JAK1对平面细胞极性通路的调控及机制的研究

【摘要】胚胎发育过程中，重要生物学过程的调节异常将导致许多疾病的发生。平面细胞极性（Planarcellpolarity,PCP）的建立是胚胎发育过程中的一个关键环节。具体表现为细胞定向迁移，哺乳动物末端肢节的定向伸长，体毛沿前后轴排列以及静纤毛束定向排列于内耳等。几乎所有的组人体织和器官都需要PCP通路来控制细胞的极性行为。目前已发现PCP调控因子的突变将导致诸多疾病发生，例如神经管畸形，短肢侏儒症以及癫痫[1-3]。神经管畸形(neuraltubedefect,NTD)是胚胎发育早期因神经管不闭合或闭合不全导致的严重出生缺陷。根据神经管未闭合的位置和其严重程度，NTD会导致无脑儿、脑膨出、脊柱裂，以及颅脊柱裂等。近年来通过对NTD动物模型的研究发现，PCP信号通路的核心基因Vangl2在神经管闭合过程中起至关重要的作用，成为NTD遗传学研究的一个新热点[4]。PCP信号通路属于Wnt信号通路的非经典通路，最早在果蝇的相关研究中发现，影响和调控果蝇体部纤毛及复眼等高度有序化结构的排列和形成。PCP通路在进化上非常保守，从昆虫到哺乳动物都具有一组共同的核心调控基因。PCP通路核心基因包括：VanGogh,Ror2,Dishevelled(Dsh/Dvl),Frizzled(FZ),Prickle(Pk),Flamingo(Fmi)和Diego(Dgo)等[5,6]。遗传和生化分析表明PCP核心蛋白质形成了复杂的复合体，其核心蛋白质的数量和亚细胞非对称分布对于PCP通路的信号传递至关重要[7]。核心组分的突变和表达异常会导致PCP通路失活，引起相关疾病。近期研究表明，Vangl2在细胞内呈非对称分布，在Wnt5a的作用下，Vangl2发生丝、苏氨酸位的磷酸化进而与Vangl2与Ror2形成复合体。Vangl2磷酸化水平与其活性正相关。Wnt5a通过磷酸化Vangl2调节其活性，从而梯度影响细胞平面极性的建立。尽管目前大量的遗传学研究已证明Vangl2的胞内不对称分布及其磷酸化水平在脊椎动物末端肢节发育等众多形态发生过程中的起着重要作用，Vangl2作用的生化和细胞学机理目前仍尚未被揭示。研究Vangl2如何接受上游信号调节激活以及如何调节下游信号分子事件对于揭示Wnt/PCP信号通路的作用机理至关重要。因此，本课题从鉴定Vangl2信号复合体新成分入手，通过直接的免疫共沉淀法对Vangl2复合体进行了分离，用串联质谱鉴定获得系列可能参与复合体功能和调节的相互作用蛋白，JAK1即其中之一。JAK即JanusKinase（两面神激酶），是一种非受体型酪氨酸蛋白激酶（PTK）。JAK1目前研究比较明确的是其在JAK-STAT信号通路中的功能。该信号通路参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。最近的研究发现JAK-STAT通路在细胞迁移，原肠胚的会聚延伸等极性行为中也发挥作用[8-10]，提示JAK1在PCP通路中可能发挥重要作用。我们首先利用免疫共沉淀（IP）和免疫荧光实验确定JAK1与Vangl2有直接的相互作用且两者在细胞膜上有共定位，提示JAK1作为一个新组分可能通过影响Vangl2参与PCP通路的激活。同时，JAK1能够特异性影响Vangl2的酪氨酸磷酸化，并与Vangl2的丝苏氨酸磷酸化水平呈负相关，且JAK1与Vangl2的结合程度也与Vangl2的丝苏氨酸磷酸化水平成负相关；另一方面，JAK1又促进Vangl2与Ror2的结合，这些结果说明JAK1可能同时影响其他PCP通路的核心组分如Ror2,Wnt5a来进一步调控Vangl2。后续研究中，我们在辅助因子Ror2上找到了突破口。IP结果显示JAK1与Ror2有直接的相互作用，JAK1使Ror2发生络氨酸磷酸化，并且其络氨酸磷酸化水平受Wnt5a时相（timecourse）的调控，Wnt5a时相同时影响了Ror2与JAK1及Vangl2结合：随着Wnt5a刺激时间的延长，JAK1与Ror2,Vangl2的结合减弱，Ror2的络氨酸磷酸化水平降低，同时Ror2与Vangl2的结合增强。当加入JAK1激酶抑制剂后，这些变化消失。综上所述，本课题发现并验证了PCP通路的新组分JAK1,在Wnt5a作用下，依赖其激酶活性参与并调控PCP核心复合物的形成和激活。这一发现为阐明Vangl2是如何磷酸化及怎样调节PCP通路提供了线索，提示PCP通路与JAK-STAT通路可能存在通路串话（signalingcrosstalk），为进一步完善PCP信号通路的调节机制及其复合体各组分之间的相互关系带来了突破，为PCP相关疾病的发病机理及治疗方向提供了新的线索。
【作者】王芊艺；
【导师】张学敏；
【作者基本信息】中国人民解放军军事医学科学院，细胞生物学，2014，博士
【关键词】细胞平面极性；JAK1；Ror2；Vangl2；Wnt5a；

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