Diversin, eine neue Komponente des Wnt-Signalweges

Abstract

### Diversin, eine neue Komponente des Wnt-Signalweges

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein bisher unbekanntes Protein, Diversin, identifiziert und dessen duale Funktion innerhalb der Wnt-Signaltransduktion beschrieben (siehe auch Schwarz-Romond et al., 2002). Der Name Diversin wurde gewählt, da dieses neue Protein gegenläufige Funktionen in unabhängigen Zweigen des Wnt-Signalnetzwerkes ausübt: Einerseits blockiert Diversin Wnt/ b -Catenin-Signale, andererseits stimuliert es den Wnt/JNK-Signalweg. Durch Interaktion mit Axin/Conductin und Casein-Kinase Ie ermöglicht Diversin die Bildung des funktionellen b-Catenin-Abbaukomplexes: Durch Diversin an den Komplex gebundene Casein-Kinase Ie bewirkt die initiale Ser45-Phosphorylierung von b-Catenin ("priming phosphorylation") und leitet dadurch die für den b -Catenin-Abbau notwendige GSK3b -Phosphorylierung ein. Antisense-Morpholino- Experimente im Zebrafisch demonstrieren eine frühe Funktion von Diversin während der Embryogenese: Endogenes Diversin begrenzt die Ausdehnung des Blastula-Organizers, ein durch b-Catenin induziertes Signalzentrum des Embryos. Der Verlust von funktionellem Diversin führt zur Expansion dieses Organizers und verursacht die Dorsalisierung des Embryos. Damit ist Diversin entscheidend an einem der ersten musterbildenden Prozesse während der Embryogenese beteiligt. Die Identifizierung von Diversin-Orthologen in Mensch, Maus und Zebrafisch deutet auf eine strenge Konservierung der Funktion von Diversin im System der Vertebraten hin. Die Funktion von Diversin als Aktivator des alternativen Wnt/JNK-Signalweges wurde ebenfalls in Zellkultur und Zebrafisch-Embryonen charakterisiert. Diversin stimuliert hier die Aktivität der c-Jun N-terminalen Kinase (JNK) und kontrolliert Zellwanderungsbewegungen während der Gastrulation im Zebrafisch. Unterstützt werden diese Befunde durch den strukturellen und funktionellen Vergleich zwischen Diversin und Diego, einem kürzlich in Drosophila charakterisierten Regulator des Wnt/JNK Signalweges: Beide, Diversin und Diego aktivieren die Wnt/JNK-Signaltransduktion. Im Gegensatz dazu spielt Diego jedoch keine Rolle in der Wnt/ b-Catenin-Signalkaskade. Diese Befunde etablieren Diversin als neuen und essentiellen Bestandteil des Wnt-Signalnetzwerkes, der als intrazelluläre Schaltstelle in den Signalfluss des Wnt/ b-Catenin- und des Wnt /JNK-Signalweges eingreift.

### The ankyrin repeat protein Diversin recruits Casein kinase Ie to the b-catenin degradation complex and acts in both canonical Wnt and Wnt/JNK signalling

Wnt signals control decisive steps in development of vertebrates and invertebrates, and can induce the formation of tumors. Our laboratory has previously elucidated two important elements of the Wnt signalling pathway, specifically the interactions between -catenin and the transcription factor Lef-1 and between b-catenin and Axin/Conductin. Using the yeast two-hybrid- system I could isolate Diversin as a novel protein, that interacts directly with Axin/Conductin and CKIe , two core components of the canonical Wnt pathway. Axin/Conductin are homologous scaffold proteins and resemble the b -catenin-degradation complex by interacting with the tumor suppressor APC and the Ser/Thr-kinase GSK3b. CKIa and CKIe inhibit canonical Wnt signals by inducing a "priming"-phosphorylation of b-catenin at Ser45. I could demonstrate that Diversin reduces both b-catenin levels and b-catenin- dependent transcription in cultured cells, and blocks body axis formation in Xenopus embryos. Morpholino-based gene ablation in the zebrafish Danio rerio reveals a crucial function of Diversin in the establishment of the dorsal organiser and subsequent embryonic axis formation, processes known to depend on b-catenin-signals. Consistently, microinjection of Diversin mRNA into zebrafish embryos induces a strong ventralisation. In epistasis experiments, Diversin acts downstream of Wnt`s, Dishevelled and CKIe , but upstream of GSK3b and b-catenin. The biochemical analyses showed, that Diversin recruits CKIe to the b-catenin degradation complex and thus allows efficient b-catenin phosphorylation. These results establish the novel ankyrin repeat protein Diversin as a negative regulator of the canonical Wnt pathway in cultured cells as well as in embryonic development. An alternative branch of the Wnt pathway employs c-Jun N-terminal kinase (JNK) to establish planar cell polarity in Drosophila and controls gastrulation movements in vertebrates. I observed that Diversin can activate JNK and regulates gastrulation movements in zebrafish embryos. In this respect Diversin functions similar to the distantly related protein Diego of Drosophila. Toghether these data demonstrate an essential role of Diversin in two independent aspects of the Wnt pathway, and indicate a function of Diversin as a molecular switch between Wnt/ b-catenin- and Wnt/JNK signals (Schwarz-Romond et al., 2002).

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