$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Kanoniczne sygnalizacja Wnt to zachowana ścieżka sygnałowa związana zarówno z homeostazą zdrowych tkanek, jak i z chorobą. Wykazano, że precyzyjna regulacja poziomów sygnalizacji Wnt jest ważna w rozwoju embrionalnym, ale ma również ogromne znaczenie w tkankach dorosłych. Stwierdzono, że kanoniczna sygnalizacja Wnt odgrywa ważną rolę w regeneracji tkanek kilku narządów, takich jak jelita, skóra i układ krwiotwórczy. W związku z tym, gdy sygnalizacja Wnt jest rozregulowana, pojawiają się poważne patologie. Rak jelita grubego, wątroby i skóry, choroby neurologiczne, a także niektóre nowotwory hematologiczne są przykładowymi patologiami, w których rozregulowana sygnalizacja Wnt jest czynnikiem sprawczym lub czynnikiem przyczyniającym się1. W związku z tym kilka inhibitorów dla różnych celów Wnt jest obecnie testowanych w badaniach klinicznych jako terapie przeciwnowotworowe związane z Wnt2.
Dodatkowo, interesujące postępy mają miejsce w zakresie potencjału terapeutycznego Wnt w zakresie odzyskiwania neurologicznego, zaburzeń neurologicznych związanych z wiekiem i wrodzonych zaburzeń ze spektrum autyzmu3,4,5. Sygnały Wnt zostały zbadane pod kątem ekspansji ex vivo komórek macierzystych w celu późniejszej transplantacji6. Jednak terapeutyczne ukierunkowanie kanonicznej sygnalizacji Wnt jest trudnym przedsięwzięciem ze względu na jej znaczenie w wielu podstawowych funkcjach komórek i wzajemne oddziaływanie z innymi szlakami7,8,9, co skutkuje potrzebą precyzyjnego pomiaru efektów tych środków terapeutycznych Wnt w łatwym do interpretacji modelu. Sygnalizacja kanoniczna Wnt jest napędzana przez rozpuszczalne ligandy Wnt krótkiego zasięgu, które są wydzielane przez sąsiednie komórki lub jako wydalanie autokrynne, jak zgłaszano w różnych typach komórek macierzystych reagujących na Wnt.
Receptory Wnt Frizzled i białko związane z receptorem lipoprotein (LRP) reagują na te ligandy, co uruchamia wewnątrzkomórkową kaskadę sygnalizacyjną. Gdy sygnalizacja Wnt jest wyłączona, kompleks destrukcyjny składający się z inhibitora osi (Axin), produktu genu supresorowego nowotworu, polipowatości gruczolakowatej Coli (APC), kinazy kazeinowej1 (CK1α) i kinazy syntazy glikogenu (GSK-3β), zapobiega gromadzeniu się β-kateniny (CTNNB1) przez degradację proteasomalną. Po związaniu ligandu Wnt kompleks destrukcyjny jest inaktywowany, co prowadzi do akumulacji i stabilizacji β-kateniny w cytoplazmie. Aktywna β-katenina może migrować do jądra, gdzie wiąże się z czynnikami transkrypcyjnymi czynnika transkrypcyjnego / czynnika wiążącego wzmacniacz limfoidalny (TCF / LEF), aby zainicjować transkrypcję docelowych genów Wnt. Axin2 jest uważany za gen docelowy, ponieważ jest bezpośrednim celem szlaku Wnt10. Dodatkowo Axin2 służy jako ujemny regulator, a także gen reporterowy dla aktywnej kanonicznej sygnalizacji Wnt11,12.
Kilka kanonicznych reporterów sygnalizacji Wnt zostało opisanych w literaturze i było bardzo przydatnych w zrozumieniu roli sygnalizacji Wnt w rozwoju embrionalnym. Większość z tych reporterów korzysta z syntetycznie wstawionych miejsc wiązania TCF/LEF, które nie wykorzystują endogennego genu docelowego13,14,15,16,17,18,19. Dodatkowo zastosowano strategie knock-in Axin2, które uwzględniają naturalną lokalizację genu 11,20,21,22,23, z czego Axin2-LacZ jest ogólnie akceptowany jako najbardziej niezawodny kanoniczny reporter Wnt11. Jednak białko reporterowe LacZ, choć łatwe w użyciu w większości tkanek, wymaga substratu β-galaktozydazy, który jest uznawany za agresywny dla żywych komórek24. Szczególnie w przypadku komórek macierzystych i tymocytów, trudne warunki wykrywania LacZ zwiększają śmierć komórkową (własne nieraportowane dane) podczas pracy z zawiesinami komórek.
Chociaż wzmocnienie sygnału spowodowane barwieniem LacZ jest wygodne do wykrywania słabych sygnałów, sprawia, że kwantyfikacja jest mniej bezpośrednia, a tym samym prawdopodobnie mniej wiarygodna. W związku z tym zaprojektowano mysi model reporterowy, aby naśladować strategię genetyczną Axin2-LacZ, ale z białkiem reporterowym mTurquoise221, aby zapewnić odczyt, który jest bardziej bezpośredni i bliższy fizjologicznym poziomom ekspresji. Białko fluorescencyjne mTurquoise2 jest doskonałym substytutem LacZ ze względu na wysoką jasność (wydajność kwantowa (QY) = 0,93), elastyczność w połączeniu z innymi białkami fluorescencyjnymi w celu rozległej charakterystyki powierzchni komórki oraz brak potrzeby stosowania substratu egzogennego. Co więcej, jego bliskie pokrewieństwo genetyczne z białkiem zielonej fluorescencji (GFP) daje możliwość wykorzystania większości przeciwciał fluorescencyjnych rozpoznających GFP do silniejszego wykrywania sygnału, jeśli to konieczne, w komórkach wyjątkowo wrażliwych na Wnt25.
Model Axin2-mTurquoise2 jest nie tylko kanonicznym raportem Wnt, ale oferuje również możliwość badania fenotypów heterozygoty i homozygoty Axin2 (nokaut Axin2). Ukierunkowana insercja mTurquoise2 w miejscu startowym Axin2 powoduje zakłócenie białka Axin221. Ponieważ Axin2, znany również jako Conductin, jest częścią kompleksu destrukcyjnego Wnt, a kompleks destrukcyjny ściśle reguluje transkrypcję za pośrednictwem β-kateniny, jego częściowy lub całkowity brak może być interesujący do badania różnych patologii. Na przykład w raku jelita grubego poziomy Axin2 są stosunkowo wysokie z powodu hiperaktywacji Wnt11; Jednak jego rola w innych patologiach jest nadal w dużej mierze nieznana. Mimo że uważa się, że Axin2 odgrywa ograniczoną rolę w degradacji β-kateniny, jej rola w regulacji Wnt może być zwiększona przez dodanie małego peptydu, który blokuje wzrost raka jelita grubego za pośrednictwem Wnt26.
Ogólnie rzecz biorąc, ostrożna regulacja Wnt za pomocą celów terapeutycznych Wnt może otworzyć możliwości zmiany początku lub rozwoju poważnych patologii i powinna być dalej badana w modelach o zdolności reporterskiej. W tym raporcie wyjaśniamy naszą metodę analizy najlepszych praktyk mysiego modelu Axin2-mTurquoise2 do cytometrii przepływowej i obrazowania konfokalnego. W kontekście poziomów dawkowania Wnt, bardzo niskie kanoniczne poziomy sygnalizacji Wnt są trudne do wykrycia, dla których zaawansowane możliwości wykrywania i analizy zapewniają przewagę, aby w pełni czerpać korzyści z tego modelu. Tymocyty są używane jako system modelowy ze względu na ich delikatną żywotność komórek, niską kanoniczną ekspresję sygnalizacji Wnt i skondensowany obszar cytoplazmy, aby reprezentować czułość wykrywania modelu Axin2-mTurquoise2. Dodatkowo wyjaśniono histologiczną procedurę barwienia całkowitą β-kateniną dla zawiesin komórek tymocytowych w celu pomiaru cytoplazmatycznych poziomów β-kateniny i weryfikacji aktywnej jądrowej sygnalizacji kanonicznej Wnt w połączeniu z reporterem.