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1、Wnt catenin信号转导途径 Wnt信号通路 人类Wnt基因家族由19个成员组成 编码具有22或24个半胱氨酸残基的保守糖蛋白 Wnt信号转导途径可以分为决定细胞命运的经典途径和控制细胞运动及组织极性的非经典途径 Wnt途径的发现 Wnt基因于1982年发现 最初是作为小鼠乳腺肿瘤病毒优先整合的位点而被鉴定的 该基因能在细胞间传递增殖和分化信息 是一种癌基因 当时被命名为Int基因 小鼠Int 1和Int 3 随后发现它与果蝇的无翅基因 wingless 属直相同源基因 orthologousgene 从而将二者结合命名为Wnt基因 随着研究的不断深入人们发现Wnt基因家族非常庞大 为多
2、基因家族 其基因结构从低等的无脊椎动物到脊椎动物乃至人类具有高度保守性 其同源序列达27 83 对动物的生长发育起着至关重要的作用 Wnt基因编码的WNT蛋白 可启动细胞内信号传导途径 传导生长刺激信号 参与不同的发育机制 如细胞分化 移行 以及决定细胞命运的增殖等 因其启动蛋白为WNT蛋白 故命名为Wnt信号途径 1996年 Wnt途径的主要成员被相继确定和克隆 研究发现 这一信号途径主要包括三个环节 即由Wnt配体与胞膜受体的特异性结合 引发胞内一系列级联反应 进而调节核内的基因表达 传统的信号途径系统观点认为 信号是从细胞表面到细胞核的线性传递 Wnt信号途径的起点为胞膜 由分泌性信号蛋
3、白Wnt 通过跨膜的受体蛋白 经由多种细胞内蛋白将信号传至细胞核内 这点上看 它是一种与传统观点相一致的信号途径系统 然而许多研究发现 Wnt途径和其他细胞功能 信号传递过程相互交叉 不是直线型的结构 而是一个网络调节模式 具有几个关键调控点 Wnt途径总的框架 1 Wnt cantenin途径 即典型的Wnt cantenin信号途径 canonicalWnt canteninpathway 该途径通过 cantenin的核易位 激活靶基因的转录活性 2 平面的细胞极性途径 planarcellpolaritypathway 涉及RhoA和JunN端激酶以及细胞骨架的重排 目前还没有实验资料
4、证明该途径参与肿瘤的发展 3 Wnt ca2 途径 由Wnt5a和Wnt11激活 增加胞内Ca2 含量 激活蛋白酶C 磷脂酶C和转录因子NF AT Wnt Ca2 途径可以和典型的Wnt cantenin信号途径相互作用 但是该途径在肿瘤发生中是否起作用尚不清楚 Wnt信号途径 Wnt途径的组成和实现 研究Wnt途径的组成 主要运用基因和分子生物学相结合的手段加以分析与认定 Wnt途径候选分子的确定标准为 该分子失去功能显性 则Wnt信号途径的功能即消失 而该分子获得功能时 Wnt信号途径也同时具有功能 经过十多年的研究 目前认为Wnt途径的主要组成为 Wnt信号蛋白 胞膜受体FZD家族 胞浆
5、内 catenin Dsh APC GSK3等蛋白分子 细胞核内LEF TCF转录因子家族等 胞内信号传递 Wnt信号进入胞内后 将信号传递给Dishevelled Dsh 活化的Dsh抑制由Axin APC adenomatouspolyposiscoli 和GSK 3 serin threonineglycogensynthasekinase3 组成的复合物的活性 使 catenin不能被GSK 3 磷酸化 磷酸化的 catenin才可通过遍在蛋白化 ubiquitination 而被胞浆内的蛋白酶体所降解 由于非磷酸化的 catenin不能被蛋白酶体降解 从而导致 catenin在胞浆内
6、积聚 并移向核内 当游离的 catenin进入细胞核内 即可与转录因子TCF LEF T cellfactor Lymphoidenhancerfactor 结合 激活TCF转录活性 调节靶基因的表达 因此 catenin是否磷酸化是该信号传递的关键因素 靶基因 目前已经研究鉴定出多种Wnt途径的靶基因 它们在细胞增殖 分化以及肿瘤形成中起重要作用 主要包括 细胞周期和凋亡相关基因c myc和cyclinD1 生长因子如VEGF vascularendothelialgrowthfactor 胃泌素 gastrin HGF hepatocytegrowthfactor c met等 参与肿瘤进
7、展的基因MMP7 matrilysin MMP26 CD44和Nr CAM 转录因子ITF 2 immunoglobulintranscriptionfactor 2 和Id2 其他靶基因如COX 2等 由于这些因子在细胞增殖 分化以及肿瘤发生发展中分别体现不同的特点 因此Wnt信号传递是一种由多因子组成 涉及多个环节 多种调控的复杂过程 在正常生长的成熟机体中 细胞的生长 增殖和分化等具有一定的规律性和有序性 有限生长的细胞在没有Wnt信号时 Wnt通路呈关闭状态 但当Wnt途径激活时 就可能导致许多细胞出现灾难性的变化 使细胞发生异常的增生和分化 导致肿瘤形成 Wnt途径异常激活主要见于
8、1 组成Wnt途径的蛋白 转录因子或基因被破坏或变异 导致该途径关闭或局部途径异常活跃 2 过多Wnt信号使整个途径异常活跃 细胞进行不必要的增殖 3 细胞内其他因素通过Wnt途径来刺激或诱发细胞产生异常反应 在Wnt途径中 catenin TCF LEF复合体无疑是Wnt途径的枢纽 如前所述 Wnt途径激活是以 catenin定位变化 易位为基础 一旦 catenin易位于细胞核内 与TCF LEF结合 即可启动Wnt途径 因此 Wnt途径的调控可分为两部分 上游各组分结构和功能变化导致 catenin降解障碍 引起 catenin胞浆内积聚 核内 catenin激活TCF LEF引起下游靶
9、基因转录 通过推动细胞周期发展或产生异常蛋白 使细胞发生癌变 catenin是第一个被确定为Wnt途径的成员 在细胞内 catenin具有二个定位池 一个是位于细胞膜 与E cadherin和 catenin形成粘附复合体 参与细胞黏附 另一个则在胞浆 catenin基因定位于3p21 由16个外显子组成 其中外显子3的第37 33 41 45位密码子编码区域构成 catenin蛋白的NH2末端 是GSK3的结合部位 也是致癌活化的位点 该区域的定向突变或缺失可导致 catenin活性过高 致使GSK3对 catenin降解受阻 catenin在胞浆内积聚 Clements对311例胃癌标本进
10、行 catenin的检测 发现29 病例存在 catenin核内易位 19 存在3号外显子突变 研究发现 许多肿瘤中存在着不同程度的 catenin基因突变 如结直肠癌 肝细胞癌 甲状腺癌 卵巢癌和皮肤癌 catenin突变率可达50 以上 前列腺癌 子宫内膜癌和Wilms 瘤等为15 左右 胃癌为26 突变位点多集中在外显子3区域 特别是GSK3的结合部位 catenin的定位改变 除了受其本身基因突变的影响外 Wnt途径上游各组分形态和功能的变化也可影响 catenin的状态 主要包括Wnt APC GSK 3和Axin APC adenomatouspolyposiscoli 是一种与结
11、肠癌发生有关的抑癌基因 定位于5q21 长度10 4kb 编码一组较大的多结构域蛋白 属于胞浆蛋白 具有支架蛋白的作用 APC蛋白 Axin和GSK3 可与 catenin形成复合物 而促进 catenin发生磷酸化 使 catenin得以被蛋白酶降解 在固有的和散在的大多数结直肠肿瘤中 均已发现有APC基因的突变或缺失 APC基因突变可发生于任何外显子 其中以第15外显子 654 2843密码子 最为常见 2000 1020 1169密码子和1323 2075密码子编码区域被认为是 catenin与APC的结合位点 该区域突变即导致 catenin不能与APC结合 进而不能被GSK3磷酸化
12、以致 catenin降解受阻而积聚于胞浆 因而APC是Wnt途径的负调控因子 在其他癌症如髓母细胞瘤 侵袭性纤维瘤病 乳腺癌等也可见APC异常 Axin具有多个蛋白 蛋白作用域 与APC一样起支架蛋白的作用 是支架蛋白复合体的构建基础 Axin的RGS功能域 regulatorsofGproteinsignalingdomain 能与全长的APC结合 但不能与截短的无活性APC结合 APC Axin GSK catenin形成复合物时 GSK靠近 catenin而促使其磷酸化 因此也是Wnt途径的负调控因子 在肝癌 结直肠癌 乳腺癌等肿瘤中检测到Axin基因突变 目前Axin被认为是抑癌分子
13、其基因突变可促进肿瘤的发生 GSK serin threonineglycogensynthasekinase3 可使 catenin磷酸化 磷酸化位点为 catenin的4个N端位点 s33 s37 T4 s45 这些磷酸氨基作为 catenin磷酸化的一种标志 表明它将被蛋白酶体通过水解而降解 GSK3是Wnt途径的负调控因子 同时也是候选抑癌分子 在Wnt信号通路发生异常时是否存在GSK3的突变问题尚少探讨 但已有在结肠癌中没有检测到GSK3突变的报道 GSK3是否具有其他功能 以及可能在其他途径中发挥重要的作用还有待研究 DSH Dishevelled 是Wnt途径正调控因子 其N端的
14、DIX域 可结合Axin 中央区的PDZ域 为蛋白 蛋白相互作用的位点 可结合多种蛋白质 如CKI CBP Frat 酪蛋白激酶 等 而其C端DEP域则具有调节细胞的极性及移动的作用 Wnt分泌蛋白及其受体FZD在肿瘤中也可出现异常表达 在结肠癌 胃癌中 可见Wnt2 Wnt5A FZD1 2表达明显高于正常粘膜组织 但Wnt基因的突变和错义表达与人类肿瘤的直接联系迄今尚待阐明 To等对12例胃癌标本 7例为肠型 4例弥散型 1例混合型 检测Wnt受体FzE3及其相关蛋白hsFRP的变化情况 研究发现 75 病例存在FzE3表达上调 同时也观察到 catenin hsFRP和cyclinD异常
15、表达 在胃癌细胞株的研究中发现 FZD2 FZD5 FZD7 FZD8 FZD9在不同的细胞株异常表达 Wnt家族的多个成员在另外一些细胞株也检测出有的情况高表达 TCF是Wnt途径下游组分 属于DNA结合蛋白 包括1个HMG盒子 highmobilitygroup 和 catenin作用域 HMG盒子具有与DNA结合的活性 通过与其它因子发生作用 而激活转录活性 有趣的是 TCF转录因子家族的不同成员具有不同的特性 尽管它们都可结合DNA 但在大部分情况下并不能激活转录 只有与 catenin发生作用后 才可激活转录过程 有报道在结直肠癌中 检测出Tcf 4突变 且同时存在APC或 cate
16、nin的突变 推测Tcf 4突变可能是附加突变 Wnt途径激活与肿瘤细胞的侵袭和转移 癌细胞最为重要的生物学特征是具有侵袭和转移的能力 这是造成恶性肿瘤患者预后不佳和导致死亡的主要原因 癌细胞的侵袭和转移包括以下几个过程 癌细胞粘附性改变 从原发灶脱落 突破基底膜 与细胞外基质作用 侵入周围基质和邻近组织 然后侵入淋巴管或血管 随血流或淋巴 在远部器官或组织建立新的癌细胞集落 在此过程中 涉及到细胞粘附性的改变 细胞外基质的降解 细胞增殖的改变及肿瘤血管形成等 随着对Wnt途径研究的深入 发现Wnt途径异常激活后 其靶基因中有些是与癌细胞的侵袭转移相关的基因 因而推测Wnt途径也可参与肿瘤的侵袭和转移 细胞间粘附的破坏可促进癌细胞的迁移和浸润 导致侵袭和转移 catenin在细胞中起着双重作用 除了参与Wnt信号转导外 还与E cadherin形成复合物定位于细胞膜 维持细胞间的粘附 在结肠癌研究中发现 在肿瘤侵袭前缘 癌细胞膜上E cadherin表达基本消失 然而胞核内可观察到 catenin表达 因而Wnt途径可能影响E cadherin的表达 利于癌细胞的侵袭 APC的突变也可
