Wnt蛋白在内质网中被Porcupine (PORCN)脂化，并结合Wntless蛋白(WLS)进行细胞内运输和分泌。控制这些低溶解度Wnts从内质网转移到细胞外空间的机制尚不清楚。2023年10月17日，德克萨斯大学西南医学中心分子李晓淳及齐晓峰共同通讯在Cell 在线发表题为“Molecular basis of Wnt biogenesis, secretion, and Wnt7-specific signaling”的研究论文，该研究通过对参与中枢神经系统血管生成和血脑屏障维持的Wnt7a的结构和功能分析，阐明了Wnt7a的生物发生原理和Wnt7特异性信号传导。Wnt7a-WLS复合物与钙网蛋白(CALR)结合，揭示了在Wnt生物发生过程中，CALR作为伴侣促进Wnt从PORCN转移到WLS。结构、功能分析和分子动力学模拟表明，Wnt结合WLS的核心磷脂调节Wnt和WLS之间的关联和解离，提示脂质介导的Wnt分泌机制。最后，Wnt7a与细胞表面Wnt7共受体RECK结合的结构揭示了RECKCC4如何参与Wnt7a的N端结构域来激活Wnt7特异性信号传导。另外，2023年5月23日，美国圣裘德儿童研究医院李佳学及德克萨斯大学西南医学研究中心李晓淳共同通讯在Cell 上发表了题为“Structural and Functional insight into Spns2-mediated transport of sphingosine-1-phosphate”的文章，该研究报道了淋巴管/血管内皮细胞中由 Spns2介导的磷酸鞘氨醇的转运机制。2022年9月15日，斯坦福大学医学院冯亮、加州大学圣克鲁斯分校Glenn Millhauser及德克萨斯西南医学研究中心李晓淳共同通讯在Cell 上发表了题为“ Structure and mechanism of human cystine exporter cystinosin”的文章，该研究报道了溶酶体胱氨酸的转运机制。2022年7月13日，德克萨斯大学西南医学中心分子李晓淳团队在Nature 在线发表题为“Mechanisms and inhibition of Porcupine-mediated Wnt acylation”的研究论文，该研究报告了人类 PORCN 的四种冷冻电子显微镜结构：与棕榈油酰辅酶 A (palmitoleoyl-CoA) 底物的复合物；与目前处于临床试验中的抗癌药物 PORCN 抑制剂 LGK974 的复合物；具有 LGK974 和 WNT3A 发夹 2 (WNT3Ap) 的复合物；以及与合成的棕榈油酰化 WNT3Ap 类似物的复合物。这些结构表明，在所有 Wnt 配体中都非常保守的 WNT3A 的发夹 2 从管腔侧插入 PORCN，而棕榈油酰辅酶 A 从胞质侧进入酶。催化组氨酸触发不饱和棕榈油酰基转移到 Wnt 发夹 2 上的目标丝氨酸，这得益于两个底物的接近。抑制剂结合结构表明 LGK974 占据了棕榈油酰辅酶 A 结合位点以阻止反应。因此，这项工作为 Wnt 酰化提供了一种机制，并推动了用于癌症治疗的 PORCN 抑制剂的开发。
Wnt信号是一个基本的信号级联，在人类发育中起着至关重要的作用。异常的Wnt信号经常与各种癌症密切相关。Wnt信号是由分泌的脂质修饰的信号糖蛋白Wnt与其Frizzled(FZD)受体及其共受体之间的相互作用触发的。Wnt在内质网(ER)中合成，内质网内的膜结合O-酰基转移酶Porcupine (PORCN)将单不饱和棕榈油酸酯部分(PAM)转移到Wnt蛋白发夹2上的保守丝氨酸残基上。先前的一项研究表明，棕榈酰化对于Wnt的分泌是必不可少的，关键丝氨酸的突变或PORCN活性的丧失都会导致Wnt在内质网中的保留。脂化后，膜蛋白Wntless (WLS)利用其胞外结构域和跨膜区域与修饰后的Wnt结合。这种相互作用促进了Wnt在细胞内的转运。已经鉴定出19种人类Wnt配体通过旁分泌和自分泌系统激活不同的信号通路。人类Wnt蛋白含有至少22个半胱氨酸残基，这些残基形成多个二硫键，有助于Wnt的稳定性和折叠。脂化Wnt配体由于其疏水性，通常在水环境中表现出低溶解度，因此在Wnt生产过程中需要蛋白质伴侣。在所有后生动物中，Wnt脂化和细胞内转运的关键过程分别由PORCN和WLS两种膜蛋白介导。这意味着存在一个支配Wnt生产的普遍原则。Wnt分泌的一种可能模式涉及直接释放到细胞外空间。首先，Wnt-WLS复合物通过高尔基体从内质网移动到质膜。一旦Wnt-WLS复合物到达细胞表面，Wnt分子就与排泄它们的细胞上的受体结合(自分泌信号)或与邻近细胞结合(旁分泌信号)。这一过程可能涉及Wnt分子向各种实体的转移，如细胞表面蛋白聚糖和可溶性转运蛋白。另一种模型表明，Wnt-WLS复合物在定位到质膜后，经历内吞作用和随后在内体腔室内解离。这允许Wnt被装载到外泌体上进行分泌。关于Wnt与WLS解离的各种假设提出，低pH调节Wnt释放，特定脂质与Wnt在WLS中的棕榈油基部分竞争，或者膜曲率的改变促进Wnt释放。然而，有限的实验证据支持这些提出的机制；因此，Wnt从WLS释放的分子决定因素仍然难以捉摸。研究人员选择Wnt7a作为Wnt的代表，使用生物物理和细胞生物学方法来研究Wnt的生产过程。Wnt7配体，包括Wnt7a和Wnt7b，对中枢神经系统(CNS)血管生成和维持血脑屏障(BBB)完整性至关重要。G蛋白偶联受体124 和RECK作为Wnt7的重要共受体，刺激配体特异性的典型Wnt信号传导，因为在GPR124和RECK存在的情况下，其他17种哺乳动物Wnt或Norrin没有观察到Wnt信号的增强激活。GPR124含有7个跨膜螺旋(TMs)和一个>70 kDa的胞外结构域。RECK由一个罕见结构域的5个重复组成，该结构域包含6个半胱氨酸(CC结构域)和一个卷曲状半胱氨酸富结构域(Fz-like CRD)，两个表皮生长因子样结构域(EGF-like 1和2)和3个Kazal-like motif (Kazal-like 1至3)。此外，低密度脂蛋白受体相关蛋白5和6 (LRP5和LRP6)作为Wnt配体的共受体激活Wnt信号。近年来，一些研究发现了RECK与Wnt7a之间的相互作用残基，并提出了RECK-Wnt7-FZD-GPR124-LRP5/6复合物的模型；然而，获得结构证据对于揭示Wnt7通过该复合体信号传导的分子机制是必要的。该研究发现钙网蛋白(CALR)是内质网中Wnt蛋白的聚糖伴侣。研究结果还表明，将磷脂掺入WLS可以增强Wnt蛋白的募集。在WLS载脂蛋白状态下，TMs 6-7的构象发生改变，阻断了WLS和Wnt蛋白中中心磷脂的结合位点，提示脂质介导Wnt释放的机制。此外，该研究已经确定了与Wnt7a结合的RECK的结构，揭示了RECK的CC4结构域对于结合Wnt7a激活Wnt配体特异性信号至关重要。总而言之，此项工作通过结构生物学，生物化学和细胞生物学的方法鉴定了第一个Wnt合成中的伴侣蛋白，提出了Wnt合成和分泌的新模型，并且阐释了Wnt7共受体的作用。此项工作为抗癌药物研发，中枢神经中血脑屏障修复提供了分子模型。德克萨斯大学西南医学中心分子遗传系李晓淳博士为本文的通讯作者，实验室博士后齐晓峰 （现作为tenure-track Assistant Professor在西南医学中心分子生物学系成立实验室并开展独立研究）为本文的共同通讯作者兼共同第一作者，实验室博士后胡秦枥为本文的共同第一作者。李晓淳，现在美国西南医学中心分子遗传系任职。2004-2012年就读于清华大学获得理学学士和博士学位，导师施一公教授；2012-2017在美国洛克菲勒大学从事博士后研究，导师Günter Blobel为1999年诺贝尔生理学或医学奖得主。2017年6月就职于美国西南医学中心分子遗传系任助理教授，开展独立科研工作，利用结构生物学和生物化学手段研究胆固醇的生物合成和信号转导。在Science，Nature，PNAS 等（其中包含Science 2篇，Nature 8篇及Cell 3篇）发表文章达到40篇。参考消息：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01075-9#%20
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