text size

Molecular mechanisms and components controlling the Wnt signaling pathway output

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Title:
Molecular mechanisms and components controlling the Wnt signaling pathway output
Title (in czech):
Molekulární mechanismy a geny podílející se na kontrole signální dráhy Wnt
Type:
Dissertation
Author:
Mgr. Michaela Krausová, Ph.D.
Supervisor:
RNDr. Vladimír Kořínek, CSc.
Opponents:
RNDr. Karel Drbal, Ph.D.
Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D.
Thesis Id:
85126
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Biochemistry (31-250)
Study programm:
Biochemistry (P1406)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
04/03/2014
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
Signalizace Wnt, posttranslační modifikace, nádorový supresor Hic1, myší modely střevního rakovinného bujení, Tnfrsf19
Keywords:
Wnt signaling, post-translational modifications, Hic1 tumor suppressor gene, mouse models of colon cancer, Tnfrsf19
Abstract (in czech):
Souhrn Signální dráha spouštěná proteiny Wnt se významně podílí na kontrole procesů zárodečného vývoje. V dospělém organismu pak tato kaskáda řídí zejména homeostázu tkání. Ve výstelce trávicího traktu udržují fyziologickou hladinu signalizace Wnt různé regulační děje, které zároveň vyvažují protichůdné procesy proliferace, sebeobnovy kmenových buněk či jejich diferenciace do jednotlivých buněčných střevních linií. Bylo jednoznačně prokázáno, že nekontrolovaná aktivace kaskády Wnt vede k vývinu rakoviny trávicího traktu. Předkládaná práce se zaměřuje na popis nových způsobů regulace dráhy Wnt, týkajících se nejen všeobecně platných aspektů přenosu signálu Wnt, ale i kontextově specifických mechanismů. Výsledky jsou předloženy ve třech výzkumných publikacích a dále v jednom přehledovém článku. První článek se věnuje účasti posttranslačních modifikací proteinů Wnt na jejich správném průchodu buněčnou sekreční drahou a také jejich vlivu na následnou signální aktivitu ligandů Wnt. Nejprve byla podrobně studována časová posloupnost a vzájemná provázanost procesů, které jsou spojeny s přídavkem mastných kyselin na postranní řetězce cysteinových a serinových zbytků v myších proteinech Wnt1 a Wnt3a. Tento výzkum se také současně zabýval vazbou cukerných komplexů, které jsou kovalentně připojovány k molekulám asparaginu zmíněných polypeptidů. Naše výsledky prokazují, že vazba kyseliny palmitolejové ke konzervovanému serinu předchází a je vyžadována pro následnou modifikaci cysteinu kyselinou palmitovou. Výzkum časové posloupnosti acylačních a glykosylačních jevů pak poukazuje na fakt, že počáteční připojení cukerných struktur podmiňuje obě následné lipidové esterifikační reakce. Samotné mastné kyseliny se pak též podílejí na vazbě ligandů Wnt na extracelulární matrix, což těsně souvisí s jejich signalizačními schopnostmi. Druhá publikace přináší podrobný popis přípravy dvou nových, geneticky pozměněných alel myšího genu Hic1. Tento gen je popsaný jako nádorový supresor, který kóduje negativní regulátor dráhy Wnt. Podmíněně deletovatelná, tzv. knock-out alela značně usnadňuje výzkum fyziologických rolí spřažených s proteinem Hic1. Druhý kmen nese reportérovou alelu s vsunutým fluorescenčním proteinem citrine (monomerní derivát žlutého fluorescenčního proteinu (EYFP)), a tak umožňuje in vivo sledovat přirozený výskyt bílkoviny Hic1. Třetí publikace charakterizuje protein TROY, patřící do rodiny receptorů pro faktor nekrotizující nádory (TNFR), jako nový inhibitor signální kaskády Wnt. Samotný gen TROY se pak zároveň v kontextu střevní tkáně stává cílovým genem této dráhy. Exprese bílkoviny Troy se v trávicím traktu omezuje na rychle se dělící kmenové buňky, což umožňuje tento gen považovat za nový marker těchto buněk. Troy pravděpodobně interaguje s jiným, dobře charakterizovaným znakem těchto buněk, a to receptorem Lgr5; výsledkem této vazby je pak inhibice dráhy Wnt. Zvýšené množství bílkoviny Troy jsme detekovali v nádorech vyvíjených v geneticky podmíněných myších modelech střevního rakovinového bujení. Tyto modelové systémy věrně napodobují dědičnou nebo získanou formu onemocnění, která jsou „poháněna“ nekontrolovanou aktivací dráhy Wnt. Naproti tomu nasbírané vzorky lidských pacientů trpících kolorektálními karcinomy poukazují na jiný typ chování genu TROY v nádorech u člověka. Čtvrtý, přehledový článek shrnuje poznatky o základních signálních drahách, které se podílejí na homeostáze a správné výstavbě trávicího traktu. Práce zahrnuje popis kaskád Wnt/β-kateninu a Notch a dále se zabývá signálními drahami zahajovanými ligandy z rodin Hedgehog, EGF nebo BMP. Veškeré dráhy jsou probírané zejména s ohledem na jejich zásadní role ve fyziologických i zhoubných procesech střevní tkáně.
Abstract:
Abstract Beyond its essential roles in embryonic development, the Wnt-mediated signal transduction cascade is critically implicated in homeostasis of adult tissues. In the gastrointestinal epithelium, the threshold of active Wnt signaling is kept in a physiological range by a spectrum of regulatory networks and loops, thereby balancing the opposing processes of cell fate determination, proliferation and stem cell self-renewal. Furthermore, compelling evidence undoubtedly link an aberrant Wnt activity to the onset of bowel cancer. Understanding the principle causes and effects secondary to excessive Wnt signaling can provide valuable insights into the pathology of the malignant transformation of the colorectum. The proposed thesis attempts to focus on novel modes of the Wnt pathway modulation; both general and context-specific nuances of the Wnt level adjustment are thereby delineated. The results are presented in three distinct research publications and one review article. The first study examines the contribution of the distinct post-translational modifications, which the Wnt proteins undergo, to their proper processing, secretion and signaling activity. First, we investigated the sequential order and mutual interdependence of cysteine and serine-linked fatty acylation and N-linked glycosylation of murine Wnt1 and Wnt3a proteins. Our data indicate that the attachment of palmitoleic acid to a conserved serine residue precedes and is mandatory for the subsequent S-linked palmitation. Regarding the sequence of the acylation-glycosylation events, initial linkage of the oligosaccharide chains most likely conditions the succeeding double-acyl modification. Lastly, linkage of the fatty acyls presumably underlies the protein´s ability to associate with extracellular matrix; a critical feature to the signaling competency of the Wnt ligand as revealed. The second scientific report delivers a thorough characterization of two novel gene- targeted alleles of the murine Hic1 gene; a recognized tumor suppressor gene that encodes for a negative regulator of the Wnt pathway. A conditional Hic1 gene knock-out allele and a citrine (a monomeric derivative of the enhanced yellow fluorescent protein (EYFP)) reporter knock-in mouse strain greatly facilitate the research of Hic1 physiological roles and visualize Hic1 endogenous distribution, respectively. The third article identifies TROY, a member of the Tumor Necrosis Factor Receptor family, as a novel negative modulator of the Wnt pathway and, in addition, confirms its status as a context-specific Wnt target gene. Importantly, in the intestinal epithelium the Troy expression is demonstrated to be restricted to fast cycling stem cells, thereby defining Troy as a novel marker of these unique cells. In there, Troy likely interacts with the prominent stem cell specifier leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor (Lgr5) to reduce the local level of the Wnt pathway activity. Lastly, elevated amounts of Troy were observed in lesions arising upon genetically defined, the Wnt-pathway driven mouse models of hereditary or induced bowel cancer. On the contrary, collected samples of human sporadic colorectal cancer indicated a different pattern of TROY tumoral deregulation in humans. Finally, the review article summarizes the principal signaling pathways that govern the architecture and homeostasis of the gastrointestinal tract. Ranging from the Wnt/β- catenin and Notch pathways to circuits triggered by Hedgehog, EGF or BMP ligands, all cascades are discussed in detail with respect to their fundamental roles both in physiology and malignant transformation of the gut.
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Mgr. Michaela Krausová, Ph.D. 9.81 MB
Download Abstract in czech Mgr. Michaela Krausová, Ph.D. 62 kB
Download Abstract in english Mgr. Michaela Krausová, Ph.D. 26 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Mgr. Michaela Krausová, Ph.D. 567 kB
Download Opponent's review RNDr. Karel Drbal, Ph.D. 396 kB
Download Opponent's review Mgr. Vítězslav Bryja, Ph.D. 167 kB
Download Defence's report 935 kB