Integration zweier Konzepte innerhalb des WNT Signalwegs: Bildung eines Signalosoms und strukturelle Dynamik von Frizzleds

• Antragsteller: Dr. Jan Hendrik Voß
• Fachliche Zuordnung: Pharmakologie ; Biochemie
• Förderung: Förderung von 2023 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520506488

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Frizzleds (FZD1-10) bilden die Klasse F der Superfamilie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren. Sie fungieren als Rezeptoren für WNT-Morphogene und spielen eine entscheidende Rolle in der embryonalen Entwicklung und der Aufrechterhaltung von Stammzellen. Dysregulierung der WNT-Signalübertragung führt jedoch zu Pathologien wie verschiedenen Krebsarten und Fibrosen. Ziel dieser Arbeit ist es, unser Verständnis der WNT-Signalübertragung zu verbessern. Hierbei binden WNTs initial an ihre Membranrezeptoren – FZDs – aber auch an verschiedene Co-Rezeptoren, wie Low-Density Lipoprotein Receptor-Related Proteins 5/6 (LRP5/6), Receptor Tyrosine Kinase-Like Orphan Receptor 1/2 (ROR1/2), Tyrosine-Protein Kinase 7 (PTK7), und Related to Receptor Tyrosine Kinase (RYK). Das derzeitige Modell der Initiierung des WNT/β-Catenin-Signalwegs, welcher der am besten beschriebenen WNT-Signalweg ist, besagt, dass die WNT-induzierte Dimerisierung von FZDs mit LRP5/6 sowohl notwendig als auch ausreichend für eine effektive β-Catenin- Signalübertragung sei. Die im Rahmen dieses Stipendiums durchgeführte Arbeit zeigte jedoch eindeutig, dass die durch WNT induzierte Assoziation von FZDs mit LRP6 nicht ausreicht, um die Signalübertragung einzuleiten. Wir verwendeten Biolumineszenz-Resonanzenergie- Transfer (BRET) und Einzelmolekül-Fluoreszenzmikroskopie, um festzustellen, dass sowohl WNT-3A als auch WNT-16B zur Assoziation von FZD5 und LRP6 führten. Jedoch zeigte nur WNT-3A eine produktive Aktivierung des WNT/β-Catenin-Signalwegs. In weiteren Untersuchungen haben wir die Interaktionen zwischen FZDs und potenziellen Co-Rezeptoren in β-Catenin-unabhängigen Signalwegen untersucht. Dabei entdeckten wir eine grosse Menge niedrigaffiner Interaktionen zwischen FZDs sowie ROR1/2, PTK7 und RYK. Stimulation mit verschiedenen WNTs führte zur Assoziation zwischen FZD und ROR1/2 in BRET Assays, analog zu dem, was wir zwischen FZD und LRP5/6 beobachteten. Interessanterweise führten nur sehr spezifische Kombinationen aus WNT, FZD und ROR zu produktivem Signaling, was interessanterweise den Ergebnissen des Objectives ähnelt. Orthogonale funktionelle Analysen stehen aus. Abschließend haben wir konstitutive Interaktionen zwischen FZDs und Rezeptoraktivitätsmodifizierenden Proteinen (RAMP1-3) untersucht. Kürzlich wurden breitere Interaktionen als bisher angenommen zwischen GPCRs und RAMPs nachgewiesen, und unsere Experimente zeigten einige spezifische Interaktionen zwischen FZDs und RAMPs. Diese wurden jedoch nicht priorisiert, da wir bislang keine funktionellen Effekte der RAMP-Koexpression auf die FZD-Expression oder -Signalübertragung bestätigen konnten. Zusammengefasst hat die während dieses Stipendiums durchgeführte Arbeit ein neues Modell im Bereich der Initiierung des WNT/β-Catenin-Signalwegs geliefert und bestehende Dogmen in Frage gestellt. Indem wir unsere Methodik auf weniger gut verstandene, potenzielle Co-Rezeptoren ausweiten, hoffen wir, ein ganzheitliches Bild über die Einleitung der WNT-Signalübertragung zu erhalten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A Putative Frizzled 7-Targeting Compound Acts as a Firefly Luciferase Inhibitor. Journal of Medicinal Chemistry, 67(24), 22332-22341.
  Kinsolving, Julia; Grätz, Lukas; Voss, Jan Hendrik; Löw, Bente; Shorter, Emily; Jude, Baptiste; Lanner, Johanna T.; Löber, Stefan; Gmeiner, Peter & Schulte, Gunnar
  
• Class-Wide Analysis of Frizzled-Dishevelled Interactions Using BRET Biosensors Reveals Functional Differences among Receptor Paralogs. ACS Sensors, 9(9), 4626-4636.
  Grätz, Lukas; Voss, Jan H. & Schulte, Gunnar
  
• Frizzleds act as dynamic pharmacological entities. Trends in Pharmacological Sciences, 45(5), 419-429.
  Schulte, Gunnar; Scharf, Magdalena M.; Bous, Julien; Voss, Jan Hendrik; Grätz, Lukas & Kozielewicz, Pawel
  
• Structural basis of frizzled 7 activation and allosteric regulation. Nature Communications, 15(1).
  Bous, Julien; Kinsolving, Julia; Grätz, Lukas; Scharf, Magdalena M.; Voss, Jan Hendrik; Selcuk, Berkay; Adebali, Ogün & Schulte, Gunnar
  
• WNT-induced association of Frizzled and LRP6 is not sufficient for the initiation of WNT/β-catenin signaling. Springer Science and Business Media LLC.
  Schulte, Gunnar; Voss, Jan; Koszegi, Zsombor; Yan, Yining; Shorter, Emily; Grätz, Lukas; Lanner, Johanna & Calebiro, Davide