Abstract

Wnt5a est impliqué dans l’activation de plusieurs voies de signalisation Wnt non canonique, qui peuvent inhiber ou activer la voie de signalisation Wnt/β-caténine canonique d’une manière dépendante du contexte du récepteur. La signalisation Wnt5a est essentielle pour réguler les processus normaux de développement, y compris l’auto-renouvellement, la prolifération, la différenciation, la migration, l’adhésion et la polarité des cellules souches. De plus, l’activation ou l’inhibition aberrante de la signalisation Wnt5a apparaît comme un événement important dans la progression du cancer, exerçant à la fois des effets oncogènes et des effets de suppression des tumeurs. Des études récentes montrent l’implication de la signalisation Wnt5a dans la régulation de l’auto-renouvellement des cellules souches normales et cancéreuses, la prolifération, la migration et l’invasion des cellules cancéreuses. Dans cet article, nous passons en revue les découvertes récentes concernant les mécanismes moléculaires et les rôles de la signalisation Wnt5a dans les cellules souches de l’embryogenèse et dans le sein ou l’ovaire normal ou néoplasique, en soulignant que Wnt5a peut avoir des effets différents sur les cellules cibles selon les récepteurs de surface exprimés par la cellule cible.

1. Introduction

Les cellules souches, y compris les cellules souches embryonnaires et les cellules souches identifiées dans les tissus adultes, ont une capacité à s’auto-renouveler et à générer une descendance plus différenciée. La cellule souche embryonnaire est dérivée de la masse cellulaire interne du blastocyste, elle est pluripotente et peut ainsi générer tous les tissus de l’organisme . Les cellules souches des tissus adultes résident dans des niches spécialisées, où elles intègrent diverses entrées de signalisation environnementales et intrinsèques qui déterminent le destin cellulaire et maintiennent l’homéostasie des tissus.

Les facteurs Wnt sont un groupe de ces molécules de signalisation qui agissent sur les cellules souches dans la niche des cellules souches pour aider à maintenir leur capacité d’auto-renouvellement. Les facteurs Wnt sont connus pour se lier à différents récepteurs pour transduire la voie de signalisation canonique ou la ou les voies de signalisation non canonique qui régulent diverses activités biologiques . La voie de signalisation canonique de Wnt est initiée lorsque les facteurs Wnt se lient aux récepteurs de la famille Frizzled (Fzd) et aux corécepteurs de la protéine 5/6 liée aux lipoprotéines de basse densité (LRP5/6) pour former des complexes. Cela entraîne le recrutement d’Axin et de Dishevelled (Dvl) à la membrane plasmique et la rupture du complexe de dégradation de la β-caténine, ce qui conduit à l’accumulation de la β-caténine dans le cytoplasme, qui se transloque ensuite dans le noyau, où elle se lie à la famille T-cell factor (TCF)/lymphoid enhancer factor (LEF) et active la transcription des gènes cibles canoniques de Wnt. En revanche, plusieurs facteurs Wnt activent des voies indépendantes de la β-caténine (voies de signalisation Wnt non canoniques), connues sous le nom de voie Wnt-Ca2+ ou voie de la polarité cellulaire planaire (PCP), qui agissent pour diriger la migration cellulaire pendant l’embryogenèse .

Dix-neuf glycoprotéines sécrétées de la famille Wnt riches en cystéine ont été identifiées chez les souris et les humains. Au cours de l’embryogenèse précoce des mammifères ou du maintien de l’homéostasie des tissus adultes, ces facteurs Wnt et leurs récepteurs sont dynamiquement exprimés pour activer une signalisation appropriée, afin d’assurer le bon équilibre entre prolifération et différenciation. La perturbation de la signalisation Wnt par l’expression aberrante des facteurs Wnt, de leurs récepteurs ou des molécules de signalisation en aval peut conduire au développement de plusieurs cancers humains. Étant donné que la capacité d’initiation d’une tumeur semble se limiter à une petite population de cellules tumorales dotées de la capacité d’auto-renouvellement et de différenciation, elles sont souvent appelées cellules souches cancéreuses (CSC, ou cellules d’initiation tumorale). Plus important encore, la biologie des cellules souches embryonnaires, des cellules souches normales et des CSC est étroitement liée. Cela est évident du fait que les signaux moléculaires (par exemple, la signalisation Wnt) qui définissent et maintiennent les cellules souches embryonnaires ou les cellules souches normales adultes sont souvent activés de manière aberrante dans les cellules tumorales.

Un point majeur de cette revue est le rôle de la signalisation Wnt5a via différents récepteurs de surface dans la régulation des cellules souches dans l’embryogenèse et dans le sein ou l’ovaire normal ou néoplasique, car il existe déjà plusieurs excellentes revues qui couvrent les aspects de la signalisation Wnt dans le cancer du côlon . Nous avons résumé les dernières avancées sur les voies de signalisation qui sont activées par Wnt5a et qui posent une énigme pour la conception rationnelle de médicaments visant à épuiser les CSC (ou cellules d’initiation tumorale) au sein des tumeurs tout en épargnant la fonction des tissus normaux.

2. Voie de signalisation Wnt5a

Wnt5a est un ligand Wnt non canonique qui est conservé dans l’évolution et joue un rôle important dans le développement. Les souris knockout Wnt5a homozygotes présentent une létalité périnatale due à des défauts de développement . Des études précédentes ont montré que Wnt5a peut interagir avec Fzd2 et le récepteur orphelin de type tyrosine kinase 2 (ROR2) pour activer Rac1 dans une voie indépendante de la β-caténine. Plus récemment, nous avons démontré que Wnt5a induit l’hétéro-germination du récepteur orphelin 1/2 de type tyrosine kinase (ROR1/ROR2), qui recrute et active les facteurs d’échange de guanine (GEF), qui à leur tour activent RhoA et Rac1, respectivement, augmentant la chimiotaxie et la prolifération des cellules leucémiques. D’autre part, comme autre action de Wnt5a, il est entré en compétition avec Wnt3a pour la liaison à Fzd2, inhibant ainsi la phosphorylation LRP6 dépendante de Wnt3a et l’accumulation de β-caténine in vitro et dans les cellules intactes, inhibant la capacité de Wnt3a à induire l’accumulation de β-caténine, et inhibant ainsi la signalisation Wnt dépendante de la β-caténine .

Cependant, Wnt5a pourrait également activer la voie dépendante de la β-caténine et induire la formation d’axes secondaires dans les embryons de Xenopus qui coexpriment le récepteur Fzd5 . Par la suite, une autre étude a révélé que Wnt5a pouvait inhiber la signalisation canonique Wnt/β-caténine dans les cellules qui exprimaient ROR2, mais qu’il pouvait également induire la signalisation canonique Wnt/β-caténine dans les cellules qui exprimaient Fzd4 et LRP5. Ainsi, un seul ligand de Wnt5a peut avoir des effets disparates sur les cellules en fonction de la disponibilité des récepteurs. Par conséquent, le contexte cellulaire dicte l’effet de Wnt5a. Cela pourrait expliquer l’observation que le Wnt5a pourrait exercer des effets oncogènes ou suppressifs de tumeur dans différents cancers .

3. Signalisation Wnt5a dans les cellules souches embryonnaires

La voie Wnt (déclenchée soit par Wnt3a, Wnt5a, ou Wnt6) pourrait également être impliquée dans le maintien à court terme de la pluripotence des cellules ES de souris et humaines . La première preuve en a été apportée par l’étude d’un inhibiteur pharmacologique de la glycogène synthase kinase-3 (GSK3) qui pouvait moduler l’activité de GSK3, entraînant l’activation de la signalisation canonique de la β-caténine et une stabilité accrue de c-Myc . On a découvert par la suite que Wnt5a et Wnt6 étaient produits par les cellules nourricières des fibroblastes embryonnaires, ce qui pouvait inhiber la différenciation des cellules ES de souris d’une manière dépendante du sérum. L’activation directe de la β-caténine, en utilisant la β-caténine constitutivement active (S33Y) sans perturber les composants en amont du mécanisme Wnt/β-caténine, a entièrement récapitulé l’effet des Wnts sur les cellules ES. Fait important, Wnt5a est également un puissant inhibiteur de la phosphorylation de la β-caténine, stabilisant ainsi la β-caténine . Ces données suggèrent que Wnt5a signale la stabilisation de la β-caténine pour activer davantage la signalisation canonique Wnt/β-caténine dans les cellules ES de souris. Enfin, la voie Wnt/β-caténine peut réguler à la hausse l’ARNm de STAT3, un régulateur connu de l’auto-renouvellement des cellules ES, ce qui suggère un mécanisme moléculaire par lequel la voie Wnt/β-caténine agit pour empêcher la différenciation des cellules ES par convergence sur la voie LIF/JAK-STAT au niveau de STAT3. Cependant, quels récepteurs de surface sont impliqués dans l’activation de la signalisation Wnt5a/β-caténine dans les cellules ES et si la signalisation Wnt non canonique pourrait également être activée par Wnt5a dans les cellules ES reste peu clair.

4. Signalisation Wnt5a sur les cellules souches dans la glande mammaire normale et les tissus ovariens

Une ligne de preuves soutient l’importance de Wnt dans le maintien des cellules souches mammaires dans la glande mammaire . Cependant, Wnt5a n’induit pas l’activité de transactivation de la β-caténine/TCF dans le tissu de la glande mammaire. Les cellules de la glande mammaire sont hyperprolifératives chez les souris knock-out Wnt5a, alors qu’en présence de Wnt5a ectopique, l’extension canalaire est inhibée . Ces phénotypes sont l’inverse de l’activation de la signalisation canonique Wnt/β-caténine. Par conséquent, Wnt5a peut limiter et contrôler la croissance de la glande mammaire en supprimant la signalisation Wnt/β-caténine. Il est donc surprenant que cette inhibition de la croissance de la glande mammaire n’ait pas été observée dans les souches transgéniques MMTV-Wnt5a .

Dans le germarium de la drosophile, une altération de la signalisation Wingless (Wg ; l’homologue de Wnt de la mouche) se produit dans les cellules souches germinales ovariennes (CSG) par l’élimination de ses régulateurs tels que dishevelled, armadillo, Axin et shaggy ; cela entraîne la perte de CSG, influence la prolifération des cellules folliculaires et induit la différenciation . L’utilisation du ciblage génétique conditionnel de Wnt5a dans les cellules de la granulosa ovarienne (CG) entraîne la subfertilité féminine associée à une augmentation de l’atrésie folliculaire et à une diminution des taux d’ovulation. Une étude plus poussée a révélé que Wnt5a régule ses gènes cibles non pas par la signalisation via la voie Wnt/Ca2+ ou la voie de la polarité cellulaire planaire, mais plutôt par l’inhibition de la voie canonique, entraînant une diminution des niveaux de protéine β-caténine et CREB (cAMP responsive element binding) via une voie dépendante de la glycogène synthase kinase-3β dans les cellules de granulosa ovariennes (GC). Ces données indiquent que Wnt5a est nécessaire au développement normal du follicule ovarien et peut antagoniser la réactivité aux gonadotrophines dans les cellules de la granulosa en supprimant la signalisation canonique Wnt/β-caténine .

Collectivement, Wnt5a est le plus susceptible de supprimer la signalisation β-caténine dans les cellules souches normales de la glande mammaire et des tissus ovariens, bien que Wnt5a soit capable d’activer la signalisation β-caténine dans les cellules souches embryonnaires. La question de savoir si cette différence est due à des récepteurs qui sont exprimés de manière différentielle dans les cellules souches embryonnaires par rapport aux cellules souches de la glande mammaire normale ou de l’ovaire doit être étudiée plus avant.

5. Signalisation Wnt5a dans les cellules souches du cancer du sein

Les facteurs Wnt peuvent affecter diverses cellules épithéliales mammaires et induire une expansion des cellules souches pendant la progression tumorale . En outre, l’expression aberrante de la β-caténine a été associée à des cancers du sein basaux, triple-négatifs et à un mauvais résultat clinique . L’apparition d’une signalisation Wnt aberrante dans des sous-types spécifiques de cancer du sein est moins probablement dictée par une activation causée par des mutations somatiques. Aucune mutation n’a été identifiée dans CTNNB1, qui code pour la β-caténine, et des mutations dans APC ont été identifiées dans moins de 20 % des échantillons de patientes atteintes d’un cancer du sein. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer quels ligands et récepteurs Wnt provoquent cette signalisation Wnt/β-caténine aberrante.

Récemment, une étude sur des cellules primaires de souris MMTV-Wnt1 a révélé que Wnt3a recombinant et Wnt5a recombinant pouvaient tous deux améliorer la formation de mammosphères in vitro. La formation de mammosphères induite par Wnt5a n’était pas causée par une augmentation de la signalisation Wnt/β-caténine canonique, mais était plutôt médiée par une signalisation Wnt non canonique nécessitant le récepteur tyrosine kinase ROR2 et l’activité de la kinase Jun N-terminale, JNK, dans les cellules de cancer du sein de la souris. Ceci est cohérent avec l’observation que les patientes atteintes de cancers du sein qui expriment ROR2 ont une survie globale significativement plus courte que celles dont les tumeurs n’expriment pas ROR2. Cependant, l’extinction de ROR2 dans les lignées cellulaires du cancer du sein humain a diminué les cibles dépendantes et indépendantes de la β-caténine, ce qui suggère que ROR2 peut être impliqué dans les voies de signalisation Wnt dépendantes et indépendantes de la β-caténine. ROR1 semble être exprimé de manière prédominante par des tumeurs moins bien différenciées qui présentent un potentiel élevé de récidive et de métastases et qui expriment également des marqueurs associés à la transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) . Inversement, l’extinction de ROR1 dans des lignées cellulaires de cancer du sein humain pourrait atténuer l’expression de gènes associés à l’EMT et altérer leur capacité de migration/invasion in vitro et leur potentiel métastatique in vivo . Très récemment, Chien et al. ont signalé que l’expression de ROR1 pourrait être un facteur pronostique négatif indépendant chez les patientes atteintes d’un cancer du sein triple négatif. On ne sait toujours pas si ROR1 peut avoir un effet similaire à celui de ROR2 sur les cellules souches du cancer du sein et quelle(s) voie(s) de signalisation est (sont) activée(s) par ROR1 dans les cellules souches du cancer du sein.

Une étude sur un modèle de souris de cancer du sein induit par ErbB2 a trouvé des preuves contradictoires sur l’effet de Wnt5a sur les cellules souches du cancer du sein humain. Au cours de la tumorigenèse mammaire induite par ErbB2, les cellules basales initiatrices de tumeurs (TIC), qui ont présenté une capacité tumorigène accrue par rapport aux progéniteurs luminaux correspondants, ont perdu préférentiellement l’expression de Wnt5a, comme déterminé par une analyse de profilage des transcriptions. De plus, l’hétérozygotie de Wnt5a favorise la multiplicité des tumeurs et les métastases pulmonaires. En tant que substrat du TGFβ, le Wnt5a produit par les cellules luminales a induit une boucle de rétroaction qui a activé SMAD2 de manière dépendante du RYK et du TGFβR1 pour limiter l’expansion des TIC basales de manière paracrine, ce qui pourrait expliquer l’effet suppressif du Wnt5a sur la tumorigenèse mammaire. Dans ce modèle de souris, on ne sait pas encore si la signalisation Wnt/β-caténine canonique a été activée ou si Wnt5a a également inhibé la signalisation β-caténine canonique pour supprimer l’expansion des TIC basales.

Le laboratoire Weinberg a étudié des cellules épithéliales mammaires humaines immortalisées (mMECs) et a constaté que les voies Wnt canonique et non canonique coopéraient avec la signalisation TGFβ non seulement dans le maintien, mais aussi, de manière intrigante, dans l’induction des propriétés des cellules souches . De plus, seuls les ligands Wnt non canoniques Wnt5a et Wnt16 étaient régulés à la hausse dans les cellules de type souche par rapport aux cellules de type non souche. Par conséquent, il est possible que Wnt5a ou Wnt16 puisse activer la voie de signalisation Wnt canonique ou non canonique d’une manière dépendante du contexte du récepteur dans les cellules souches du cancer du sein humain.

6. Signalisation de Wnt5a dans les cellules souches du cancer ovarien

Similaire au cancer du sein, l’effet de Wnt5a sur le cancer ovarien est également controversé. Une étude précoce des tumeurs ovariennes primaires () qui a montré de faibles niveaux de Wnt5a dans le cancer de l’ovaire par rapport à l’ovaire normal est prédictif d’un mauvais résultat . L’expression ectopique de Wnt5a inhibe la prolifération de la lignée cellulaire OVCAR5 du cancer de l’ovaire humain, à la fois in vitro et dans des modèles de souris orthotopique du cancer de l’ovaire in vivo. Mécaniquement, l’expression ectopique de Wnt5a dans OVCAR5 antagonise la signalisation canonique Wnt/β-caténine et induit la sénescence cellulaire en activant la voie de sénescence du répresseur d’histone A (HIRA)/leucémie promyélocytaire (PML) .

En revanche, les études impliquant un grand nombre de patients ont trouvé que la régulation ascendante de Wnt5a était associée à un pronostic relativement mauvais . Par rapport à la fréquence d’expression de Wnt1 dans le cancer de l’ovaire, Wnt5a était plus fréquemment trouvé chez les patientes atteintes d’un cancer épithélial malin de l’ovaire (80% sur un total de 38) . Il convient de noter que les patientes atteintes de cancers de l’ovaire qui expriment des niveaux élevés de Wnt1 et de Wnt5a ont une probabilité de survie à long terme significativement plus faible que les patientes atteintes de cancers de l’ovaire qui n’expriment ni Wnt1 ni Wnt5a. En outre, Wnt5a est prévalent dans le liquide d’ascite obtenu chez les femmes atteintes d’un cancer de l’ovaire, ce qui suggère qu’il contribue au microenvironnement des tumeurs ovariennes. Ceci est cohérent avec l’observation que des niveaux élevés de Wnt5a sont associés à un risque accru de métastases .

Les mutations activatrices de la voie Wnt canonique sont rares dans le cancer de l’ovaire, à l’exception des cancers ovariens endométrioïdes . La contribution de la signalisation Wnt canonique à la progression du cancer de l’ovaire reste inconnue. À l’inverse, des études sur la signalisation Wnt/β-caténine non canonique montrent que Wnt5a peut réguler l’EMT, la migration ou les métastases du cancer de l’ovaire via des voies de signalisation non canonique. Conformément à cette notion, des études récentes ont montré que l’expression de ROR1, un récepteur de Wnt5a, était fortement exprimée par les cancers de l’ovaire de haut grade et moins différenciés et associée à une survie sans maladie et une survie globale relativement courtes par rapport aux cancers de l’ovaire qui n’exprimaient pas ROR1 . Les cancers ovariens qui expriment des niveaux élevés de ROR1 présentent des signatures d’expression génétique associées aux CSC ovariens. En outre, l’expression de ROR1 dans les cellules tumorales est apparemment corrélée à l’expression d’ALDH1 et à la capacité de former des sphéroïdes tumoraux in vitro (deux marqueurs de CSC). Le traitement de cellules tumorales primaires d’ovaires dérivées de patientes (PDX), qui expriment des niveaux élevés de ROR1, avec un anticorps monoclonal anti-ROR1 (UC-961 ou cirmtuzumab), a inhibé la formation et la migration des sphéroïdes in vitro ainsi que la prise de greffe et la reprise de greffe chez des souris immunodéficientes, ce qui indique que ROR1 peut influencer l’auto-renouvellement des cellules souches du cancer de l’ovaire. D’autres études sont nécessaires pour déterminer si Wnt5a est responsable de l’influence que ROR1 a apparemment sur la biologie des cellules souches du cancer de l’ovaire.

7. Remarques finales

Wnt5a peut jouer un rôle important dans le développement des cellules souches embryonnaires et des organes. Cependant, le rôle de Wnt5a dans les cellules souches cancéreuses est varié et complexe. Il peut supprimer ou promouvoir la progression tumorale. Pour élucider les mécanismes moléculaires qui conduisent à la modification du comportement cellulaire, des recherches supplémentaires sur l’expression spécifique des tissus de récepteurs et de corécepteurs spécifiques sont nécessaires. En particulier, une compréhension plus détaillée de la diaphonie complexe entre Wnt5a et des récepteurs spécifiques qui sont exprimés dans les cellules souches embryonnaires et qui peuvent être réexprimés ou réactivés dans les cellules souches cancéreuses, mais pas dans les tissus somatiques normaux (par ex, ROR1 et ROR2), peuvent permettre le développement d’inhibiteurs spécifiques qui bloquent la signalisation aberrante et ainsi avoir un impact favorable sur la survie des patients.

Conflits d’intérêts

Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts concernant la publication de cet article.

Remerciements

Cette étude a été soutenue par la Fondation de recherche sur le cancer du sein (subvention NIH P01-CA081534), l’Institut californien de médecine régénérative, la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (NSFC, subvention n° 2016YFC009159) et la Fondation des sciences et de la technologie de Shenzhen, en Chine (projet d’équipe d’innovation Shenzhen Peacock, subvention n° KQTD20140630100658078).