基因解析之Wnt基因

2017-09-03 08:06:37TOP拓普

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Wnt基因

1982年在小鼠乳腺癌发现了Wnt基因，由于此基因激活依赖小鼠乳腺癌相关病毒基因的插入，因此，当时被命名为Int1基因，之后的研究表明，Int1基因在小鼠正常胚胎发育中起重要作用，相当于果蝇的无翅（Wingless)基因，可控制胚胎的轴向发育。此后大量研究提示了Int1基因在神经系统胚胎发育中的重要性，因此将Wingless与Int1结合，称为Wnt基因。人Wnt基因定位于12q13，在胚胎发育中，Wnt基因调控的重要信号传导系统即为Wnt通路。

Wnt信号通路

Wnt信号通路是一个复杂的调控网络，目前认为它包括三个分支：经典Wnt信号通路，通过β-Catenin激活基因转录；Wnt/PCP通路（planner cell polarity pathway），通过小G蛋白激活JNK（c-Jun N-terminal kinase）来调控细胞骨架重排；Wnt/Ca2+通路，通过释放胞内Ca2+来影响细胞粘连和相关基因表达。

一般提到Wnt信号通路主要指的是由β-Catenin介导的经典Wnt信号通路。下面我们将简单介绍一下经典Wnt信号通路的主要成分：

(1) Frizzled（Fzd或Frz）：分泌型糖蛋白Wnt的细胞膜上受体，为7次跨膜蛋白，结构类似于G蛋白偶联型受体。FZD胞外的N端有一个富含半胱氨酸的结构域（cysteine rich domain, CRD），能与Wnt结合。

(2)Dishevelled（Dsh或Dvl）：Dsh蛋白在细胞质中接受上游信号，通过抑制APC、Axin以及GSK3β等蛋白形成的复合物的功能，稳定细胞质中游离状态的β-Catenin蛋白。细胞质中积累的β-Catenin蛋白进入细胞核与TCF/LEF家族的转录因子结合，从而开启了下游靶基因的转录。

(3)GSK3β：是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。在没有Wnt信号时，GSK3β能将磷酸基团加到β-Catenin N端的丝氨酸/苏氨酸残基上，磷酸化的β-Catenin经β-TRCP泛素化共价修饰后，被蛋白酶体（proteasome）降解。

(4) CK1（casein kinase 1，酪蛋白激酶1）：能将β-Catenin的Ser45位点磷酸化，随后GSK3β将β-Catenin的Thr41、Ser37、Ser33位点磷酸化。

(5) Axin：是一种支架蛋白，具有多个与其它蛋白作用的位点，能与APC、GSK3β、CK1等形成β-Catenin降解复合物。此外它还与Dishevelled、PP2A（protein phosphatase 2A）等wnt信号的其它组分相互作用。

(6) TCF/ LEF：是一类具有双向调节功能的转录因子，它与Groucho结合可以抑制基因转录，而与β-Catenin结合则促进下游靶基因的转录。

经典Wnt信号通路与癌症

虽然研究人员很早就发现了Wnt信号通路的许多成员，但是直到十年之后，人们才真正将Wnt信号通路和癌症联系起来。1993年，Vogelstein等人报道肿瘤抑制因子APC（adenomatous polyposis coli，腺瘤性结肠息肉病蛋白）和β-Catenin之间存在着相互作用。他们发现大约85%的人结肠癌中APC基因都发生了突变，其缺失突变会导致结肠癌中的腺瘤性息肉。在Wnt信号通路中，β-Catenin的稳定性与APC蛋白密切相关。APC蛋白可作为一个载体将β-Catenin和GSK3β联系起来，促进GSK3β磷酸化β-Catenin氨基端保守的Ser/Thr位点，并促使β-Catenin降解。在肿瘤细胞中，APC基因的突变导致APC蛋白不能与β-Catenin相互作用，同时也失去了对β-Catenin表达水平的调节。Β-Catenin在胞浆内大量积聚并进入细胞核，与TCF/LEF转录因子结合，激活相关基因的转录，从而导致了细胞增殖异常和肿瘤发生。

超过90%的结肠癌以及很高比例的其它癌症均与Wnt信号通路的异常激活密切相关，而且细胞实验也证明如果阻断Wnt信号通路可以抑制肿瘤细胞的增殖。因此，人们开始尝试把Wnt/β-Catenin信号通路中的关键蛋白作为药物靶点，筛选分子药物治疗癌症。

Nature子刊：新型靶向Wnt结直肠癌候选药物问世

最近，日本国立癌症中心（NCC）、理化研究所（RIKEN）和Carna Biosciences的研究人员在这一领域取得重大突破。他们新发现了一个可口服的小分子Wnt信号通路抑制剂NCB-0846，有望为广大结直肠癌患者带来新的治疗选择。这一研究发表于近期的Nature子刊《Nature Communications》上。

研究者们之前已发现，TINK激酶是b-catenin/TCF4转录复合物的关键调节组分，并位于Wnt信号通路的最下游部分。在本研究中，TINK敲除小鼠被发现对结直肠癌诱发物氧化偶氮甲烷（azoxymethane）没有反应，不会因此患癌。此外，即便是抑癌基因APC带有突变的小鼠，在TINK被敲除后，结直肠癌肿瘤的发生数量也会明显减少。因此，抑制TINK活性成为了治疗结直肠癌的一个合理思路。为此，研究者们对激酶相关小分子库进行了系统的药物筛选，并发现了TINK的抑制剂分子NCB-0846（IC50为21nM）。X射线晶体衍射分析显示，与NCB-0846结合的TINK处于非活化构象，这很可能与NCB-0846的抑制机理密切相关。