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Nature:Glypicans保护Wnt脂质部分以实现远距离信号传递,否定了外泌体的参与

近日,来自牛津大学的研究人员在Nature杂志上发表文章,报道了Glypicans保护Wnt蛋白脂质部分,从而使其能够远距离传输,发挥信号传导的作用。而且证明了这一过程没有外泌体和脂蛋白的参与。(是的,从外泌体角度,这是阴性的,但是谁说外泌体不参与就不能发好文章了呢)

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Wnt蛋白是被脂化的,保守的丝氨酸残基(人WNT3A中的Ser209)连接着棕榈油酸酯。晶体结构显示Wnt棕榈油酸酯如何直接促进与卷曲蛋白(Frizzled)受体的结合并因此发出信号活性。尽管被脂质化而具有疏水性,但Wnt蛋白可以跨越多个细胞起作用,尽管其范围可能因组织而异。有研究表明远距离作用可组织非洲爪蟾胚胎的前后轴,并在小鼠小肠隐窝中近分泌即可发挥作用。果蝇完全依靠Wingless蛋白(果蝇中的主要Wnt蛋白)在形态上是正常的,但是会经历几种表型,例如发育延迟、不育和食物摄入减少。即使在翅前体中,远距离作用对于发育也不是必需的,Wingless分布跨越十多个细胞,并有助于及时生长并完全激活靶基因。由于细胞外Wingless很容易在翅假想盘中检测到,因此它们构成了一个良好的组织,可以在生理学中研究其扩散。
已有研究提出相对少量的蛋白质充当在组织内扩散的形态发生信号的分子,在组织发育过程中发挥组织修复和调控细胞命运的作用。其中有Wnt蛋白,其携带信号传导活性必不可少的棕榈油酸酯部分。疏水性脂蛋白如何在细胞外空间中扩散尚不清楚。已有研究提出了几种机制,例如涉及脂蛋白颗粒、外泌体或特定伴侣的机制,以克服这种所谓的Wnt溶解性问题。该研究提供了针对这些模型的证据,并表明Wnt脂质被Dally样蛋白(Dlp)定义的Glypicans亚类的核心结构域包裹。结构分析表明,在棕榈油酰化肽存在的情况下,这些Glypicans改变构象以形成疏水性空间。因此,Dlp家族的Glypicans可以保护Wnt蛋白的脂质不受水性环境的影响,并可以作为Wnt蛋白的储库,传递信号给给信号受体。
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Glypican-Wnt肽相互作用的结构基础
先前的研究表明,脂蛋白颗粒(LPP)或外泌体可以在细胞外空间转运Wnt。为了测试内源表达的Wingless是否与这些结构相互作用,该研究设计了一种受morphotrap方法启发的诱捕方法。膜连接的抗GFP纳米抗体(Vhh4-CD8)用于捕获从敲入等位基因表达的GFP- Wingless。这导致表达细胞表面的GFP–Wingless富集,而不是脂蛋白(LPPs的一种成分)或ESCRT蛋白Hrs(外泌体的标志物)富集。已知结合Wingless且缺乏糖磷脂酰肌醇(GPI)膜锚(DlpΔGPI)的一种Dlp分泌形式被用作阳性对照。此外,发现被NRT-Myc-LaG16 morphotrap(一个带有Myc标签的跨膜蛋白神经视蛋白(NRT)缀合的LaG16纳米抗体)捕获的GFP-Wingless对标记有血凝素(HA)的Wingless表达的分布没有影响。该结果与涉及Wingless分子的几种转运机制(如外泌体、LPP或胶束)相矛盾。
接下来,该研究设计了遗传操作,以进一步评估外泌体和LPP的可能作用。因为没有防止外泌体形成的特定方法,所以该研究抑制了外泌体起源的多囊泡体的生物发生。这是通过表达显性负型形式的VPS4(VPS4DN)来实现的,该形式是管腔囊泡内陷的最后一步所必需的。在表达的8小时内,泛素化的蛋白如预期的那样积累,但对细胞外Wingless的分布没有影响。同样,Wingless的散布在缺乏Hrs的组织中正常出现,Hrs是另一种ESCRT成分。为了评估LPP的作用,通过获得功能和丧失功能的操作来调节其受体(Lpr1和Lpr2)的活性。Lpr2E亚型的过表达(持续36小时)从细胞外空间消耗了可用的脂蛋白,但没有影响细胞外Wingless的水平。相比之下,Lpr1和Lpr2的缺失对LPP的摄取也没有影响,尽管对LPP的摄取受到干扰。
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细胞外Wingless,与DlpΔGPI共定位,但不与外泌体或脂蛋白共定位
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外泌体或脂质颗粒的遗传抑制不会改变细胞外Wingless的分布。
参考文献:
IanJ McGough, Luca Vecchia, Benjamin Bishop, Tomas Malinauskas, Karen Beckett,Dhira Joshi, Nicola O'Reilly, Christian Siebold, E Yvonne Jones, Jean-PaulVincent. Glypicans shield the Wnt lipid moiety to enable signalling at adistance Nature. 2020 Jul 22. doi: 10.1038/s41586-020-2498-z.

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