与最终阻止细胞增殖的细胞程序化死亡也有很大关系[4]。
2 Wnt途径的实现

Wnt通路是通过调节TCF/LEF1家族的DNA结合蛋白转录性质来调节细胞的行为的。其核心是胞质内βcatenin的稳定性。βcatenin水平低下时,Wnt通路关闭。当其水平较高时,Wnt通路开放。βcatenin在细胞内水平受两组蛋白质的功能竞争调节。一组为降解蛋白类:APC蛋白复合体,由GSK3β、Axin及APC蛋白组成;另一组为拮抗蛋白类,包括:Dsh、CKIε、GSK3β结合蛋白(GBP)[5]。在正常未受刺激的细胞中无Wnt信号,胞质内βcatenin大部分与细胞膜上钙黏着蛋白结合使之附着于细胞骨架蛋白肌动蛋白上,介导同型胞间黏附。对于少部分的
βcatenin,APC复合体中Axin使GSK3β向βcatenin靠拢并与APC一同促使βcatenin氨基末端ser/thr位点被磷酸化进而泛素化。最终被蛋白水解酶所降解。同时TCF/LEF与多种转录抑制蛋白,如GRO家族成员C末端结合蛋白(CtBP)等结合而阻止Wnt靶基因的表达。当Wnt通路活化时,Wnt与受体FZ结合激活细胞内的CKIε。CKIε使Dsh磷酸化,释放GBP,结合与Axin联系的GSK3β,从而抑制GSK3β对βcatenin的磷酸化降解的作用使未磷酸化βcatenin在胞质中积累并转运到核中,破坏LEF/TCF家族与GRO、GBP抑制蛋白形成的复合蛋白。从而激活转录因子,进一步激活MYC基因开始进行转