Abstract

Wnt5a este implicat în activarea mai multor căi de semnalizare Wnt necanonice, care pot inhiba sau activa calea de semnalizare canonică Wnt/β-catenin într-o manieră dependentă de contextul receptorului. Semnalizarea Wnt5a este esențială pentru reglarea proceselor normale de dezvoltare, inclusiv auto-reînnoirea, proliferarea, diferențierea, migrația, aderența și polaritatea celulelor stem. Mai mult, activarea sau inhibarea aberantă a semnalizării Wnt5a apare ca un eveniment important în progresia cancerului, exercitând atât efecte oncogene, cât și efecte de suprimare a tumorii. Studii recente arată implicarea semnalizării Wnt5a în reglarea autoreînnoirii celulelor stem normale și canceroase, a proliferării, migrării și invaziei celulelor canceroase. În acest articol, trecem în revistă descoperirile recente privind mecanismele și rolurile moleculare ale semnalizării Wnt5a în celulele stem în embriogeneză și în sânul sau ovarul normal sau neoplazic, subliniind că Wnt5a poate avea efecte diferite asupra celulelor țintă în funcție de receptorii de suprafață exprimați de celula țintă.

1. Introducere

Celele stem, inclusiv celulele stem embrionare și celulele stem identificate în țesuturile adulte, au capacitatea de a se auto-reînnoi și de a genera progenituri mai diferențiate. Celula stem embrionară este derivată din masa celulară internă a blastocistului, este pluripotentă și poate astfel genera toate țesuturile organismului . Celulele stem din țesuturile adulte rezidă în nișe specializate, unde integrează diverse intrări de semnalizare de mediu și intrinseci care determină soarta celulară și mențin homeostazia tisulară.

Factorii Wnt sunt un grup de aceste molecule de semnalizare care acționează asupra celulelor stem din cadrul nișei celulelor stem pentru a contribui la menținerea capacității lor de auto-reînnoire. Se știe că factorii Wnt se leagă de diferiți receptori pentru a transduce calea de semnalizare canonică sau calea (căile) de semnalizare necanonică care reglează diverse activități biologice . Calea canonică de semnalizare Wnt este inițiată atunci când factorii Wnt se leagă de receptorii familiei Frizzled (Fzd) și de coreceptorii coreceptori ai proteinei 5/6 legate de receptorii lipoproteinei cu densitate scăzută (LRP5/6) pentru a forma complexe. Acest lucru are ca rezultat recrutarea Axin și dishevelled (Dvl) la membrana plasmatică și întreruperea complexului de degradare a β-cateninei, ceea ce duce la acumularea de β-catenină în citoplasmă, care apoi se translocă în nucleu, unde se leagă de factorul celulelor T (TCF)/familia factorului de intensificare limfoidă (LEF) și activează transcrierea genelor țintă canonice Wnt . În schimb, mai mulți factori Wnt activează căi independente de β-catenină (căi de semnalizare Wnt necanonice), cunoscute sub numele de calea Wnt-Ca2+ sau calea polarității celulare plane (PCP), care acționează pentru a direcționa migrația celulară în timpul embriogenezei .

Din nouăsprezece glicoproteine secretate din familia Wnt bogate în cisteină au fost identificate la șoareci și la oameni. În timpul embriogenezei timpurii a mamiferelor sau al menținerii homeostaziei țesuturilor adulte, acești factori Wnt și receptorii lor sunt exprimați în mod dinamic pentru a activa semnalizarea adecvată, pentru a asigura un echilibru corect între proliferare și diferențiere. Perturbarea semnalizării Wnt prin exprimarea aberantă a factorilor Wnt, a receptorilor lor sau a moleculelor de semnalizare din aval poate duce la dezvoltarea mai multor tipuri de cancer la om . Deoarece capacitatea de inițiere a tumorii pare să fie limitată la o mică populație de celule tumorale care sunt înzestrate cu capacitatea de auto-reînnoire și diferențiere, acestea sunt adesea denumite celule stem canceroase (CSC sau celule de inițiere tumorală) . Mai important, biologia celulelor stem embrionare, a celulelor stem normale și a CSC-urilor este strâns legată între ele. Acest lucru este evident din faptul că semnalele moleculare (de exemplu, semnalizarea Wnt) care definesc și mențin celulele stem embrionare sau celulele stem normale adulte sunt adesea activate în mod aberant în celulele tumorale.

Un obiectiv major al acestei recenzii este rolul semnalizării Wnt5a prin intermediul diferiților receptori de suprafață în reglarea celulelor stem în embriogeneză și în sânul sau ovarul normal sau neoplazic, deoarece există deja câteva recenzii excelente care acoperă aspecte ale semnalizării Wnt în cancerul de colon . Am rezumat cele mai recente progrese privind căile de semnalizare care sunt activate de Wnt5a și care reprezintă o enigmă pentru proiectarea rațională a medicamentelor care vizează epuizarea CSC-urilor (sau a celulelor de inițiere tumorală) din cadrul tumorilor, protejând în același timp funcția țesuturilor normale.

2. Calea de semnalizare Wnt5a

Wnt5a este un ligand Wnt necanonic care este conservat din punct de vedere evolutiv și joacă un rol important în dezvoltare. Șoarecii homozigoți Wnt5a knock-out prezintă letalitate perinatală din cauza unor defecte de dezvoltare . Studiile anterioare au arătat că Wnt5a poate interacționa cu Fzd2 și cu receptorul orfan 2 (ROR2) asemănător cu receptorul tirosin kinazei (ROR2) pentru a activa Rac1 pe o cale independentă de β-catenină. Mai recent, am demonstrat că Wnt5a a indus heterooligermizarea receptorului orfan 1/2 (ROR1/ROR2), care a recrutat și activat factorii de schimb de guanină (GEF), care, la rândul lor, au activat RhoA și, respectiv, Rac1, îmbunătățind chemotaxia și proliferarea celulelor leucemice . Pe de altă parte, ca o altă acțiune a Wnt5a, aceasta a concurat cu Wnt3a pentru legarea la Fzd2, inhibând astfel fosforilarea LRP6 dependentă de Wnt3a și acumularea de β-catenină in vitro și în celule intacte, inhibând capacitatea lui Wnt3a de a induce acumularea de β-catenină și inhibând astfel semnalizarea Wnt dependentă de β-catenină .

Cu toate acestea, Wnt5a ar putea, de asemenea, să activeze calea dependentă de β-catenină și să inducă formarea axei secundare la embrionii Xenopus care au coexprimat receptorul Fzd5 . Ulterior, un alt studiu a constatat că Wnt5a ar putea inhiba semnalizarea canonică Wnt/β-catenină în celulele care au exprimat ROR2, dar ar putea, de asemenea, să inducă semnalizarea canonică Wnt/β-catenină în celulele care au exprimat Fzd4 și LRP5 . Astfel, un singur ligand Wnt5a poate avea efecte disparate asupra celulelor în funcție de disponibilitatea receptorului. Prin urmare, contextul celular dictează efectul lui Wnt5a. Acest lucru ar putea explica observația că Wnt5a ar putea exercita fie efecte oncogene, fie efecte supresive tumorale în diferite tipuri de cancer .

3. Semnalizarea Wnt5a în celulele stem embrionare

Calea Wnt (declanșată fie de Wnt3a, Wnt5a sau Wnt6) ar putea fi, de asemenea, implicată în menținerea pe termen scurt a pluripotenței atât a celulelor ES de șoarece, cât și a celulelor ES umane . Prima dovadă în acest sens a fost furnizată de un studiu al unui inhibitor farmacologic al glicogen sintetazei kinazei-3 (GSK3) care ar putea modula activitatea GSK3, ceea ce a dus la activarea semnalizării canonice β-catenin și la creșterea stabilității c-Myc . Ulterior, s-a constatat că Wnt5a și Wnt6 au fost produse de celulele de hrănire a fibroblastelor embrionare, care ar putea inhiba diferențierea celulelor ES de șoarece într-o manieră dependentă de ser. Activarea directă a β-cateninei, utilizând β-catenina constitutiv activă (S33Y) fără a perturba componentele din amonte ale Wnt/β-cateninei, a recapitulat pe deplin efectul Wnt asupra celulelor ES. În mod important, Wnt5a este, de asemenea, un inhibitor puternic al fosforilării β-cateninei, stabilizând astfel β-catenina . Aceste date sugerează că Wnt5a semnalează pentru a stabiliza β-catenina pentru a activa în continuare semnalizarea canonică Wnt/β-catenin în celulele ES de șoarece. În cele din urmă, calea Wnt/β-catenin poate regla în sus ARNm pentru STAT3, un regulator cunoscut al autoreînnoirii celulelor ES , sugerând un mecanism molecular prin care calea Wnt/β-catenin acționează pentru a preveni diferențierea celulelor ES prin convergența asupra căii LIF/JAK-STAT la nivelul STAT3 . Cu toate acestea, ce receptori de suprafață sunt implicați în activarea semnalizării Wnt5a/β-catenin în celulele ES și dacă semnalizarea Wnt necanonică Wnt ar putea fi, de asemenea, activată de Wnt5a în celulele ES rămâne neclar.

4. Semnalizarea Wnt5a asupra celulelor stem în țesuturile normale ale glandei mamare și ale ovarelor

O serie de dovezi susțin importanța Wnt în menținerea celulelor stem mamare în glanda mamară . Cu toate acestea, Wnt5a nu induce activitatea de transactivare β-catenin/TCF în țesutul glandei mamare. Celulele glandei mamare sunt hiperproliferative la șoarecii Wnt5a knock-out, în timp ce în prezența lui Wnt5a ectopic, extinderea ductală este inhibată . Aceste fenotipuri sunt invers față de activarea semnalizării canonice Wnt/β-catenin. Prin urmare, Wnt5a poate limita și controla creșterea glandei mamare prin suprimarea semnalizării Wnt/β-catenin. Este nedumeritor faptul că această inhibare a creșterii glandei mamare nu a fost observată în tulpinile MMTV-Wnt5a transgenice .

În germarium de Drosophila, semnalizarea Wingless (Wg; omologul Wnt al muștelor) alterată are loc în celulele stem germinale ovariene (GSC) prin eliminarea regulatorilor săi, cum ar fi dishevelled, armadillo, Axin și shaggy; acest lucru determină pierderea GSC, influențează proliferarea celulelor foliculare și induce diferențierea . Utilizarea direcționării condiționate a genei pentru Wnt5a în celulele granuloase ovariene (GC) are ca rezultat subfertilitatea feminină asociată cu creșterea atreziei foliculare și scăderea ratelor de ovulație. Un studiu ulterior a constatat că Wnt5a își reglează genele țintă nu prin semnalizarea prin intermediul căii Wnt/Ca2+ sau a polarității celulare plane, ci mai degrabă prin inhibarea căii canonice, determinând scăderea atât a nivelului de proteine β-catenină, cât și a nivelului de proteine CREB (cAMP responsive element binding (CREB)) prin intermediul unei căi dependente de glicogen sintetază kinaza-3β în celulele granuloase ovariene (GC). Aceste date indică faptul că Wnt5a este necesară pentru dezvoltarea normală a foliculilor ovarieni și poate antagoniza capacitatea de reacție a gonadotropinei în celulele granuloase prin suprimarea semnalizării canonice Wnt/β-catenin .

Cu toate acestea, este foarte probabil ca Wnt5a să suprime semnalizarea β-catenin în celulele stem normale ale glandelor mamare și ale țesuturilor ovariene, deși Wnt5a este capabilă să activeze semnalizarea β-catenin în celulele stem embrionare. Trebuie investigat în continuare dacă această diferență se datorează receptorilor care sunt exprimați diferențiat în celulele stem embrionare față de celulele stem ale glandei mamare normale sau ale ovarului.

5. Semnalizarea Wnt5a în celulele stem ale cancerului mamar

Factorii Wnt pot afecta diferite celule epiteliale mamare și pot induce o expansiune a celulelor stem în timpul progresiei tumorale . Mai mult decât atât, expresia aberantă a β-cateninei a fost asociată cu cancerele mamare bazale, triplu-negative și cu un rezultat clinic slab . Apariția semnalizării aberante a Wnt în subtipuri specifice de cancer mamar este mai puțin probabil să fie dictată de activarea cauzată de mutații somatice. Nu au fost identificate mutații în CTNNB1, care codifică β-catenina, iar mutații în cadrul APC au fost identificate în mai puțin de 20% din eșantioanele de pacienți cu cancer de sân . Sunt necesare investigații suplimentare pentru a determina ce liganzi și receptori Wnt cauzează această semnalizare aberantă Wnt/β-catenin.

Recent, un studiu pe celule primare de șoarece MMTV-Wnt1 a constatat că atât Wnt3a recombinant cât și Wnt5a recombinant pot spori formarea de mammosfere in vitro. Formarea de mamofere indusă de Wnt5a nu a fost cauzată de o creștere a semnalizării canonice Wnt/β-catenin, dar a fost în schimb mediată de semnalizarea Wnt necanonică care necesită receptorul tirozin-kinază ROR2 și activitatea kinazei Jun N-terminale, JNK, în celulele de cancer de sân de șoarece . Acest lucru este în concordanță cu observația că pacientele cu cancere de sân care exprimă ROR2 au avut o supraviețuire generală semnificativ mai scurtă decât cele cu tumori fără expresia ROR2 . Cu toate acestea, reducerea la tăcere a ROR2 în liniile celulare de cancer de sân uman a scăzut atât țintele dependente de β-catenină, cât și cele independente de β-catenină , sugerând că ROR2 poate fi implicat atât în căile de semnalizare Wnt dependente de β-catenină, cât și în cele independente de β-catenină. ROR1 pare să fie exprimat în mod predominant de tumorile mai puțin bine diferențiate, care au un potențial ridicat de recidivă și metastaze și care exprimă, de asemenea, markeri asociați cu tranziția epitelială-mesenchimală (EMT) . Dimpotrivă, reducerea la tăcere a ROR1 în liniile celulare de cancer de sân uman ar putea atenua expresia genelor asociate cu EMT și ar putea afecta capacitatea lor de migrare/invazie in vitro și potențialul lor metastatic in vivo . Foarte recent, Chien et al. au raportat că expresia ROR1 ar putea fi un factor de prognostic negativ independent la pacienții cu cancere de sân triplu-negative . Nu se știe dacă ROR1 poate avea un efect similar cu ROR2 asupra celulelor stem ale cancerului mamar și ce căi de semnalizare sunt activate de ROR1 în celulele stem ale cancerului mamar.

Un studiu asupra unui model de șoarece de cancer mamar indus de ErbB2 a găsit dovezi contradictorii privind efectul Wnt5a asupra celulelor stem ale cancerului mamar uman. În timpul tumorigenezei mamare induse de ErbB2, celulele bazale de inițiere a tumorii (TIC), care au prezentat o capacitate tumorigenă sporită în comparație cu progenitoarele luminale corespunzătoare, au pierdut în mod preferențial expresia Wnt5a, așa cum s-a determinat prin analiza profilului de transcripție. Mai mult, heterozigozitatea Wnt5a a favorizat multiplicitatea tumorii și metastazarea pulmonară. În calitate de substrat TGFβ, Wnt5a produs de celulele luminale a indus o buclă feed-forward care a activat SMAD2 într-o manieră dependentă de RYK și TGFβR1 pentru a limita expansiunea TIC bazale într-un mod paracrin, o explicație potențială a efectului supresiv al Wnt5a asupra tumorigenezei mamare. În acest model de șoarece, rămâne incert dacă semnalizarea canonică Wnt/β-catenin a fost activată sau dacă Wnt5a a inhibat, de asemenea, semnalizarea canonică β-catenin pentru a suprima expansiunea TIC bazale.

Laboratorul Weinberg a studiat celulele epiteliale mamare umane imortalizate (mMECs) și a constatat că atât căile Wnt canonice, cât și cele necanonice au cooperat cu semnalizarea TGFβ nu numai în menținerea, ci, în mod intrigant, și în inducerea proprietăților de celule stem . Mai mult decât atât, doar liganzii Wnt necanonici Wnt5a și Wnt16 s-au dovedit a fi reglați în sus în celulele stem-like în raport cu celulele non stem-like . Prin urmare, este posibil ca Wnt5a sau Wnt16 să activeze calea de semnalizare Wnt canonică sau necanonică Wnt într-o manieră dependentă de contextul receptorului în celulele stem ale cancerului mamar uman.

6. Semnalizarea Wnt5a în celulele stem ale cancerului ovarian

Similar cu cancerul mamar, efectul Wnt5a asupra cancerului ovarian este, de asemenea, controversat. Un studiu timpuriu al tumorilor ovariene primare () care a arătat că nivelurile scăzute de Wnt5a în cancerul ovarian în raport cu ovarul normal este predictiv pentru un rezultat slab . Expresia ectopică a Wnt5a inhibă proliferarea liniei celulare de cancer ovarian uman OVCAR5, atât in vitro, cât și în modelele de șoareci cu cancer ovarian ortotopic in vivo. Din punct de vedere mecanic, expresia ectopică a Wnt5a în OVCAR5 antagonizează semnalizarea canonică Wnt/β-catenin și induce senescența celulară prin activarea căii de senescență a reprimarului histonei A (HIRA)/leucemiei promielocitare (PML) .

În schimb, studiile care au implicat un număr mare de pacienți au constatat că reglarea în sus a Wnt5a a fost asociată cu un prognostic relativ prost . Comparativ cu frecvența expresiei Wnt1 în cancerul ovarian, Wnt5a a fost mai frecvent întâlnită la pacientele cu cancer ovarian epitelial malign (80% dintr-un total de 38). De remarcat că pacientele cu cancere ovariene care exprimă niveluri ridicate atât de Wnt1, cât și de Wnt5a au avut o probabilitate semnificativ mai mică de supraviețuire pe termen lung decât pacientele cu cancere ovariene care nu au exprimat Wnt1 sau Wnt5a. Mai mult, Wnt5a este prevalent în lichidul de ascită obținut de la femeile cu cancer ovarian , sugerând că acesta contribuie la micro-mediul tumoral ovarian. Acest lucru este în concordanță cu observația că nivelurile ridicate de Wnt5a sunt asociate cu un risc crescut de metastaze .

Mutațiile de activare a căii Wnt canonice sunt rare în cancerul ovarian, cu excepția cancerelor ovariene endometrioide . Contribuția semnalizării Wnt canonice la progresia cancerului ovarian rămâne necunoscută. În schimb, studiile privind semnalizarea Wnt/β-catenin necanonică arată că Wnt5a poate regla EMT, migrația sau metastazarea cancerului ovarian prin intermediul căilor de semnalizare necanonice . În concordanță cu această noțiune, studii recente au constatat că expresia ROR1, un receptor al Wnt5a, a fost puternic exprimată de cancerele ovariene de grad înalt și mai puțin diferențiate și a fost asociată cu o supraviețuire fără boală și o supraviețuire generală relativ scurtă în comparație cu cancerele ovariene care nu exprimau ROR1 . Cancerele ovariene care exprimă niveluri ridicate de ROR1 au avut semnături de expresie genetică asociate cu CSC ovariene . În plus, expresia ROR1 în celulele tumorale pare să fie corelată cu expresia ALDH1 și cu capacitatea de a forma sferoizi tumorali in vitro (ambii markeri ai CSC). Tratarea celulelor tumorale primare ovariene derivate din xenogrefe de pacienți (PDX), care exprimă niveluri ridicate de ROR1, cu un mAb anti-ROR1 (UC-961 sau cirmtuzumab), a inhibat formarea și migrarea sferoidelor in vitro, precum și grefarea și re-grefarea la șoarecii imunodeficienți, ceea ce indică faptul că ROR1 poate influența auto-reînnoirea celulelor stem ale cancerului ovarian. Sunt necesare studii suplimentare pentru a determina dacă Wnt5a este responsabil pentru influența pe care ROR1 aparent o are asupra biologiei celulelor stem ale cancerului ovarian.

7. Observații finale

Wnt5a poate juca un rol important în dezvoltarea celulelor stem embrionare și a organelor. Cu toate acestea, rolul lui Wnt5a în celulele stem canceroase este variat și complex. Acesta poate suprima sau promova progresia tumorală. Pentru a elucida mecanismele moleculare care determină modificarea comportamentului celular, sunt necesare cercetări suplimentare privind expresia specifică țesuturilor a receptorilor și coreceptorilor specifici. În special, o înțelegere mai detaliată a interacțiunii încrucișate complexe dintre Wnt5a și receptorii specifici care sunt exprimați în celulele stem embrionare și care pot fi reexprimați sau reactivați în celulele stem canceroase, dar nu și în țesuturile somatice normale (de ex, ROR1 și ROR2), ar putea permite dezvoltarea de inhibitori specifici care să blocheze semnalizarea aberantă și, astfel, să aibă un impact favorabil asupra supraviețuirii pacienților.

Conflicte de interese

Autorii declară că nu există conflicte de interese în ceea ce privește publicarea acestei lucrări.

Recunoștințe

Acest studiu a fost susținut de Fundația de Cercetare a Cancerului de Sân (NIH Grant P01-CA081534), Institutul de Medicină Regenerativă din California, Fundația Națională de Științe Naturale din China (NSFC, Grant nr. 2016YFC009159) și Fundația pentru Știință și Tehnologie din Shenzhen, China (Shenzhen Peacock Innovation Team Project, Grant nr. KQTD20140630100658078).

.