Wnt
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Die „Wnts“ -Wechselwirkungen zwischen - Embryonalentwicklung und Tumorentstehung - Die Wnt-Proteinfamilie: allgemein Wnt - Gycoproteine mit 350- 400 As (MW 39-46 kDa) - Name: entstanden aus dem Gen int-1 (durch Integration eines Tumorvirus aktiviertes Gen) und seinem Drosophila Homolog Wingless (1982) - insgesamt 16 wnt-Gene in Maus und Mensch (wnt1-wnt16) - Expression von Wnt-Proteinen in Wirbeltieren und Nichtwirbeltieren, jedoch nicht in Pflanzen und Bakterien - Synthese durch eine Vielzahl verschiedener Zelltypen - sezernierte Proteine Die Wnt-Proteinfamilie: Struktur Wnt - 23-24 konservierte Cysteinreste Proteinfaltung durch Ausbildung von intramolekularen Disulfidbrücken schlechte Löslichkeit, geringe biologische Aktivität in "in-vitro" assays - C-terminale Domäne für die Signaltransduktion essentiell C-terminal trunkierte Wnt-Proteine wirken als dom.neg. Mutanten - Glycoproteine Funktion der Glycosylierung unbekannt Die Wnt-Proteinfamilie: Gruppen Wnt - Einteilung der Wnts nicht nach Homologie sondern nach den nachgeschalteten Signalketten "Canonical" Wnts Wnt 1 Wnt 3a Wnt 8 Wnt 10b "Non-canonical" Wnts Wnt 4 Wnt 5a Wnt 11 Die Wnt-Proteinfamilie: Funktionen in der Entwicklung Wnt-Funktionen: zentrale Bedeutung bei der Organ- und Zelldifferenzierung Die Wnt-Proteinfamilie: Funktionen in der Entwicklung Gen Phänotyp des Knock-outs Wnt 1 Störungen der Gehirnentwicklung Wnt 2 Plazenta Defekte Wnt 3 Störungen der Körperachsenbildung, Defekt in der Haarbildung Wnt 3a Verlust des Hippocampus Wnt 4 Störungen der Nierenentwicklung, Defekte in der Entwicklung weiblicher Geschlechtsorgane Wnt 5a verkürzte Gliedmaßen Wnt 7a Defekte in der Synapsenbildung, Infertilität weibl. Mäuse Wnt 10b Defekt in der Adipozytenentwicklung Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion Welche Signaltransduktionswege werden wie durch Wnt-Proteine aktiviert? Die Wnt-Proteinfamilie: Signalwege 1. Klassischer oder "canonischer" Wnt-Signalweg Wnt-stimulierte Akkumulation von ß-catenin und Aktivierung von Tcf/Lef Transkriptionsfaktoren Die Wnt-Proteinfamilie: Signalwege 2. Wnt/Ca2+ -Signalweg Wnt-stimulierte Aktivierung von Gq/Go und Anstieg des intrazellulären [Ca2+] Aktivierung von Ca2+-aktivierten Signalmolekülen: Ca2+/CaM-Kinase; Calcineurin (Phosphatase); NF-AT (Transkriptionsfaktor) Die Wnt-Proteinfamilie: Signalwege 3. Wnt/Zell-Polarität Signalweg Wnt-stimulierte Aktivierung von Signalmolekülen, welche mit der Organisation des Cytoskelets in Verbindung stehen z.B. Rho, Integrine, Actin/Myosin Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren 1. Schritt der Aktivierung aller 3 Signalwege Bindung von Wnts an Rezeptoren auf der extrazellulären Seite LRP Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren Frizzled-Rezeptoren - 7 Transmembranrezeptoren - geringe Homologie zu GPCRs Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren Frizzled-Rezeptoren Frizzled Mutante - 7 Transmembranrezeptoren - geringe Homologie zu GPCRs Orientierung der Körperhaare bei Drosophila Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren Frizzled(Flz)-Rezeptoren - 7 Transmembranrezeptoren - N-terminale Cystein(C)-rich(R)-Domäne(D) Wnt-Bindung - 10 unterschiedliche Flz-Rezeptoren im Menschen - begrenzte Bindungsselektivität einzelner für unterschiedliche Wnts - differentielle Expression unterschiedlicher Flz-Rezeptoren in unterschiedlichen Geweben Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren Frizzled-Rezeptoren - 7 Transmembranrezeptoren - N-terminale Cystein(C)-rich(R)-Domäne(D) Wnt-Bindung - 2 Gruppen: (A) Canonical Signalweg: keine Kopplung an G-Proteine (B) Ca2+-Signalweg: Kopplung an Gq, Aktivierung von PLC und PKC Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren LDL-receptor-related protein (LRP) Rezeptoren LRP - LRP-5 - LRP-5 und LRP-6 und LRP-6 sind essentiell binden Wnts für die undAktivierung bilden einen des ternären Komplex mit "canonical"-Wnt-Signalwegs dem Frizzled Rezeptor Signaltransduktion - Ko-Rezeptoren ternärer Wnt-Frizzled-LRP Komplex - LRP5 und LRP6 (-/-) Mäuse zeigen ähnliche Defekte wie Wntx (-/-) Mäuse Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion Signaltransduktion des "canonischen" Wnt-Signalwegs LRP LRP Besonderheit der "canonischen" Wnt-Signalkette: - nicht Stimulation eines ruhenden Systems sondern Inhibition einer konstitutiv aktiven Signalkette Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Unstimulierter Zustand Proteolytischer Abbau von ß-Catenin Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle ß-Catenin Drosophila 42 As - Interaktion mit zahlreichen Proteinen durch "Arm-repeats" - Bindungspartner von E-Cadherin Verbindung von Zelladhäsionsmolekülen mit dem Zytoskelett - cytoplasmatisches ß-Catenin wird schnell abgebaut Proteasomaler Abbau Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Unstimulierter Zustand Proteolytischer Abbau von ß-Catenin Ubiquitinylierung von ß-Catenin Kontrollierter Proteasomaler Proteinabbau Proteinabbau Cyclin Ubiquitin E1 E3 E1 E2 E3 E2 E2 E1 = Ubiquitin-activating enzyme E2 = Ubiquitin-conjugating enzyme E3 = Ubiquitin ligase Multiproteinkomplex E3 E2 E3 E2 Abbau Proteasom Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Unstimulierter Zustand Proteolytischer Abbau von ß-Catenin Ubiquitinylierung von ß-Catenin Phosphorylierung von ß-Catenin Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle ß-Catenin Drosophila 42 As - cytoplasmatisches ß-Catenin wird schnell proteasomal abgebaut - Phosphorylierung in der N-terminalen Domäne ist essentiell für die Markierung mit Ubiquitin und den proteasomalen Abbau von ß-Catenin Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle häufig Mutationen bei Dickdarmkrebs ß-Catenin Drosophila 42 As - cytoplasmatisches ß-Catenin wird schnell proteasomal abgebaut - Phosphorylierung in der N-terminalen Domäne ist essentiell für die Markierung mit Ubiquitin und den proteasomalen Abbau von ß-Catenin Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Destruction-Komplex: - Caseinkinase I (CKI) - Dishevelled - Axin - APC - GSK-3 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Glycogen-Synthase Kinase 3 (GSK-3) Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Glycogen-Synthase Kinase 3 (GSK-3) ß-Catenin Phosphorylierung Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Glycogen-Synthase Kinase 3 (GSK-3) - Ser/Thr Kinase, phosphoryliert ß-Catenin an den Positionen 33, 37 und 41 - für die Phosphorylierung von ß-Catenin an diesen Positionen ist eine vorherige Phosphorylierung an Position 45 durch Casein-Kinase I (CKI) essentiel (priming) - Phosphorylierung von ß-Catenin an diesen Positionen ist essentiell für die Ubiquitinylierung von ß-Catenin durch die E3-Ligase ß-TrCP - GSK-3ß phosphoryliert ß-Catenin nur im Komplex mit APC und Axin effektiv Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Destruction-Komplex: - CKI - Dishevelled - Axin - APC - GSK-3 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle APC-Bindung Axin Dimerisierung ß-Catenin, GSK-3ß Bindung - für normale Entwicklung der Maus essentiell - wirkt als "scaffold"-Protein, in dem es die beteiligten Proteine ß-Catenin, APC, Casein-Kinase I und GSK-3ß fixiert und damit in direkte räumliche Nähe bringt - zentrale Domäne für ß-Cat und GSK-Bindung essentiell - Phosphorylierung von ß-Catenin durch GSK-3ß wird durch Axin gesteigert - Phosphorylierung von Axin durch GSK-3ß steigert dessen Affinität für APC Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Adenomatous polyposis Coli (APC) - Tumorsupressorgen vor allem bei Dickdarmkrebs (Mutationen) - Bindung von APC an ß-Catenin ist essentiell für die Phophorylierung durch GSK-3ß - GSK-3ß phosphoryliert neben ß-Catenin auch APC, wodurch die Bindung von ß-Catenin und APC noch verstärkt wird Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Axin APC GSK-3ß ß-Catenin-P ß-Catenin-P-Ubiquitin Abbau Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Axin APC GSK-3ß ß-Catenin-P ß-Catenin-P-Ubiquitin Abbau Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP LRP Wie beeinflusst die Bindung von Wnt die Aktivität von GSK-3ß und damit die ß-Catenin Konzentration ? Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion "canonical"Wnt-Signalweg LRP Stimulierter Zustand Destruction-Komplex: - Dishevelled (Dvl) Wnt-induzierte Phosphorylierung LRP Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Axin-Bindung Dishevelled (zerzaust) - positiver Mediator des klassischen Wnt-Signalwegs - ubiquitär, cytosolisch lokalisiert - Wnt-Bindung führt zu einer Phosphorylierung von Dishevelled (wahrscheinlich durch Casein-Kinase I (CKI)) Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion "canonical"- Wnt-Signalweg Stimulierter Zustand Destruction-Komplex: LRP - Dishevelled Wnt-induzierte Phosphorylierung Bindung von Dvl an Axin Rekrutierung von GBP an GSK-3ß (GSK-binding protein) Inhibition der GSK-3ß/Axin Bindung und ß-Catenin Phosphorylierung Translokation von ß-Catenin in den Kern Aktivierung von Tcf/Lef LRP Translokation in den Kern Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung - Gruppe von Transkriptionsfaktoren (Tcf 1-4) - Tcf: T-cell factor; Lef: lymphoid enhancer factor Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung - Gruppe von Transkriptionsfaktoren (Tcf 1-4) - Tcf: T-cell factor; Lef: lymphoid enhancer factor - konstitututive DNA-Bindung, aber keine transkriptionelle Aktivität ohne Ko-Aktivator Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung - Gruppe von Transkriptionsfaktoren (Tcf 1-4) - Tcf: T-cell factor; Lef: lymphoid enhancer factor - konstitututive DNA-Bindung, aber keine transkriptionelle Aktivität ohne Ko-Aktivator - Bindung von ß-Catenin an TCF/Lef führt zu einer Transaktivierung und damit Transkription von Zielgenen durch Tcf/Lef Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung Tcf/Lef kontrolierte Gene: C-myc (Protoonkogen) Cyclin D (CDK-Aktivator) p21 (CDK Inhibitor) VEGF (Wachstumsfaktor) PPARd (Nucleärer Rezeptor/Transkriptionsfaktor) MMP7 (Metalloproteinase) Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung Tcf/Lef kontrolierte Gene: C-myc (Protoonkogen) Cyclin D (CDK-Aktivator) p21 (CDK Inhibitor) VEGF (Wachstumsfaktor) PPARd (Nucleärer Rezeptor) MMP7 (Metalloproteinase) Proliferation
