Tín hiệu Wnt nội sinh duy trì khả năng tiềm tàng của tế bào tiên phát thần kinh
Tóm tắt
Tín hiệu Wnt điều chỉnh chức năng và phát triển của tế bào gốc thần kinh (NSC) suốt cuộc đời của một cá nhân. Điều thú vị là, các tiền thân vùng hippocampus ở người lớn (AHPs) tạo ra nhiều Wnt, và máy móc nội bào cần thiết để đáp ứng với chúng, tạo ra khả năng cho một vòng tín hiệu tự tiết hoạt động trong mảnh ghép tế bào gốc này. Tuy nhiên, bài kiểm tra Wnt dựa trên luciferase tiêu chuẩn đã thất bại trong việc phát hiện vòng tín hiệu này. Bài kiểm tra này vốn đã kém nhạy cảm về mặt thời gian với hoạt động trong một quần thể tế bào đang phân chia không đồng bộ vì nó dựa vào luciferase báo cáo nhanh chóng bị phân hủy. Chúng tôi đã vượt qua hạn chế này bằng cách sử dụng một bài thử nghiệm thúc đẩy có sử dụng protein huỳnh quang xanh (GFP) như một báo cáo tương đối lâu dài về hoạt động Wnt chủ đạo. Chúng tôi phát hiện rằng ở mức cơ bản, AHPs tiết ra Wnt có chức năng tự kích thích tín hiệu Wnt chủ đạo ở mức thấp. Việc loại bỏ hoạt động Wnt cơ bản, thông qua việc áp dụng một chất đối kháng Wnt ngoại bào, đã thúc đẩy sự hình thành tế bào thần kinh, dựa trên sự kết hợp của phân tích biểu hiện gen không thiên lệch và phân tích số phận tế bào. Một phân tích đồng loạt chi tiết của các tiền thân được chuyển gen với các chất đối kháng nội bào cụ thể của tín hiệu chủ đạo, như Axin hoặc cadherin bị cắt ngắn (kìm hãm β-catenin), cho thấy rằng việc mất tín hiệu cơ bản làm cạn kiệt quần thể tiền thân đa năng, từ đó thúc đẩy một phần gia tăng để nhận lấy số phận tế bào đã được chỉ định (tức là, các tiền thân đơn năng). Tương tự, tín hiệu Wnt cơ bản đã kìm hãm sự khác biệt của các NSC ở người. Mặc dù các Wnt cụ thể được sản xuất bởi các tiền thân thần kinh thay đổi theo độ tuổi và giữa các loài, nhưng các tác động của chúng vẫn rất nhất quán. Tóm lại, nghiên cứu này xác lập rằng tín hiệu Wnt tự trị là một đặc điểm được bảo tồn của mảnh ghép thần kinh mà duy trì sự cân bằng tinh tế giữa việc duy trì NSC và sự phân hóa.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Monje, 2003, Inflammatory blockade restores adult hippocampal neurogenesis, Science, 302, 1760, 10.1126/science.1088417
Iosif, 2006, Tumor necrosis factor receptor 1 is a negative regulator of progenitor proliferation in adult hippocampal neurogenesis, J Neurosci, 26, 9703, 10.1523/JNEUROSCI.2723-06.2006
Schmidt, 2007, The role of neurotrophic factors in adult hippocampal neurogenesis, antidepressant treatments and animal models of depressive-like behavior, Behav Pharmacol, 18, 391, 10.1097/FBP.0b013e3282ee2aa8
Kuhn, 1996, Neurogenesis in the dentate gyrus of the adult rat: Age-related decrease of neuronal progenitor proliferation, J Neurosci, 16, 2027, 10.1523/JNEUROSCI.16-06-02027.1996
van Praag, 2005, Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice, J Neurosci, 25, 8680, 10.1523/JNEUROSCI.1731-05.2005
van Praag, 1999, Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus, Nat Neurosci, 2, 266, 10.1038/6368
Chen, 2000, Enhancement of hippocampal neurogenesis by lithium, J Neurochem, 75, 1729, 10.1046/j.1471-4159.2000.0751729.x
Wexler, 2008, Lithium regulates adult hippocampal progenitor development through canonical Wnt pathway activation, Mol Psychiatry, 13, 285, 10.1038/sj.mp.4002093
Filippov, 2003, Subpopulation of nestin-expressing progenitor cells in the adult murine hippocampus shows electrophysiological and morphological characteristics of astrocytes, Mol Cell Neurosci, 23, 373, 10.1016/S1044-7431(03)00060-5
Alvarez-Buylla, 2001, A unified hypothesis on the lineage of neural stem cells, Nature Rev Neurosci, 2, 287, 10.1038/35067582
Acheson, 1995, A BDNF autocrine loop in adult sensory neurons prevents cell death, Nature, 374, 450, 10.1038/374450a0
Cheng, 1997, LIF is an autocrine factor for sympathetic neurons, Mol Cell Neurosci, 9, 372, 10.1006/mcne.1997.0635
Erlandsson, 2001, Immature neurons from CNS stem cells proliferate in response to platelet-derived growth factor, J Neurosci, 21, 3483, 10.1523/JNEUROSCI.21-10-03483.2001
Wurmser, 2004, Neuroscience. Cellular interactions in the stem cell niche, Science, 304, 1253, 10.1126/science.1099344
Doetsch, 2003, A niche for adult neural stem cells, Curr Opin Genet Dev, 13, 543, 10.1016/j.gde.2003.08.012
Palmer, 2002, Adult neurogenesis and the vascular Nietzsche, Neuron, 34, 856, 10.1016/S0896-6273(02)00738-9
Lie, 2005, Wnt signalling regulates adult hippocampal neurogenesis, Nature, 437, 1370, 10.1038/nature04108
Adachi, 2007, β-Catenin signaling promotes proliferation of progenitor cells in the adult mouse subventricular zone, Stem Cells, 25, 2827, 10.1634/stemcells.2007-0177
Bafico, 2004, An autocrine mechanism for constitutive Wnt pathway activation in human cancer cells, Cancer Cell, 6, 497, 10.1016/j.ccr.2004.09.032
Benhaj, 2006, Redundant expression of canonical Wnt ligands in human breast cancer cell lines, Oncol Rep, 15, 701
Hall, 2006, Role of Wnts in prostate cancer bone metastases, J Cell Biochem, 97, 661, 10.1002/jcb.20735
Chim, 2007, Epigenetic dysregulation of Wnt signaling pathway in multiple myeloma, Leukemia, 21, 2527, 10.1038/sj.leu.2404939
DeAlmeida, 2007, The soluble wnt receptor Frizzled8CRD-hFc inhibits the growth of teratocarcinomas in vivo, Cancer Res, 67, 5371, 10.1158/0008-5472.CAN-07-0266
Fodde, 2007, Wnt/β-catenin signaling in cancer stemness and malignant behavior, Curr Opin Cell Biol, 19, 150, 10.1016/j.ceb.2007.02.007
Schlange, 2007, Autocrine WNT signaling contributes to breast cancer cell proliferation via the canonical WNT pathway and EGFR transactivation, Breast Cancer Res, 9, R63, 10.1186/bcr1769
Reya, 2003, A role for Wnt signalling in self-renewal of haematopoietic stem cells, Nature, 423, 409, 10.1038/nature01593
Willert, 2003, Wnt proteins are lipid-modified and can act as stem cell growth factors, Nature, 423, 448, 10.1038/nature01611
Coudreuse, 2007, The making of Wnt: New insights into Wnt maturation, sorting and secretion, Development, 134, 3, 10.1242/dev.02699
Etheridge, 2004, Expression profiling and functional analysis of wnt signaling mechanisms in mesenchymal stem cells, Stem Cells, 22, 849, 10.1634/stemcells.22-5-849
Aubert, 2002, Functional gene screening in embryonic stem cells implicates Wnt antagonism in neural differentiation, Natbiotechnol, 20, 1240
Otero, 2004, β-Catenin signaling is required for neural differentiation of embryonic stem cells, Development, 131, 3545, 10.1242/dev.01218
Verani, 2007, Expression of the Wnt inhibitor Dickkopf-1 is required for the induction of neural markers in mouse embryonic stem cells differentiating in response to retinoic acid, J Neurochem, 100, 242, 10.1111/j.1471-4159.2006.04207.x
Davidson, 2007, Wnt3a regulates survival, expansion, and maintenance of neural progenitors derived from human embryonic stem cells, Mol Cell Neurosci, 36, 408, 10.1016/j.mcn.2007.07.013
Yu, 2006, Increase in proliferation and differentiation of neural progenitor cells isolated from postnatal and adult mice brain by Wnt-3a and Wnt-5a, Mol Cell Biochem, 288, 17, 10.1007/s11010-005-9113-3
Hirsch, 2007, Canonical Wnt signaling transiently stimulates proliferation and enhances neurogenesis in neonatal neural progenitor cultures, Exp Cell Res, 313, 572, 10.1016/j.yexcr.2006.11.002
Yin, 2007, Wnt-3a protein promote neuronal differentiation of neural stem cells derived from adult mouse spinal cord, Neurol Res, 29, 847, 10.1179/016164107X223539
Parkin, 1993, Activity of Wnt-1 as a transmembrane protein, Genes Dev, 7, 2181, 10.1101/gad.7.11.2181
Fleming, 2008, Wnt signaling in the niche enforces hematopoietic stem cell quiescence and is necessary to preserve self-renewal in vivo, Cell Stem Cell, 2, 274, 10.1016/j.stem.2008.01.003
Gilbertson, 2007, Making a tumour's bed: Glioblastoma stem cells and the vascular niche, Nat Rev Cancer, 7, 733, 10.1038/nrc2246
Colombo, 2006, Embryonic stem-derived versus somatic neural stem cells: A comparative analysis of their developmental potential and molecular phenotype, Stem Cells, 24, 825, 10.1634/stemcells.2005-0313
Palmer, 1999, Fibroblast growth factor-2 activates a latent neurogenic program in neural stem cells from diverse regions of the adult CNS, J Neurosci, 19, 8487, 10.1523/JNEUROSCI.19-19-08487.1999
Svendsen, 1998, A new method for the rapid and long term growth of human neural precursor cells, J Neurosci Methods, 85, 141, 10.1016/S0165-0270(98)00126-5
Palmer, 2001, Cell culture. Progenitor cells from human brain after death, Nature, 411, 42, 10.1038/35075141
Yu, 2003, β-Catenin is critical for dendritic morphogenesis, Natneurosci, 6, 1169
Barraud, 2005, Isolation and characterization of neural precursor cells from the Sox1-GFP reporter mouse, Eur J Neurosci, 22, 1555, 10.1111/j.1460-9568.2005.04352.x
Barraud, 2007, In vitro characterization of a human neural progenitor cell coexpressing SSEA4 and CD133, J Neurosci Res, 85, 250, 10.1002/jnr.21116
van de Wetering, 1997, Armadillo coactivates transcription driven by the product of the Drosophila segment polarity gene dTCF, Cell, 88, 789, 10.1016/S0092-8674(00)81925-X
Day, 1998, Dual-function reporter protein for analysis of gene expression in living cells, Biotechniques, 25, 848, 10.2144/98255bt02
Corish, 1999, Attenuation of green fluorescent protein half-life in mammalian cells, Protein Eng, 12, 1035, 10.1093/protein/12.12.1035
Castelo-Branco, 2003, Differential regulation of midbrain dopaminergic neuron development by Wnt-1, Wnt-3a, And Wnt-5a, Proc Natl Acad Sci USA, 100, 12747, 10.1073/pnas.1534900100
Chen, 1994, Separation of mouse crushed muscle extract into distinct mitogenic activities by heparin affinity chromatography, J Cell Physiol, 160, 563, 10.1002/jcp.1041600320
Shibamoto, 1998, Cytoskeletal reorganization by soluble Wnt-3a protein signalling, Genes Cells, 3, 659, 10.1046/j.1365-2443.1998.00221.x
Shimogori, 2004, Members of the Wnt, Fz, and Frp gene families expressed in postnatal mouse cerebral cortex, J Comp Neurol, 473, 496, 10.1002/cne.20135
Lein, 2007, Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain, Nature, 445, 168, 10.1038/nature05453
Hsieh, 1999, A new secreted protein that binds to Wnt proteins and inhibits their activities, Nature, 398, 431, 10.1038/18899
Noles, 2007, Cadherin inhibition of β-catenin signaling regulates the proliferation and differentiation of neural precursor cells, Mol Cell Neurosci, 35, 549, 10.1016/j.mcn.2007.04.012
Nieman, 1999, Mechanism of extracellular domain-deleted dominant negative cadherins, J Cell Sci, 112, 1621, 10.1242/jcs.112.10.1621
Sanai, 2004, Unique astrocyte ribbon in adult human brain contains neural stem cells but lacks chain migration, Nature, 427, 740, 10.1038/nature02301
Garcia, 2004, GFAP-expressing progenitors are the principal source of constitutive neurogenesis in adult mouse forebrain, Natneurosci, 7, 1233
Kelly, 1995, Zebrafish wnt8 and wnt8b share a common activity but are involved in distinct developmental pathways, Development, 121, 1787, 10.1242/dev.121.6.1787
Shimizu, 1997, Transformation by Wnt family proteins correlates with regulation of β-catenin, Cell Growth Differ, 8, 1349
Sumanas, 2000, The putative wnt receptor Xenopus frizzled-7 functions upstream of β-catenin in vertebrate dorsoventral mesoderm patterning, Development, 127, 1981, 10.1242/dev.127.9.1981
Aulehla, 2003, Wnt3a plays a major role in the segmentation clock controlling somitogenesis, Dev Cell, 4, 395, 10.1016/S1534-5807(03)00055-8
Galceran, 2000, Hippocampus development and generation of dentate gyrus granule cells is regulated by LEF1, Development, 127, 469, 10.1242/dev.127.3.469
Lee, 2000, A local Wnt-3a signal is required for development of the mammalian hippocampus, Development, 127, 457, 10.1242/dev.127.3.457
Kan, 2004, Sox1 acts through multiple independent pathways to promote neurogenesis, Dev Biol, 269, 580, 10.1016/j.ydbio.2004.02.005
Zorn, 1999, Regulation of Wnt signaling by Sox proteins: XSox17 α/β and XSox3 physically interact with β-catenin, Mol Cell, 4, 487, 10.1016/S1097-2765(00)80200-2
Graham, 2003, SOX2 functions to maintain neural progenitor identity, Neuron, 39, 749, 10.1016/S0896-6273(03)00497-5
Mikels, 2006, Purified Wnt5a protein activates or inhibits β-catenin-TCF signaling depending on receptor context, Plos Biol, 4, e115, 10.1371/journal.pbio.0040115
Megason, 2002, A mitogen gradient of dorsal midline Wnts organizes growth in the CNS, Development, 129, 2087, 10.1242/dev.129.9.2087