Developmental Cell:華裔博導發現Wnt途徑新機制

2021-01-21 生物谷

生物谷報導:Wnt/wg信號途徑決定細胞命運,調節組織自我平衡和癌症的發生,因此近幾年信號分子Wingless和它的脊椎動物同源物Wnt的作用機理研究已經發展成了一個熱點。

來自辛辛那提大學醫學院生物學系,辛辛那提兒童醫院醫學中心(Cincinnati Children’s Hospital Medical Center,生物谷注),德拉維爾大學(University of Delaware)的研究人員發現Wnt這種重要的信號蛋白依賴於一種複合物和循環系統,以確保被正確釋放到組織建設(tissue-building,生物谷注)細胞位置。這一重要的發現也許提出了癌症,心臟疾病或Wnt蛋白相關的出生缺陷疾病等背後的一種新機制。這一研究成果將公布在2008年1月15日Developmental Cell雜誌上。

領導這一研究的是辛辛那提大學的林鑫華教授,其早年畢業於杭州大學生物系,在哈佛大學做博士後時林鑫華教授開始展露才華,在《自然》雜誌上發表了重要論文,在辛辛那提當教授的幾年時間裡,林鑫華領導的實驗室研究更加出色,近期又在《細胞》雜誌上發表了重要論文。

Wnt是一類分泌型糖蛋白,通過自分泌或旁分泌發揮作用。Wnt信號途徑能引起胞內β-連鎖蛋白(β-catenin)積累,β-catenin(在果蠅中叫做犰狳蛋白Armadillo)是一種多功能的蛋白質,在細胞連接處它與鈣粘素相互作用,參與形成粘合帶,而游離的β-catenin可進入細胞核,調節基因表達。Wnt信號在動物發育中起重要作用,其異常表達或激活能引起腫瘤。Wnt信號途徑可概括為:Wnt→Frz→Dsh→β-catenin的降解複合體解散→β-catenin積累,進入細胞核→TCF/LEF→基因轉錄(如c-myc、cyclinD1)。

在這一篇文章中,研究人員發現Wnt蛋白家族傳送需要一種複合物:Retromer Complex,當細胞中這種循環體系被打破的時候,Wnt信號蛋白就不能傳送,一種稱為Wntless(Wls)的運送受體功能受阻,並逐漸降解。

林教授表示,「我們都知道在許多生物過程中,比如疾病發生過程,Wnt蛋白都扮演了重要的角色,但是有關這個蛋白的分泌及傳送過程是如何被調控的至今了解的很少」,「在這項研究中,我們主要的發現即證明了Retromer Complex對於Wnt穩定分泌額重要性,這為某些疾病如何發生的提出了新觀點。」

利用一系列在果蠅、小鼠和人類遺傳工程細胞上進行的實驗,林教授和他的同事突變了轉運蛋白(trafficking protein,生物谷注)Vps35,導致其在Retromer Complex上的關鍵組裝作用喪失,從而觀察在Trans-Golgi網絡和靶標細胞位置之間的Wnt蛋白的傳送循環。結果他們發現,在這三種細胞系中,Retromer Complex功能受損導致Wnt蛋白堆積在了Trans-Golgi網絡中,Wls運送受體被降解,不能重新回到循環中,執行傳送Wnt蛋白的工作。

「雖然我們認為Wls蛋白是Wnt信號蛋白的一種運送受體,但是我們仍然需要更多的實驗進一步了解這一過程,比如Wls如何從Trans-Golgi中傳送Wnt」,林教授說。

總的來說,在這項研究中,研究人員提出了Wnt最初進入Trans-Golgi網絡的傳送循環模式,其中Wls運送受體起到了傳送Wnt到靶標細胞表面的作用。一旦Wls開始運送Wnt蛋白,就會發生以下事件中的一項:當Retromer Complex功能正常的時候,Wls就能回到Trans-Golgi網絡;一旦Retromer Complex功能失常的時候,Wls就會被細胞中的溶酶體降解。

原始出處:

Developmental Cell, Vol , Issue

The Retromer Complex Influences Wnt Secretion by Recycling Wntless from Endosomes to the Trans-Golgi Network

Tatyana Y. Belenkaya,1 Yihui Wu,1,4 Xiaofang Tang,1,2,4 Bo Zhou,1,2 Longqiu Cheng,1 Yagya V. Sharma,3 Dong Yan,1,2 Erica M. Selva,3 and Xinhua Lin1,2,

1 Division of Developmental Biology, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati, OH 45229, USA
2 The Graduate Program in Molecular and Developmental Biology, Cincinnati Children's Hospital Medical Center, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati, OH 45229, USA
3 Department of Biological Sciences, University of Delaware, Newark, DE 19716, USA

Corresponding author
Xinhua Lin
xinhua.lin@cchmc.org

Summary

Secreted Wnt proteins play essential roles in many biological processes during development and diseases. However, little is known about the mechanism(s) controlling Wnt secretion. Recent studies have identified Wntless (Wls) and the retromer complex as essential components involved in Wnt signaling. While Wls has been shown to be essential for Wnt secretion, the function(s) of the retromer complex in Wnt signaling is unknown. Here, we have examined a role of Vps35, an essential retromer subunit, in Wnt signaling in Drosophila and mammalian cells. We provide compelling evidence that the retromer complex is required for Wnt secretion. Importantly, Vps35 colocalizes in endosomes and interacts with Wls. Wls becomes unstable in the absence of retromer activity. Our findings link Wls and retromer functions in the same conserved Wnt secretion pathway. We propose that retromer influences Wnt secretion by recycling Wntless from endosomes to the trans-Golgi network (TGN).

附:
讀了31年書的教授

林鑫華,1962年生於浙江上虞,1969年讀小學,1980年考入杭州大學生物系,1984年考入中國科學院細胞研究所攻讀博

士,1989年留學美國聖路易斯市華盛頓大學,1995年在哈佛大學做博士後,現任辛辛那提兒童醫院教授。

辛辛那提市兒童醫院是美國著名的醫院,醫學研究名列全美前三名。這一點與中國有很大區別,中國的城市規模決定了城市在政治、經濟、文化、衛生、科技等幾乎所有方面的地位。但美國不是,按規模,辛辛那提算不上大城市,美國地區差別遠沒有中國那麼明顯。

那天,我去這家醫院拜訪林鑫華教授。我們在大樓裡左彎右拐,如進了迷宮,最終還是在實驗室工作人員的帶領下,經過一道道門,一道道崗,一次次刷卡,才找到林教授的辦公室。看來這裡戒備森嚴。

林教授是個南方人,聽口音是江浙一帶人,中等身材,有著江南人特有的清秀,嗓音很是清脆,洪亮,說來話來,神採飛揚,朗聲大笑,笑得通透,笑得自信。

在辛辛那提大學,我接觸了很多中國留學生,我慨嘆於他們讀書時間之長,有的在國內讀完本科,有的已經拿到了碩士學位,繼續到美國求學,讀書時間都在20年以上,佔去生命的三分之一左右。林鑫華教授堪稱其中的冠軍,前後總共讀了31年書,而且中間從來沒有任何停頓,這引起了我的濃厚興趣。

林鑫華求學時間漫長,但經歷卻很簡單,一路讀書過來,小學,中學,大學,研究所,出國讀博士,做博士後,然後當教授。一直到現在仍然沒有離開學校。他接觸的人很單純——學者,教授,學生,他的研究屬於基礎科學,純理論,就是我們常說的象牙塔,這是我見過的最純粹的學者之一。



林鑫華生在農村,長在農村。人們普遍認為,農村生活狀態不佳,教育條件更差,農村孩子很難成材,但林鑫華卻有另外一種解釋。

他老家在浙江上虞,是紹興轄下的一個小城。自古江南多才子,文化積澱深厚。這裡山不高,水不深,給人的感覺是娟秀,清幽,充滿靈性。走在鄉間小路上,滿眼是褪不掉的濃濃的綠色,鼻子裡呼吸的是山花野果的清香,這種情境在其他地方是難以領略的。山裡的雲,田野的風,明亮的陽光,養成了他無拘無束,舒捲自如的性格,父親是村裡的幹部,文化不高,從來沒有整天催命似的逼他念書,更沒給他規定考多少分數,林鑫華從小就不懂得什麼叫壓抑,輕輕鬆鬆,開朗快樂,像水分陽光充足的莊稼一樣自由成長。農村遠離城市的喧囂,民風純樸,思想單純,考慮問題直接,簡捷,與自然科學的思維方式正好合拍。這是農村孩子的優勢。

林鑫華熱愛基礎科學,這是因為基礎科學研究難度大,越難的東西越容易激發他的興趣。而且基礎科學的任務是探索新的領域並創造出新的想法和概念;比較而言,應用科學顯得簡單,重複,屬於二手科學。可以這樣描述基礎科學與應用科學的區別,基礎科學是好奇心驅動的研究,應用科學是尋找具體問題答案的研究;基礎科學研究往往帶來的是科學革命,而應用科學帶來的僅僅是對舊方法的改良。這類的例子很多,比如無線電是基礎科學,通訊屬應用科學,又比如核物理與原子彈、核電站,電與電燈,電動機,倫琴射線與X光機的關係等等。

當前擺在醫學科學家面前的課題很多,比如愛滋病,老年病,SARS等等。林教授的研究領域是遺傳與發育,有許多秘密要去探究,人為什麼會老化,為什麼到一定年齡會老化,皮膚發皺,精力不濟,記憶力減退,根源在哪裡?科學,或說是基礎科學,就是要找到原因。應用科學就是針對原因,制出藥品,阻止老化。

基礎科學不如應用科學來得直接,經濟效益更不是立竿見影,而且投入巨大,所以發展中國家很難開展這方面的研究。越是先進發達的國家,基礎科學研究做得越好,這需要雄厚的資金做保證。

林鑫華從事醫學研究,他可以在醫生與科學家之間做出選擇。在美國,醫生是一個很好的職業,救死扶傷,很崇高,收入更高。據最新資料顯示,醫生列美國收入首位,其次是飛機機師,律師。但林鑫華覺得醫生不適合自己,醫生的工作重複性強,醫生因重複而熟練,但科研的大忌是重複,探索與發現才是科學的靈魂。

林鑫華是一個卓越的科學家,在哈佛大學做博士後時開始展露才華,在《自然》雜誌上發表了重要論文,這是一個科學家水平的重要標誌,誰都知道《自然》雜誌在科學界中的重量,在辛辛那提當教授的幾年時間裡,林鑫華領導的實驗室研究更加出色,最近又在《細胞》雜誌上發表了重要論文。《自然》、《科學》、《細胞》是世界最有影響力的自然科學雜誌,在這幾家刊物上發表論文的數量成為世界名牌大學排名的重要依據。科學論文不同於文學創作,文學作品全憑作家的發揮與創造,功夫在於寫;但科學論文是把實驗的結果客觀地反映出來,功夫在於做。實驗做得不好,沒有創新,寫得再天花亂墜也不行。論文給他和實驗室帶來了很高聲譽。林鑫華研究的遺傳與發育,是當前的熱門,備受關注,只要出了成果,影響會很大,但正因為如此,做這個實驗的人很多,競爭也非常激烈。

林教授已經帶過幾個研究生,目前在讀的博士生還有兩個,都是中國學生,具有很高的素質,說起自己的弟子,林教授有一種掩飾不住的喜愛之情,他們都是最優秀的學生,其中一個學生韓春贏得了許多榮譽,包括美國細胞生物協會的2004年紀念大獎,每年只獎給一名在美國細胞生物學領域做出突出貢獻的學生。

科學研究是艱深的,枯燥的。但林鑫華的感覺卻是樂趣無限,在科學世界裡徜徉漫步是一種享受,這裡是他的精神伊甸園,有無數香花秀木,還有數不盡的奇珍異寶……

我想起了杜甫的兩句詩,「會當凌絕頂,一覽眾山小」。科學研究就像在爬山,每爬上一級臺階,眼界與思路就會開闊一些,但還會「這山望著那山高」,因為前面還有遮擋物,及至登上泰山極頂,才會豁然開朗,才會有「一覽眾山小」的豪邁。

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