Molekulární fyziologie živočichů
Vítězslav Bryja
Ústav experimentální biologie PřF MU
&
Biofyzikální ústav AV ČR
Růstové faktory z rodiny Wnt ve
fyziologii
Wnts (Wingless/Int)
- family of ligands
- 19 members in human and mouse
- glycosylated and palmitoylated extracellular proteins
- short range of action, bind to extracellular matrix
- only in multicellular animals
canonical
(eg. Wnt-1 or Wnt-3a)
non-canonical
(eg. Wnt-5a)
Wnt/-kateninová dráha (=
kanonická dráha)
- např. Wnt-1 nebo Wnt-3a
- induce axis duplication in Xenopus
- induce transformation of mammary cell line
C57mg
-signal via nuclear translocation of -catenin
Příklady vývojových a
fyziologických procesů
regulovaných kanonickou Wnt
dráhou
Maternální Wnt/-cateninová dráha
determinuje dorsální (horní) pól
vyvíjející se zygoty a embrya
axis duplication assay:
Wnt/-cateninová dráha určuje
anterioro-posteriorní (AP, předozadní)
osu těla během gastrulace –
podporuje vznik zadních a blokuje
vznik předních částí těla
Uncx4.1/Mesogenin
myší embryo po gastrulaci (E8.5):
Cílové geny Wnt/-cateninové
dráhy jsou exprimovány v zadní
části těla.
Deplece Wnt/-kateninové dráhy
při gastrulaci = ztráta zadních částí
těla
wild type Wnt-3a knockout
Deplece inhibitorů Wnt/kateninové
dráhy při gastrulaci =
ztráta předních částí těla
wild type vs. Dkk1 knockout
Wnt/-cateninová dráha je
klíčovým regulátorem aktivace
kmenových buněk jak v
embryogenezi, tak v dospělých
tkáních
Wnt/-catenin dráha je velmi často
deregulovaná u nádorů!
according to Beachy et al., Nature 2004
Aktivace -cateninu ve vyvíjející se mozkové trubici:
Chenn & Walsh, 2002: Science;297:365-369.Zechner et al., 2003: Dev. Biol.;258:406-418.
midbrain (Brn4-promotor) cortex (nestin enhancer)
Järvinenet al. (2006) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103, 18627-18632
Aktivace beta-cateninu v kmenových buňkách zubu:
Reya & Clevers 2005, Nature
Lo Celso, C. L. et al. Development 2004;131:1787-1799
Důsledky aktivace -cateninu v epidermis (po depilaci)
Aktivace kanonické Wnt dráhy indukuje de novo
tvorbu vlasových kořínků
Moore & Lemischka, Science, 2006
Wnt signalizace v
normální a patologické
fyziologii střevního epitelu
Prostředí kmenových
buněk (stem cell niche)
střevní epitel – latest developments
aneb jak opravdu na to (Barker et al.,
Nature, October 2007)
A. Příprava transgenní myši č. 1 za
účelem zjistit, kde je nový potenciální
stem cell marker exprimován (in vivo
expression profiling). Lgr5 je
exprimován specificky v buňkách ve
spodní části krypty.
Prostředí kmenových
buněk (stem cell niche)
střevní epitel – latest developments
aneb jak opravdu na to (Barker et al.,
Nature, October 2007)
B. Příprava transgenní myši 2, 3 a 4
za účelem zjistit, co všechno vzniká z
Lgr5-pozitivních buněk (Lgr5+
lineage tracing). Lgr5 pozitivní buňky
dávají vzniknout všem částem
buněčného epitelu.
Prostředí kmenových
buněk (stem cell niche)
střevní epitel – latest developments
aneb jak opravdu na to (Barker et al.,
Nature & Sato, Nature 2009)
C. Lgr5 pozitivní buňky in vitro dávají
vzniknout kompletní villus-crypt
struktuře in vitro (Doposud se to s
žádnými jinými buňkami nepodařilo)
Experimentální důkaz:
Vznik malých
adenomů, které
neprogredují
Zkřížení s APC
flox/flox myšima
+ tamoxifen
Nekontrolovaná aktivace kmenových buněk má
fatální následky
Rychlý vznik
adenomů a nádorů
Zkříažení s APC
flox/flox myšima
+ tamoxifen
DMBA/TPA-induced skin carcinogenesis
- benign papilomas, which in some cases progress into squamous cell
carcinoma (SCC)
DMBA/TPA-induced skin
carcinogenesis
Malanchi et al. 2008, Nature
CD34+
CD34-
Malanchi et al. 2008, Nature
Wnt/-cateninová dráha v
regeneraci
zebrafish
chick
axolotl
Wnt/-cateninová dráha v regulaci
stárnutí
Klotho myš
-mutantní kmen myši s fenotypem
akcelerovaného stárnutí: např. kratší život,
arterioskleróza, snížená plodnost nebo
kožní atrofie
- protein Klotho je transmembránový protein
s velkou extracelulární doménou, ta může
být odštěpena a volně cirkulovat v krvi
aktivita Wnt/-cateninové dráhy
ve střevním epitelu
Model 1 – svalová fibróza
- s prodlužujícím se věkem stále častěji při
regeneraci svalu vznikají místo svalových buněk
buňky fibrózní tkáně – tak přispívají k nižší
výkonnosti svalu, která souvisí se stárnutí
Model 2 – parabiotické párování
Fyzické propojení dvou krevních systémů (a tím i
dvou vnitřních prostředí) u myši
BrdU
Nekanonická Wnt dráha
- e.g. Wnt5a
- do not induce axis duplication in Xenopus
- do not induce transformation of mammary cell
line C57mg
- do not signal via nuclear translocation of -
catenin
Drosophila – PCP (planar cell polarity)
Molekulární
mechanismus
ustavení PCP
Seifert and Mlodzik, Nature Reviews in Genetics, 2007
Non-canonical/PCP (Planar cell polarity) pathway:
phenotypes in mouse
Stereocilia orientation in inner ear hair cells
Actin
Qian et al., 2007, Dev. Biol.
Konvergentní extenze – migrace buněk směrem ke
středu těla – vede k prodlužování tělní osy
Non-canonical/PCP (Planar cell polarity) in mouse
(and human) convergent extension
Možnosti studia konvergentní extenze - Kellerovy explantáty (Xenopus)
CE
control XLRP5 MO XLRP5 MO
+ mLrp5
Důsledky narušené konvergentní extenze (CE)
Exencephaly
Hamblet et al., 2002, Development
Open neural tube
Known Wnt5a knockout
phenotypes
E 18.5
+/+ -/Yamaguchi
et al., 1999
Qian et al, 2007
RRSBDB
ror2
1740-1774del35
N620K
W720X
C182X
R184C
R189W
R205X
R366W
R396X
Q502X
1321-1325del(5)
IVS8+3+5del3ins19
1398-1399insA
W749X
2249delG
Y755X
Q760X
Mutations in Ror2 cause dominant brachydactyly type B
(BDB) and recessive robinow syndrome (RRS)
Hari, L. et al. J. Cell Biol. 2002;159:867-880
I. Vývoj neurální lišty:
- neurální lišta je zdrojem periferního nervového
systému, melanocytů, obličejových kostí a
svalů, srdce a dalších
Wnt-3a
Kanonické a nekanonické Wnt signálování často regulují odlišné
části téhož vývojového procesu.
Henderson DJ et al., 2006,
TrendsCard. Res.
Heart outflow tract
development
Wnt1/3aDKO
Wnt5aKO
Děkuji za pozornost