Mechanism of Wnt5a signaling in skeletal development and diseases

Wnt5a信号在骨骼发育和疾病中的机制

基本信息

  • 批准号:
    10683310
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 62.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-08-15 至 2027-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The skeletal system provides crucial structural and functional support to the body. The long-term objective of this project is to uncover the pathogenesis of congenital skeletal disorders and develop strategies for skeletal regeneration by elucidating the key signaling mechanisms governing skeletal development. Early mouse genetic studies have uncovered a critical role of Wnt5a in limb skeletal development. Human mutations in WNT5A have also been implicated in Autosomal Dominant Robinow syndrome (ADRS), a disorder that manifests dwarfism and widespread skeletal dysplasia. Studies over the past 20 years have revealed that Wnt5a is a non-canonical Wnt ligand that signals through receptor Frizzled (Fz) and co-receptors Ror1/2 to activate the planar cell polarity (PCP) pathway for limb morphogenesis during skeletal formation. The objective of the current proposal is to characterize several fundamental properties of Wnt5a as a potent morphogen, such as its signaling potency and range, the structural foundation that governs these properties, and how human ADRS mutations alter its structure to modify WNT5A signaling. The objective will be achieved by specifically testing 1) how two Wnt5a isoforms that differ by 18aa residues at the N-terminus may function differently in PCP signaling to impact limb development; 2) how the Wnt5a isoforms and ADRS mutations may alter the mode through which Wnt5a clusters together Fz and Ror to trigger PCP signaling; and 3) how the ADRS mutations alter Wnt5a’s signaling potency and range during early limb development and endochondral bone formation. Building on our preliminary studies that mouse transgenes encoding different Wnt5a isoforms display remarkably different functional range in the limb, and that the two isoforms display different potency in activating PCP in the Xenopus model, we will first determine whether their function range is solely determined by the activity level difference, or additional factors such as dispersal ability during limb development. Secondly, we will use a set of biochemical and biophysical assays to test a structural biology based model, in which different N-terminal residues in Wnt5a isoforms and ADRS variants may alter the mode through which Wnt5a brings together Fz and Ror to form distinct type of ligand/receptor complexes with different activity levels. Thirdly, we will use a set of quantitative functional and molecular readout to determine how the ADRS variants may cause elevated PCP signaling activity in Xenopus, and how these variants impact Wnt5a- mediated skeletal development and endochondral bone formation in the mouse. These studies will elucidate mechanistically how the N-terminal region may regulate Wnt5a’s signaling activity in PCP, and how alterations in the N-terminus leads to skeletal defects in ADRS in humans.
骨骼系统为身体的长期目标提供重要的结构和功能支持。 该项目旨在揭示先天性骨骼疾病的发病机制并制定骨骼疾病治疗策略 通过阐明控制早期小鼠骨骼发育的关键信号机制来促进再生。 遗传学研究揭示了 Wnt5a 在人类肢体骨骼发育中的关键作用。 WNT5A 还与常染色体显性罗宾诺综合征 (ADRS) 有关,这种疾病 过去20年的研究表明,患有侏儒症和广泛的骨骼发育不良。 Wnt5a 是一种非经典 Wnt 配体,通过受体 Frizzled (Fz) 和辅助受体 Ror1/2 向 激活骨骼形成过程中肢体形态发生的平面细胞极性(PCP)途径。 当前提案的目的是表征 Wnt5a 作为有效形态发生素的几个基本特性, 例如其信号强度和范围、控制这些特性的结构基础,以及如何 人类 ADRS 突变改变其结构以修饰 WNT5A 信号传导,从而实现这一目标。 具体测试 1) N 末端 18 个氨基酸残基不同的两个 Wnt5a 同工型如何发挥作用 2) Wnt5a 同工型和 ADRS 突变如何可能 改变 Wnt5a 将 Fz 和 Ror 聚集在一起以触发 PCP 信号的模式;以及 3) 如何 ADRS 突变改变 Wnt5a 在早期肢体发育和软骨内发育过程中的信号传导效力和范围 基于我们对编码不同 Wnt5a 亚型的小鼠转基因的初步研究。 在肢体中显示出不同的功能范围,并且两种异构体在肢体中显示出不同的效力 在非洲爪蟾模型中激活PCP,我们首先确定它们的功能范围是否是单独确定的 由活动水平差异或其他因素(例如肢体发育过程中的分散能力)决定。 其次,我们将使用一组生化和生物物理测定来测试基于结构生物学的模型, Wnt5a 同工型和 ADRS 变体中的不同 N 端残基可能会改变其模式 Wnt5a 将 Fz 和 Ror 结合在一起形成具有不同活性的不同类型的配体/受体复合物 第三,我们将使用一组定量功能和分子读数来确定 ADRS 的情况。 变异可能导致爪蟾中 PCP 信号活性升高,以及这些变异如何影响 Wnt5a- 这些研究将阐明小鼠介导的骨骼发育和软骨内骨形成。 从机制上讲,N 末端区域如何调节 PCP 中 Wnt5a 的信号活动,以及如何改变 N 末端的突变会导致人类 ADRS 骨骼缺陷。

项目成果

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