Lecture 10:
Wnt morphogenetic system


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/b-catenin 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 b-catenin
-
frogs

Wnt/b-kateninová dráha
WNTSignPathFig1


Příklady vývojových procesů regulovaných kanonickou Wnt dráhou



Maternální Wnt/b-cateninová dráha determinuje dorsální (horní) pól vyvíjející se zygoty a embrya



maternal Wnt in Xenopus xenopus_gastrulation_2



axis duplication assay:
embyrevisedembedded frogs


Wnt/b-cateninová dráha určuje anterioro-posteriorní (AP, předo-zadní) osu těla během gastrulace –
podporuje vznik zadních a blokuje vznik předních částí těla
maternal Wnt in Xenopus

Uncx4
myší embryo po gastrulaci (E8.5):
Cílové geny Wnt/b-cateninové dráhy jsou exprimovány v zadní části těla.

Deplece Wnt/b-kateninové dráhy při gastrulaci = ztráta zadních částí těla
wild type
Wnt-3a knockout

Deplece inhibitorů Wnt/b-kateninové dráhy při gastrulaci = ztráta předních částí těla
wild type vs.
Dkk1 knockout




Wnt/b-cateninová dráha je klíčovým regulátorem aktivace kmenových buněk jak v embryogenezi, tak v
dospělých tkáních


Wnt/b-catenin dráha je velmi často deregulovaná u nádorů!
according to Beachy et al., Nature 2004


Reya & Clevers 2005, Nature



Lo Celso, C. L. et al. Development 2004;131:1787-1799
Důsledky aktivace b-cateninu v epidermis (po depilaci)


Aktivace b-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:


DMBA-TPA induced tumors
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


Malanchi et al. 2008, Nature



Wnt/b-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/b-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 stárnutím
Model 2 – parabiotické párování
Fyzické propojení dvou krevních systémů (a tím i dvou vnitřních prostředí) u myši
dbmouse

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 b-catenin
-
frogs-gastrulation




Drosophila – PCP (planar cell polarity)
PCP scheme drosophila wing


Molekulární mechanismus ustavení PCP
Seifert and Mlodzik, Nature Reviews in Genetics, 2007


Wnt-induced assymetry
W-RAMP = Wnt-mediated receptor-actin-myosin polarity


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


exencephaly
Důsledky narušené konvergentní extenze (CE)
Exencephaly
Hamblet et al., 2002, Development
Open neural tube

Non-canonical/PCP (Planar cell polarity) pathway:
phenotypes in mouse
Stereocilia orientation in inner ear hair cells
Actin
Qian et al., 2007, Dev. Biol.
inner_ear_hair_cells ear%20cutout

Known Wnt5a knockout phenotypes
E 18.5
+/+               -/-
Yamaguchi et al., 1999
Qian et al, 2007

Možnosti studia CE - Kellerovy explantáty (Xenopus)
CE
control
XLRP5 MO
Lrp5/6
loading control
XLRP5 MO
+ mLrp5

Možnosti studia migrace – Transwell assays (mammalian cells)
transwell chamber transwell corning
Attractant

Možnosti studia migrace – attractant/repelent assays
Attractant/repelent
Wnt repulsion Wnt Repulsion 2

Hari, L. et al. J. Cell Biol. 2002;159:867-880
neural crest
I. Vývoj neurální lišty:
- neurální lišta je zdrojem periferního nervového systému, melanocytů, obličejových kostí a svalů,
srdce a dalších
Wnt3a in NC
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


II. regenerace
chick
axolotl
zebrafish