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Die Wnts -Wechselwirkungen zwischen - Embryonalentwicklung und Tumorentstehung -

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Präsentation zum Thema: "Die Wnts -Wechselwirkungen zwischen - Embryonalentwicklung und Tumorentstehung -"—  Präsentation transkript:

1 Die Wnts -Wechselwirkungen zwischen - Embryonalentwicklung und Tumorentstehung -

2 Die Wnt-Proteinfamilie: allgemein - Gycoproteine mit As (MW kDa) - Name: entstanden aus dem Gen int-1 (durch Integration eines Tumorvirus aktiviertes Gen) und seinem Drosophila Homolog Wingless (1982) - insgesamt 16 wnt-Gene in Maus und Mensch (wnt1-wnt16) - Expression von Wnt-Proteinen in Wirbeltieren und Nichtwirbeltieren, jedoch nicht in Pflanzen und Bakterien - Synthese durch eine Vielzahl verschiedener Zelltypen - sezernierte Proteine Wnt

3 Die Wnt-Proteinfamilie: Struktur konservierte Cysteinreste Proteinfaltung durch Ausbildung von intramolekularen Disulfidbrücken schlechte Löslichkeit, geringe biologische Aktivität in "in-vitro" assays - C-terminale Domäne für die Signaltransduktion essentiell C-terminal trunkierte Wnt-Proteine wirken als dom.neg. Mutanten - Glycoproteine Funktion der Glycosylierung unbekannt Wnt

4 Die Wnt-Proteinfamilie: Gruppen Wnt - Einteilung der Wnts nicht nach Homologie sondern nach den nachgeschalteten Signalketten "Canonical" Wnts Wnt 1 Wnt 3a Wnt 8 Wnt 10b "Non-canonical" Wnts Wnt 4 Wnt 5a Wnt 11

5 Die Wnt-Proteinfamilie: Funktionen in der Entwicklung Wnt-Funktionen: zentrale Bedeutung bei der Organ- und Zelldifferenzierung

6 Die Wnt-Proteinfamilie: Funktionen in der Entwicklung Gen Phänotyp des Knock-outs Wnt 1 Störungen der Gehirnentwicklung Wnt 2 Plazenta Defekte Wnt 3 Störungen der Körperachsenbildung, Defekt in der Haarbildung Wnt 3a Verlust des Hippocampus Wnt 4 Störungen der Nierenentwicklung, Defekte in der Entwicklung weiblicher Geschlechtsorgane Wnt 5a verkürzte Gliedmaßen Wnt 7a Defekte in der Synapsenbildung, Infertilität weibl. Mäuse Wnt 10b Defekt in der Adipozytenentwicklung

7 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion Welche Signaltransduktionswege werden wie durch Wnt-Proteine aktiviert?

8 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalwege 1. Klassischer oder "canonischer" Wnt-Signalweg Wnt-stimulierte Akkumulation von ß-catenin und Aktivierung von Tcf/Lef Transkriptionsfaktoren

9 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalwege 2. Wnt/Ca2+ -Signalweg Wnt-stimulierte Aktivierung von Gq/Go und Anstieg des intrazellulären [Ca2+] Aktivierung von Ca2+-aktivierten Signalmolekülen: Ca2+/CaM-Kinase; Calcineurin (Phosphatase); NF-AT (Transkriptionsfaktor)

10 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalwege 3. Wnt/Zell-Polarität Signalweg Wnt-stimulierte Aktivierung von Signalmolekülen, welche mit der Organisation des Cytoskelets in Verbindung stehen z.B. Rho, Integrine, Actin/Myosin

11 Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren LRP 1. Schritt der Aktivierung aller 3 Signalwege Bindung von Wnts an Rezeptoren auf der extrazellulären Seite

12 Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren - 7 Transmembranrezeptoren - geringe Homologie zu GPCRs Frizzled-Rezeptoren

13 Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren - 7 Transmembranrezeptoren - geringe Homologie zu GPCRs Frizzled-Rezeptoren Frizzled Mutante Orientierung der Körperhaare bei Drosophila

14 Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren - 7 Transmembranrezeptoren - N-terminale Cystein(C)-rich(R)-Domäne(D) Wnt-Bindung - 10 unterschiedliche Flz-Rezeptoren im Menschen - begrenzte Bindungsselektivität einzelner für unterschiedliche Wnts - differentielle Expression unterschiedlicher Flz-Rezeptoren in unterschiedlichen Geweben Frizzled(Flz)-Rezeptoren

15 Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren - 7 Transmembranrezeptoren - N-terminale Cystein(C)-rich(R)-Domäne(D) Wnt-Bindung - 2 Gruppen: (A) Canonical Signalweg: keine Kopplung an G-Proteine (B) Ca2+-Signalweg: Kopplung an Gq, Aktivierung von PLC und PKC Frizzled-Rezeptoren

16 Die Wnt-Proteinfamilie: Wnt-Rezeptoren - LRP-5 und LRP-6 binden Wnts und bilden einen ternären Komplex mit dem Frizzled Rezeptor Signaltransduktion LDL-receptor-related protein (LRP) Rezeptoren - LRP-5 und LRP-6 sind essentiell für die Aktivierung des "canonical"-Wnt-Signalwegs - Ko-Rezeptoren ternärer Wnt-Frizzled-LRP Komplex - LRP5 und LRP6 (-/-) Mäuse zeigen ähnliche Defekte wie Wntx (-/-) Mäuse LRP

17 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion Signaltransduktion des "canonischen" Wnt-Signalwegs LRP Besonderheit der "canonischen" Wnt-Signalkette: - nicht Stimulation eines ruhenden Systems sondern Inhibition einer konstitutiv aktiven Signalkette

18 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Unstimulierter Zustand Proteolytischer Abbau von ß-Catenin

19 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle ß-Catenin - Interaktion mit zahlreichen Proteinen durch "Arm-repeats" - Bindungspartner von E-Cadherin Verbindung von Zelladhäsionsmolekülen mit dem Zytoskelett - cytoplasmatisches ß-Catenin wird schnell abgebaut Proteasomaler Abbau 42 As Drosophila

20 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Unstimulierter Zustand Proteolytischer Abbau von ß-Catenin Ubiquitinylierung von ß-Catenin

21 Multiproteinkomplex Proteasomaler Proteinabbau

22 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Unstimulierter Zustand Proteolytischer Abbau von ß-Catenin Ubiquitinylierung von ß-Catenin Phosphorylierung von ß-Catenin

23 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle ß-Catenin - cytoplasmatisches ß-Catenin wird schnell proteasomal abgebaut - Phosphorylierung in der N-terminalen Domäne ist essentiell für die Markierung mit Ubiquitin und den proteasomalen Abbau von ß-Catenin 42 As Drosophila

24 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle ß-Catenin - cytoplasmatisches ß-Catenin wird schnell proteasomal abgebaut - Phosphorylierung in der N-terminalen Domäne ist essentiell für die Markierung mit Ubiquitin und den proteasomalen Abbau von ß-Catenin 42 As Drosophila häufig Mutationen bei Dickdarmkrebs

25 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Destruction-Komplex: - Caseinkinase I (CKI) - Dishevelled - Axin - APC - GSK-3

26 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Glycogen-Synthase Kinase 3 (GSK-3)

27 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Glycogen-Synthase Kinase 3 (GSK-3) ß-Catenin Phosphorylierung

28 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Glycogen-Synthase Kinase 3 (GSK-3) - Ser/Thr Kinase, phosphoryliert ß-Catenin an den Positionen 33, 37 und 41 - für die Phosphorylierung von ß-Catenin an diesen Positionen ist eine vorherige Phosphorylierung an Position 45 durch Casein-Kinase I (CKI) essentiel (priming) - Phosphorylierung von ß-Catenin an diesen Positionen ist essentiell für die Ubiquitinylierung von ß-Catenin durch die E3-Ligase ß-TrCP - GSK-3ß phosphoryliert ß-Catenin nur im Komplex mit APC und Axin effektiv

29 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP Destruction-Komplex: - CKI - Dishevelled - Axin - APC - GSK-3 "canonical"- Wnt-Signalweg

30 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Axin - für normale Entwicklung der Maus essentiell - wirkt als "scaffold"-Protein, in dem es die beteiligten Proteine ß-Catenin, APC, Casein-Kinase I und GSK-3ß fixiert und damit in direkte räumliche Nähe bringt - zentrale Domäne für ß-Cat und GSK-Bindung essentiell - Phosphorylierung von ß-Catenin durch GSK-3ß wird durch Axin gesteigert - Phosphorylierung von Axin durch GSK-3ß steigert dessen Affinität für APC APC-Bindung Dimerisierung ß-Catenin, GSK-3ß Bindung

31 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Adenomatous polyposis Coli (APC) - Tumorsupressorgen vor allem bei Dickdarmkrebs (Mutationen) - Bindung von APC an ß-Catenin ist essentiell für die Phophorylierung durch GSK-3ß - GSK-3ß phosphoryliert neben ß-Catenin auch APC, wodurch die Bindung von ß-Catenin und APC noch verstärkt wird

32 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Axin APC GSK-3ß ß-Catenin-P ß-Catenin-P-Ubiquitin Abbau

33 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Axin APC GSK-3ß ß-Catenin-P ß-Catenin-P-Ubiquitin Abbau

34 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP Wie beeinflusst die Bindung von Wnt die Aktivität von GSK-3ß und damit die ß-Catenin Konzentration ?

35 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Stimulierter Zustand Destruction-Komplex: - Dishevelled (Dvl) Wnt-induzierte Phosphorylierung

36 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Dishevelled (zerzaust) - positiver Mediator des klassischen Wnt-Signalwegs - ubiquitär, cytosolisch lokalisiert - Wnt-Bindung führt zu einer Phosphorylierung von Dishevelled (wahrscheinlich durch Casein-Kinase I (CKI)) Axin-Bindung

37 Die Wnt-Proteinfamilie: Signaltransduktion LRP "canonical"- Wnt-Signalweg Stimulierter Zustand Translokation in den Kern Destruction-Komplex: - Dishevelled Wnt-induzierte Phosphorylierung Bindung von Dvl an Axin Rekrutierung von GBP an GSK-3ß (GSK-binding protein) Inhibition der GSK-3ß/Axin Bindung und ß-Catenin Phosphorylierung Translokation von ß-Catenin in den Kern Aktivierung von Tcf/Lef

38 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle - Gruppe von Transkriptionsfaktoren (Tcf 1-4) - Tcf: T-cell factor; Lef: lymphoid enhancer factor TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung

39 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle - Gruppe von Transkriptionsfaktoren (Tcf 1-4) - Tcf: T-cell factor; Lef: lymphoid enhancer factor - konstitututive DNA-Bindung, aber keine transkriptionelle Aktivität ohne Ko-Aktivator TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung

40 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle - Gruppe von Transkriptionsfaktoren (Tcf 1-4) - Tcf: T-cell factor; Lef: lymphoid enhancer factor - konstitututive DNA-Bindung, aber keine transkriptionelle Aktivität ohne Ko-Aktivator - Bindung von ß-Catenin an TCF/Lef führt zu einer Transaktivierung und damit Transkription von Zielgenen durch Tcf/Lef TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung

41 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Tcf/Lef kontrolierte Gene: C-myc (Protoonkogen) Cyclin D (CDK-Aktivator) p21 (CDK Inhibitor) VEGF (Wachstumsfaktor) PPAR Nucleärer Rezeptor/Transkriptionsfaktor) MMP7 (Metalloproteinase) TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung

42 Die Wnt-Proteinfamilie: Signalmoleküle Tcf/Lef kontrolierte Gene: C-myc (Protoonkogen) Cyclin D (CDK-Aktivator) p21 (CDK Inhibitor) VEGF (Wachstumsfaktor) PPAR Nucleärer Rezeptor) MMP7 (Metalloproteinase) TCF/Lef -Transkriptionsfaktoren DNA-Bindung Proliferation


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