De Korswagen groep bestudeert de mechanismen van canonische en niet-canonische Wnt-signalering met het modelsysteem Caenorhabditis elegans.

Migrerende QR-neuroblast.

Wnt-signalering speelt een belangrijke rol tijdens de embryonale ontwikkeling en het in stand houden van stamcellen in volwassen weefsels. Wanneer Wnt-signalering niet goed wordt gereguleerd zijn degeneratieve ziektes en kanker het gevolg. Cellen kunnen op verschillende manieren op Wnt-eiwitten reageren. Ze kunnen bijvoorbeeld hun identiteit veranderen, maar ook gaan delen, van vorm veranderen of gaan bewegen. Wij zijn geïnteresseerd in het mechanisme van de zogenaamde canonical en non-canonical Wnt-signaaltransductieroutes die deze verschillende reacties teweegbrengen. Om deze pathways op moleculair niveau te bestuderen maken we gebruik van een krachtig genetisch modelsysteem, de nematode C. elegans.

smFISH-kleuring van prkl-1-mRNA in de QR-neuroblast-afstammeling QR.pa. Elke rode stip vertegenwoordigt een enkel prkl-1-mRNA-molecuul.

Tijdens de ontwikkeling van C. elegans zijn er twee cellen – de zogenaamde Q-neuroblasten – die onder invloed van Wnt-signalering in tegengestelde richting bewegen. Wij en anderen hebben aangetoond dat deze cellen een unieke mogelijkheid bieden om op zeer gedetailleerd niveau fundamentele vragen over Wnt-signalering te beantwoorden. In ons recente werk concentreren wij ons op de volgende onderwerpen:

Regulering van canonische Wnt-/beta-cateninesignalering

De migratie van de QL-neuroblast en haar dochtercellen wordt gereguleerd door de Wnt/beta-cateninepathway en inductie van het targetgen mab-5. Dit is een zeer robuust proces en er is dan ook nauwelijks variabiliteit in het expressieniveau van mab-5. Om te bestuderen hoe zo’n lage variabiliteit kan worden bereikt hebben we in samenwerking met de groep van Alexander van Oudenaarden een nieuwe manier gebruikt om genexpressie kwantitatief in vivo te meten1. Door deze resultaten vervolgens in wiskundige modellen te verwerken hebben we gevonden dat een combinatie van positieve en negatieve feedbackregulatie ervoor zorgt dat variabiliteit in targetgenexpressie tot een minimum wordt beperkt.

In een parallelle lijn van onderzoek hebben we ontdekt dat de HECT-domein ubiquitine ligase HUWE1 een evolutionair geconserveerde negatieve regulator van de Wnt/beta-catenine pathway is2. In samenwerking met de groep van Vita Bryja, verbonden aan de Masaryk Universiteit in Brno in de Tsjechische Republiek, hebben we gevonden dat HUWE1 het cytoplasmatische Wnt pathway eiwit Dishevelled (Dvl) ubiquityleert. Opmerkelijk is dat dit niet tot afbraak van Dvl leidt maar tot remming van de signalerings activiteit van dit eiwit.

Verder lezen:
Feedback control of gene expression in the Caenorhabditis elegans Wnt pathway1
Huwe1-mediated ubiquitylation of Dvl defines a novel negative feedback loop in the Wnt signaling pathway2

Mechanisme van Wnt afhankelijke celmigratie

Eerdere studies hebben aangetoond dat de migratie van de QR neuroblast en haar dochter cellen afhankelijk is van meerdere Wnt liganden en receptoren. We hebben recentelijk een verklaring gevonden voor deze complexe regulatie: de migratie kan worden onderverdeeld in drie opeenvolgende fasen die elk door een ander Wnt signalerings mechanisme worden gereguleerd3. De eerste stap is een lange afstandsmigratie die afhankelijk is van parallel werkende MOM-5/Fz en CAM-1/Ror2 receptor afhankelijke non-canonical Wnt pathways. De tweede stap – het beëindigen van de lange afstandsmigratie – is afhankelijk van canonical Wnt/beta-catenine signalering, terwijl de laatste stap – een migratie langs de dorsoventrale lichaamsas – afhankelijk is van een PCP gerelateerde Wnt pathway.

Opmerkelijk is dat Wnt eiwitten geen directe rol spelen in het sturen van deze migratie. We hebben gevonden dat de QR dochter cellen zelf op een specifiek tijdstip in de migratie de expressie van Wnt receptoren veranderen om zo hun reactie op Wnt eiwitten te moduleren. Cel intrinsieke regulatie van receptor expressie speelt een belangrijke rol tijdens de ontwikkeling van het zenuwstelsel, maar er is nog weinig bekend over hoe cellen tijd kunnen meten. Door dit proces in C. elegans te bestuderen hopen we meer te weten te komen over de interne klokken die cellen hier voor kunnen gebruiken. Verder zijn we geïnteresseerd in hoe CAM-1/Ror2 en MOM-5/Frizzled de polariteit en migratie van de QR dochter cellen reguleren.

Verder lezen:
Cell intrinsic modulation of Wnt signaling controls neuroblast migration in C. elegans3

Het mechanisme van Wnt-secretie

Door middel van genetische studies in C. elegans en celbiologische experimenten in humane weefselkweek cellen hebben we ontdekt dat Wnt eiwitten een gespecialiseerde secretie route nodig hebben om te worden uitgescheiden. Het Wnt bindende eiwit Wntless (Wls) speelt hier een centrale rol in. Het bindt Wnt in het endoplasmatisch reticulum (ER) en vervoerd het vervolgens via het Golgi netwerk naar het plasma membraan zodat het kan worden uitgescheiden.

We hebben gevonden dat Wls een limiterende factor is in dit proces en dat het moet worden gerecycled om efficiënte Wnt secretie in gang te houden4. Een belangrijke stap in deze recycling is het transport van Wls uit endosomen naar het Golgi netwerk. Dit gaat via een eiwit complex dat retromer heet en retromeer mutanten hebben dan ook een sterk defect in Wnt signalering5.

Verdere onderzoek naar het transport van Wls toonde aan dat recycling van Wls via een nieuw retromer complex gaat6, 7. Dit complex wordt gekarakteriseerd door een speciaal Sorting Nexin (SNX3) eiwit dat ervoor zorgt dat Wls in speciale transport vesicles wordt vervoerd. Ons huidige onderzoek is gefocust op de vraag hoe deze transport vesicles worden gevormd.

Verder lezen:
Wnt signaling requires retromer dependent recycling of MIG-14/Wls in Wnt producing cells4
Wnt gradient formation requires retromer function in Wnt producing cells5
Wnt signaling requires MTM-6 and MTM-9 myotubularin lipid-phosphatase function in Wnt producing cells6
SNX3-dependent Retromer pathway mediates retrograde transport of the Wnt sorting receptor Wntless and is required for Wnt secretion7
Protein kinase CK2 is required for Wntless internalization and Wnt secretion8
Inhibition of late endosomal maturation restores Wnt secretion in Caenorhabditis elegans vps-29 retromer mutants9

Nederlandse uitbreiding volgt