Identification and functional characterization of PTK7 ligands in Xenopus laevis
Identifizierung und funktionelle Charakterisierung von PTK7-Liganden in Xenopus laevis
by Hanna Peradziryi
Date of Examination:2011-05-04
Date of issue:2011-10-26
Advisor:Dr. Annette Borchers
Referee:Dr. Annette Borchers
Referee:Prof. Dr. Andreas Wodarz
Referee:Prof. Dr. Reinhard Schuh
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Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Wnt signaling pathways are evolutionary conserved and regulate numerous processes in both developing and adult organisms. The canonical Wnt signaling pathway regulates cell proliferation and differentiation through changes in gene transcription. Non-canonical or Planar cell polarity (PCP) Wnt signaling pathway regulates cell polarization and migration through changes in the cytoskeleton organization. These pathways have both shared players like Wnt, Frizzled (Fz) and Disheveled (Dsh) and pathway-specific players. However, it is still unclear, how a cell distinguishes between different Wnt pathways. PTK7 (Protein tyrosine kinase 7) is a regulator of the PCP Wnt signaling pathway, which is required for neural tube closure and inner ear hair cell polarity in vertebrates. Several intracellular interaction partners of PTK7 have been described. For example, it has been shown that PTK7 recruits Dsh to the plasma membrane to regulate Xenopus neural crest migration, but upstream signals or PTK7 ligands have so far not been identified. Here we show that PTK7 can interact with canonical Wnt ligands through Frizzled, suggesting that PTK7 may also regulate canonical Wnt signaling. Indeed, PTK7 can inhibit canonical Wnt signaling in both Xenopus and human cell culture. Furthermore, epistasis experiments show that PTK7 inhibits canonical Wnt signaling upstream of Dsh on the level of Wnt/Fz level. The knock-down of PTK7 activates canonical Wnt signaling. The neural tube closure defects induced by knock-down of PTK7 are partially rescued by the inhibition of canonical Wnt signaling, further confirming the inhibitory effect of PTK7 on canonical Wnt pathway. In addition to suppression of canonical Wnt signaling, PTK7 induces an ATF2-mediated transcription in Xenopus, indicating that it activates non-canonical Wnt signaling. In summary, we suggest that PTK7 in Xenopus promotes non-canonical Wnt signaling by inhibiting canonical Wnt signaling through the interaction with Wnt and Fz.
Keywords: canonical Wnt signaling; planar cell polarity; Xenopus
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Wnt Signalwege sind evolutionär konserviert und regulieren zahlreiche Prozesse im sich entwickelnden sowie im ausgewachsenen Organismus. Der kanonische Wnt-Signalweg reguliert durch Veränderungen der Gentranskription die Zellproliferation und -differenzierung. Der nicht- kanonische oder planare Zellpolarität-Wnt-Signalweg (PCP) reguliert die Polarität von Zellen sowie die Zellmigration durch Veränderung der Zytoskelettorganisation. Neben signalwegspezifischen Molekülen werden einige Signalmoleküle wie Wnt, Frizzled (Fz), und Dishevelled (Dsh) von beiden Signalwegen gemeinsam genutzt. Bisher ist allerdings unklar wie eine Zelle zwischen den Signalwegen unterscheidet. PTK7 (Protein Tyrosin Kinase 7) reguliert den PCP Wnt Signalweg, welcher beim Schließen des Neuralrohres und der Polarität der Haarsinneszellen im Innenohr von Vertebraten benötigt wird. Bisher wurden einige intrazelluläre Interaktionspartner von PTK7 beschrieben. In Xenopus konnte zum Beispiel gezeigt werden, dass PTK7, Dsh an die innere Zellmembran rekrutiert und dadurch die Migration der Neuralleistenzellen reguliert. Extrazelluläre Interaktionspartner von PTK7 wurden bisher nicht identifiziert. In dieser Studie zeigen wir, dass PTK7 mit Wnt-Liganden interagiert, die im kanonischen Wnt-Signalweg eine Rolle spielen und dass diese Interaktion durch Fz vermittelt wird. Dieses Ergebnis weißt darauf hin, dass PTK7 auch den kanonischen Wnt-Signalweg beeinflussen kann. In der Tat inhibiert PTK7 den kanonischen Wnt-Signalweg sowohl in Xenopus Embryonen als auch in menschlichen Zelllinien. Des Weiteren haben Epistasis-Experimente ergeben, dass die Inhibierung des kanonischen Wnt-Signalweges durch PTK7 übergeordnet von Dsh auf der Ebene des Frizzled Rezeptors stattfindet. Die Verringerung der PTK7 Expression wiederum aktiviert den kanonischen Wnt-Signalweg. Die dadurch ausgelösten Defekte im Neuralrohrschluss können teilweise durch die Inhibierung des Kanonischen Wnt-Signalweges aufgehoben werden, was den inhibitorischen Effekt von PTK7 auf den Wnt-Signalweg bestätigt. Zusätzlich zur Unterdrückung des kanonischen Wnt-Signalweges aktiviert PTK7 die ATF2 vermittelte Gentranskription in Xenopus Embryonen, was auf eine Aktivierung des nicht-kanonischen Wnt-Signalweges hindeutet. Zusammenfassend konnte gezeigt werden das PTK7 in Xenopus den nicht-kanonischen Wnt-Signalweg aktiviert, indem über die Interaktion mit Wnt und Fz der kanonische Wnt-Signalweg inhibiert wird.
Schlagwörter: kanonische Wnt-Signalweg; Zellpolarität-Wnt-Signalweg; Xenopus