Abstract

A Wnt5a számos nem kanonikus Wnt jelátviteli útvonal aktiválásában vesz részt, amelyek receptorkontextusfüggő módon gátolhatják vagy aktiválhatják a kanonikus Wnt/β-katenin jelátviteli útvonalat. A Wnt5a jelátvitel kritikus fontosságú a normális fejlődési folyamatok szabályozásában, beleértve az őssejtek önmegújulását, proliferációját, differenciálódását, migrációját, adhézióját és polaritását. Ezenkívül a Wnt5a jelátvitel aberráns aktivációja vagy gátlása fontos eseményként jelenik meg a rák progressziójában, amely mind onkogén, mind tumorszuppresszív hatást fejt ki. A legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy a Wnt5a jelátvitel részt vesz a normál és a rákos őssejtek önmegújulásának, a rákos sejtek proliferációjának, migrációjának és inváziójának szabályozásában. Ebben a cikkben áttekintjük a Wnt5a jelátvitel molekuláris mechanizmusaira és szerepére vonatkozó legújabb eredményeket az őssejtekben az embriogenezisben és a normál vagy daganatos emlőben vagy petefészekben, kiemelve, hogy a Wnt5a különböző hatást gyakorolhat a célsejtekre a célsejt által expresszált felszíni receptoroktól függően.

1. Bevezetés

Az őssejtek, beleértve az embrionális őssejteket és a felnőtt szövetekben azonosított őssejteket, képesek az önmegújításra és a differenciáltabb utódok létrehozására. Az embrionális őssejt a blasztociszta belső sejttömegéből származik, pluripotens, és így képes a test összes szövetét létrehozni . A felnőtt szövetekben az őssejtek speciális fülkékben tartózkodnak, ahol különböző környezeti és belső jelátviteli inputokat integrálnak, amelyek meghatározzák a sejtsorsot és fenntartják a szöveti homeosztázist.

A Wnt faktorok ezen jelátviteli molekulák egy csoportja, amelyek az őssejt fülkében lévő őssejtekre hatnak, hogy segítsenek fenntartani önmegújító képességüket. A Wnt faktorokról ismert, hogy különböző receptorokhoz kötődnek a kanonikus jelátviteli útvonal vagy a nem kanonikus jelátviteli útvonal(ak) átviteléhez, amelyek különféle biológiai aktivitásokat szabályoznak . A kanonikus Wnt jelátviteli útvonal akkor indul be, amikor a Wnt faktorok a Frizzled család receptoraihoz (Fzd) és az alacsony sűrűségű lipoprotein receptorral kapcsolatos 5/6 coreceptorokhoz (LRP5/6) kötődnek, hogy komplexeket alkossanak. Ez az Axin és a dishevelled (Dvl) toborzását eredményezi a plazmamembránhoz és a β-katenin degradációs komplex megszakítását, ami a β-katenin felhalmozódásához vezet a citoplazmában, amely ezután transzlokálódik a sejtmagba, ahol a T-sejt faktor (TCF)/lymphoid enhancer factor (LEF) családhoz kötődik és aktiválja a kanonikus Wnt célgének transzkripcióját . Ezzel szemben számos Wnt faktor aktiválja a β-katenin-független útvonalakat (nem kanonikus Wnt jelátviteli útvonalak), amelyeket Wnt-Ca2+ útvonalnak vagy planáris sejtpolaritás (PCP) útvonalnak neveznek, és amelyek az embriogenezis során a sejtvándorlást irányítják .

Egerekben és emberekben tizenkilenc szekretált, ciszteinben gazdag Wnt családba tartozó glikoproteint azonosítottak. Az emlősök korábbi embriogenezise vagy a felnőttkori szöveti homeosztázis fenntartása során ezek a Wnt-faktorok és receptoraik dinamikusan expresszálódnak a megfelelő jelátvitel aktiválása, a proliferáció és a differenciálódás közötti megfelelő egyensúly biztosítása érdekében. A Wnt jelátvitel zavarai a Wnt faktorok, receptoraik vagy downstream jelátviteli molekulák aberráns expressziójával számos humán rákos megbetegedés kialakulásához vezethetnek. Mivel úgy tűnik, hogy a tumorindító képesség a tumorsejtek egy kis populációjára korlátozódik, amely rendelkezik az önmegújulás és a differenciálódás képességével, ezeket gyakran nevezik rákos őssejteknek (CSC-k vagy tumorindító sejtek) . Még fontosabb, hogy az embrionális őssejtek, a normál őssejtek és a CSC-k biológiája szorosan összefügg egymással. Ez nyilvánvaló abból a tényből, hogy az embrionális őssejtet vagy a felnőtt normál őssejteket meghatározó és fenntartó molekuláris jelek (pl. Wnt-szignalizáció) gyakran aberránsan aktiválódnak a tumorsejtekben.

A jelen áttekintés fő témája a Wnt5a jelátvitel szerepe a különböző felszíni receptorokon keresztül az őssejtek szabályozásában az embriogenezisben és a normál vagy daganatos emlőben vagy petefészekben, mivel már több kiváló áttekintés is foglalkozik a Wnt-szignalizációnak a vastagbélrákban történő aspektusaival . Összefoglaltuk a Wnt5a által aktivált jelátviteli útvonalakkal kapcsolatos legújabb eredményeket, amelyek rejtélyt jelentenek a daganatokon belüli CSC-k (vagy tumorindító sejtek) kimerítését célzó gyógyszerek racionális tervezése szempontjából, miközben kímélik a normális szövetek működését.

2. Wnt5a jelátviteli útvonal

A Wnt5a egy nem kanonikus Wnt ligandum, amely evolúciósan konzervált és fontos szerepet játszik a fejlődésben. A homozigóta Wnt5a knockout egerek fejlődési rendellenességek miatt perinatalis letalitásban szenvednek . Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy a Wnt5a kölcsönhatásba léphet az Fzd2-vel és a receptor tirozinkináz-szerű árva receptor 2-vel (ROR2) a Rac1 aktiválása érdekében egy β-katenin-független útvonalon. Nemrégiben kimutattuk, hogy a Wnt5a a receptor tirozinkináz-szerű árva receptor 1/2 (ROR1/ROR2) heterooligermizációját indukálta, amely toborozta és aktiválta a guanincserélő faktorokat (GEF), amelyek viszont aktiválták a RhoA-t, illetve a Rac1-et, fokozva a leukémiasejtek kemotaxisát és proliferációját . Másrészt a Wnt5a másik hatásaként a Wnt3a-val versengett az Fzd2-hez való kötődésért, ezáltal gátolta a Wnt3a-függő LRP6 foszforilációt és a β-katenin felhalmozódását in vitro és intakt sejtekben, gátolta a Wnt3a azon képességét, hogy a β-katenin felhalmozódását indukálja, és ezáltal gátolta a β-katenin-függő Wnt-szignalizációt .

A Wnt5a azonban szintén képes volt aktiválni a β-katenin-függő útvonalat és másodlagos tengelyképződést indukálni Xenopus embriókban, amelyek az Fzd5 receptort koexprimálták . Ezt követően egy másik tanulmány megállapította, hogy a Wnt5a képes volt gátolni a kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitelt a ROR2-t expresszáló sejtekben, de képes volt indukálni a kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitelt az Fzd4-et és LRP5-öt expresszáló sejtekben is . Így egyetlen Wnt5a ligandumnak a receptor elérhetőségétől függően eltérő hatása lehet a sejtekre. Ezért a sejtkörnyezet diktálja a Wnt5a hatását. Ez magyarázhatja azt a megfigyelést, hogy a Wnt5a különböző daganatos betegségekben onkogén vagy tumorszuppresszív hatást fejthet ki .

3. Wnt5a jelátvitel embrionális őssejtekben

A Wnt útvonal (amelyet vagy a Wnt3a, Wnt5a vagy Wnt6 vált ki) részt vehet a pluripotencia rövid távú fenntartásában az egér és humán ES sejtekben is . Erre az első bizonyítékot a glikogén-szintáz-kináz-3 (GSK3) farmakológiai inhibitorának vizsgálata szolgáltatta, amely képes volt modulálni a GSK3 aktivitását, ami a β-katenin kanonikus jelátvitel aktiválásához és a c-Myc fokozott stabilitásához vezetett . Később kiderült, hogy a Wnt5a és a Wnt6 az embrionális fibroblasztok feeder-sejtjei által termelt, az egér ES-sejtek differenciálódását szérumfüggő módon gátolni képes. A β-katenin közvetlen aktiválása konstitutívan aktív β-kateninnel (S33Y), a Wnt/β-katenin upstream komponenseinek megzavarása nélkül, teljes mértékben megismételte a Wnt-nek az ES-sejtekre gyakorolt hatását. Fontos, hogy a Wnt5a a β-katenin foszforilációjának hatékony gátlója is, ezáltal stabilizálja a β-katenint . Ezek az adatok arra utalnak, hogy a Wnt5a a β-katenin stabilizálását jelzi a Wnt/β-katenin kanonikus jelátvitel további aktiválása érdekében az egér ES-sejtekben. Végül, a Wnt/β-katenin útvonal képes felszabályozni a STAT3 mRNS-ét, amely az ES-sejtek önmegújulásának ismert szabályozója , ami egy olyan molekuláris mechanizmusra utal, amelyben a Wnt/β-katenin útvonal a LIF/JAK-STAT útvonalnak a STAT3 szintjén történő konvergenciáján keresztül megakadályozza az ES-sejtek differenciálódását. Továbbra is tisztázatlan azonban, hogy milyen felszíni receptorok vesznek részt a Wnt5a/β-katenin jelátvitel aktiválásában az ES sejtekben, és hogy a nem kanonikus Wnt jelátvitel is aktiválódhat-e a Wnt5a által az ES sejtekben.

4. Wnt5a jelátvitel az őssejteken normál emlőmirigy és petefészek szövetekben

A bizonyítékok sora alátámasztja a Wnt fontosságát az emlő őssejtek fenntartásában az emlőmirigyben . Azonban a Wnt5a nem indukál β-katenin/TCF transzaktivációs aktivitást az emlőmirigy szövetekben. Az emlőmirigy sejtjei hiperproliferatívak a Wnt5a knockout egerekben, míg ektopikus Wnt5a jelenlétében a ductalis kiterjedés gátolt . Ezek a fenotípusok a kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitel aktiválásának inverze. Ezért a Wnt5a korlátozhatja és szabályozhatja az emlőmirigy növekedését a Wnt/β-katenin jelátvitel elnyomása révén. Ezért rejtélyes, hogy az emlőmirigy növekedésének ilyen gátlása nem volt megfigyelhető a transzgenikus MMTV-Wnt5a törzsekben .

A Drosophila csíracsírában a Wingless (Wg; a légy Wnt homológja) jelátvitel megváltozott a petefészek csírasejtekben (GSC-k) a szabályzóinak, például a dishevelled, armadillo, Axin és shaggy eltávolítása révén; ez GSC veszteséget okoz, befolyásolja a tüszősejtek proliferációját és differenciációt indukál . A Wnt5a feltételes géncélzás alkalmazása a petefészek granulózasejtekben (GC) a női szubfertilitást eredményezi, amely fokozott tüszőatresiával és csökkent ovulációs rátával jár. További vizsgálat megállapította, hogy a Wnt5a nem a Wnt/Ca2+ vagy a planáris sejtpolaritási útvonalon keresztül történő jelátvitellel szabályozza a célgénjeit, hanem inkább a kanonikus útvonal gátlásával, ami mind a β-katenin, mind a cAMP-rezponzív elemkötő (CREB) fehérje szintjének csökkenését okozza egy glikogén-szintáz-kináz-3β-függő útvonalon keresztül a petefészek granulózasejtekben (GC). Ezek az adatok azt jelzik, hogy a Wnt5a szükséges a normál petefészek tüszőfejlődéshez, és a granulózasejtek gonadotropin-rezisztenciáját a kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitel elnyomása révén antagonizálhatja .

A Wnt5a valószínűleg elnyomja a β-katenin jelátvitelt az emlőmirigy és a petefészek szövetek normál őssejtjeiben, bár a Wnt5a képes aktiválni a β-katenin jelátvitelt az embrionális őssejtekben. Hogy ez a különbség az embrionális őssejtekben és a normál emlőmirigy vagy petefészek őssejtjeiben eltérő módon kifejeződő receptoroknak köszönhető-e, további vizsgálatokat igényel.

5. Wnt5a jelátvitel az emlőrák őssejtjeiben

A Wnt faktorok hatással lehetnek a különböző emlőhámsejtekre és az őssejtek terjeszkedését indukálhatják a tumor progressziója során . Sőt, az aberráns β-katenin expresszió összefüggésbe hozható a bazális, tripla-negatív emlőrákkal és a rossz klinikai kimenetellel . Az aberráns Wnt-szignalizáció előfordulását a specifikus emlőrák altípusokban kevésbé valószínű, hogy a szomatikus mutációk okozta aktiváció diktálja. A β-katenint kódoló CTNNB1-ben nem azonosítottak mutációkat, és az APC-n belüli mutációkat az emlőrákos betegminták kevesebb mint 20%-ában azonosították . További vizsgálatok szükségesek annak meghatározására, hogy mely Wnt-ligandok és receptorok okozzák ezt az aberráns Wnt/β-katenin jelátvitelt.

A közelmúltban egy MMTV-Wnt1 egér primer sejteken végzett vizsgálat megállapította, hogy mind a rekombináns Wnt3a, mind a rekombináns Wnt5a fokozhatja a mammoszférák képződését in vitro. A Wnt5a által kiváltott mammoszféraképződést nem a kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitel növekedése okozta, hanem ehelyett a nem kanonikus Wnt jelátvitel közvetítette, amely a ROR2 receptor tirozinkinázt és a Jun N-terminális kináz, a JNK aktivitását igényelte egér emlőráksejtekben . Ez összhangban van azzal a megfigyeléssel, hogy a ROR2-t expresszáló emlőrákos betegek össztúlélése jelentősen rövidebb volt, mint azoké, akiknek a daganatából hiányzott a ROR2 expressziója . Ugyanakkor a ROR2 csendesítése humán emlőrák-sejtvonalakban csökkentette mind a β-katenin-függő, mind a β-katenin-független célpontokat , ami arra utal, hogy a ROR2 részt vehet mind a β-katenin-függő, mind a β-katenin-független Wnt jelátviteli utakban. Úgy tűnik, hogy a ROR1-et elsősorban a kevésbé jól differenciált tumorok expresszálják, amelyeknek nagy a relapszus és az áttétek kialakulásának lehetősége, és amelyek az epiteliális-mesenchimális átmenethez (EMT) kapcsolódó markereket is kifejeznek. Ezzel szemben a ROR1 csendesítése humán emlőrákos sejtvonalakban csökkentheti az EMT-hez kapcsolódó gének expresszióját és károsíthatja migrációs / inváziós képességüket in vitro és metasztatikus potenciáljukat in vivo . Nemrégiben Chien és munkatársai arról számoltak be, hogy a ROR1 expressziója független kedvezőtlen prognosztikai tényező lehet tripla-negatív emlőrákban szenvedő betegeknél . Az, hogy a ROR1-nek a ROR2-hez hasonló hatása lehet-e az emlőrák őssejtekre, és milyen jelátviteli útvonal(ak) aktiválódnak a ROR1 által az emlőrák őssejtekben, továbbra sem ismert.

Az ErbB2-indukált emlőrák egérmodelljén végzett vizsgálat ellentmondásos bizonyítékokat talált a Wnt5a humán emlőrák őssejtekre gyakorolt hatásáról. Az ErbB2-indukált emlő tumorigenezis során a bazális tumorkezdeményező sejtek (TIC), amelyek a megfelelő luminalis progenitorokhoz képest fokozott tumorigenikus kapacitást mutattak, a transzkript profilelemzéssel meghatározottak szerint preferenciálisan elvesztették a Wnt5a expresszióját. Ezenkívül a Wnt5a heterozigozitás elősegítette a tumor szaporaságát és a tüdőmetasztázis kialakulását. TGFβ-szubsztrátként a luminális sejtek által termelt Wnt5a egy előremenő hurkot indukált, amely RYK- és TGFβR1-függő módon aktiválta az SMAD2-t, hogy parakrin módon korlátozza a bazális TIC terjeszkedését, ami a Wnt5a emlő tumorigenezisre gyakorolt szuppresszív hatásának lehetséges magyarázata . Ebben az egérmodellben továbbra is bizonytalan, hogy a kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitel aktiválódott-e, vagy a Wnt5a gátolta a kanonikus β-katenin jelátvitelt is a bazális TIC terjeszkedésének elnyomása érdekében.

A Weinberg laboratórium immortalizált humán emlőhámsejteket (mMEC) vizsgált, és azt találta, hogy mind a kanonikus, mind a nem kanonikus Wnt-útvonalak együttműködnek a TGFβ jelátvitellel nemcsak az őssejt tulajdonságok fenntartásában, hanem érdekes módon az indukcióban is . Sőt, csak a Wnt5a és a Wnt16 nem kanonikus Wnt-ligandumokat találták felszabályozottnak az őssejt-szerű sejtekben a nem őssejt-szerű sejtekhez képest . Ezért lehetséges, hogy a Wnt5a vagy a Wnt16 receptorkontextusfüggő módon aktiválhatja akár a kanonikus, akár a nem kanonikus Wnt jelátviteli útvonalat az emberi emlőrák őssejtekben.

6. Wnt5a jelátvitel a petefészekrák őssejtjeiben

A mellrákhoz hasonlóan a Wnt5a hatása a petefészekrákra is ellentmondásos. Egy korai tanulmány a primer petefészek tumorok (), amely kimutatta, hogy a Wnt5a alacsony szintje a petefészekrákban a normális petefészekhez képest rossz kimenetelt jelez előre . A Wnt5a ektopikus expressziója gátolja az emberi petefészekrák OVCAR5 sejtvonalának proliferációját mind in vitro, mind in vivo ortotópos petefészekrák egérmodellekben. Mechanisztikailag a Wnt5a ektopikus expressziója az OVCAR5-ben antagonizálja a kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitelt és a hiszton represszor A (HIRA)/promyelocytás leukémia (PML) szeneszcencia útvonal aktiválásával sejtes szeneszcenciát indukál .

A nagyszámú beteg bevonásával végzett vizsgálatok ezzel szemben azt találták, hogy a Wnt5a felszabályozása viszonylag rossz prognózissal jár együtt . Összehasonlítva a Wnt1 expresszió gyakoriságával a petefészekrákban, a Wnt5a-t gyakrabban találták meg a rosszindulatú epiteliális petefészekrákos betegeknél (80% az összesen 38-ból). Megjegyzendő, hogy a Wnt1-et és a Wnt5a-t is magas szinten expresszáló petefészekrákos betegek hosszú távú túlélési valószínűsége szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a Wnt1-et vagy Wnt5a-t nem expresszáló petefészekrákos betegeké. Továbbá a Wnt5a gyakori a petefészekrákos nőkből nyert ascites folyadékban, ami arra utal, hogy hozzájárul a petefészek tumor mikrokörnyezetéhez. Ez összhangban van azzal a megfigyeléssel, hogy a Wnt5a magas szintje az áttétképződés fokozott kockázatával jár .

A kanonikus Wnt-útvonal aktiváló mutációi ritkák a petefészekrákban, kivéve az endometrioid petefészekrákokat . A kanonikus Wnt jelátvitel hozzájárulása a petefészekrák progressziójához továbbra sem ismert. Ezzel szemben a nem kanonikus Wnt/β-katenin jelátvitellel kapcsolatos vizsgálatok azt mutatják, hogy a Wnt5a nem kanonikus jelátviteli utakon keresztül szabályozhatja a petefészekrák EMT-jét, migrációját vagy metasztázisát . Ezzel az elképzeléssel összhangban a közelmúltban végzett vizsgálatok azt találták, hogy a Wnt5a receptorának, a ROR1-nek az expresszióját a magas fokú és kevésbé differenciált petefészekrákok nagymértékben kifejezik, és viszonylag rövid betegségmentes túléléssel és teljes túléléssel járnak a ROR1-et nem expresszáló petefészekrákokhoz képest . A ROR1-et nagymértékben expresszáló petefészekrákok a petefészek CSC-khez kapcsolódó génexpressziós szignatúrákat mutattak . Továbbá a ROR1 tumorsejt-expressziója nyilvánvalóan korrelál az ALDH1 expressziójával és a tumorszferoidok in vitro kialakításának képességével (mindkettő a CSC markere). A ROR1-et nagymértékben expresszáló primer petefészekrákos xenograft (PDX) tumorsejtek kezelése anti-ROR1 mAb-vel (UC-961 vagy cirmtuzumab) gátolta a szferoidok in vitro kialakulását és migrációját, valamint az immunhiányos egerekbe történő be- és visszaültetést, ami arra utal, hogy a ROR1 befolyásolhatja a petefészekrákos őssejtek önmegújulását. További vizsgálatok szükségesek annak megállapítására, hogy a Wnt5a felelős-e azért a hatásért, amelyet a ROR1 nyilvánvalóan gyakorol a petefészekrákos őssejtek biológiájára.

7. Záró megjegyzések

A Wnt5a fontos szerepet játszhat az embrionális őssejt- és szervfejlődésben. A Wnt5a szerepe a rákos őssejtekben azonban változatos és összetett. Elnyomhatja vagy elősegítheti a tumor progresszióját. A megváltozott sejtmagatartást kiváltó molekuláris mechanizmusok tisztázásához további kutatásokra van szükség a specifikus receptorok és coreceptorok szövetspecifikus expressziójával kapcsolatban. Különösen a Wnt5a és az embrionális őssejtekben kifejeződő, és a rákos őssejtekben újrakifejeződő vagy reaktiválódó, de a normális szomatikus szövetekben nem kifejeződő specifikus receptorok közötti komplex keresztkapcsolat részletesebb megértése (pl, ROR1 és ROR2), lehetővé teheti olyan specifikus inhibitorok kifejlesztését, amelyek blokkolják az aberráns jelátvitelt, és ezáltal kedvezően befolyásolják a betegek túlélését.

Érdekütközések

A szerzők kijelentik, hogy e cikk publikálásával kapcsolatban nincsenek érdekellentétek.

Köszönet

Ezt a tanulmányt a Mellrákkutatási Alapítvány (NIH Grant P01-CA081534), a California Institute for Regenerative Medicine, a National Natural Science Foundation of China (NSFC, Grant no. 2016YFC009159) és a Shenzhen Science and Technology Foundation of Shenzhen, China (Shenzhen Peacock Innovation Team Project, Grant no. KQTD20140630100658078) támogatták.