Wnt e mTOR Signaling collaborano per controllare la formazione delle ciglia primarie nelle cellule umane

Le ciglia primarie sono sottili proiezioni basate sui microtubuli che funzionano come antenne cellulari, trasdurendo segnali provenienti dalle vie Hedgehog, Wnt, TGF-β e altre. Le ciglia difettose causano ciliopatie—un'ampia classe di malattie che coinvolgono la degenerazione retinica, le cisti renali e le malformazioni scheletriche. Sebbene sia noto che le ciglia influenzino la segnalazione, come le vie di segnalazione a loro volta regolino la formazione delle ciglia rimane poco compreso.

Questo studio di Yuan e colleghi ha utilizzato cellule dell'epitelio pigmentato retinico umano (hTERT-RPE1)—un modello ben consolidato per la ciliogenesi—per analizzare in dettaglio come la modulazione della segnalazione Wnt/LRP6 influenzi l'assemblaggio delle ciglia primarie. Il gruppo ha innanzitutto confermato che un'attività basale di Wnt/β-catenina è necessaria per la ciliazione: il silenziamento con siRNA di LRP5/6 o della β-catenina ha ridotto la frequenza delle ciglia del 30–50%, senza accorciare sostanzialmente le ciglia che si erano comunque formate. Ciò suggerisce che Wnt/β-catenina controlli selettivamente l'avvio delle ciglia piuttosto che il loro allungamento.

Per esaminare l'effetto di un'elevata attività Wnt, i ricercatori hanno pre-trattato le cellule con terreno condizionato da Wnt3a o con l'agonista Wnt CHIR99021 prima della privazione di siero. Entrambi gli interventi hanno ritardato significativamente la ciliogenesi. L'analisi meccanicistica ha rivelato molteplici difetti convergenti: (1) i componenti delle appendici distali hanno mostrato una disregolazione, (2) il cappuccio inibitorio CP110-CEP97 non è stato rimosso correttamente dai centrioli madre, (3) l'ancoraggio delle vescicole positive a Rab8 al centriolo è risultato ridotto, e (4) OFD1—un altro inibitore della ciliogenesi—associato ai satelliti centriolari è rimasto elevato. Complessivamente, questi difetti bloccano sia l'instaurazione della membrana ciliare sia l'estensione dell'assonema.

Lo studio si è quindi chiesto perché OFD1 persistesse nei satelliti centriolari. Normalmente, OFD1 viene eliminato tramite autofagia all'inizio della ciliogenesi. Le cellule con attività Wnt elevata hanno mostrato un flusso autofagico ridotto e una maggiore attività della chinasi mTOR, in linea con il noto asse Wnt/mTOR in cui Wnt inibisce l'attivazione GSK3-dipendente del soppressore di mTORC1 TSC2. In modo cruciale, l'inibizione farmacologica di mTOR con rapamicina o Torin-1 ha ripristinato la ciliogenesi nelle cellule con iperettivazione Wnt, e la rimozione ectopica di OFD1 ha prodotto un analogo ripristino, collegando l'eccessiva attività di mTOR e l'accumulo di OFD1 come principali effettori a valle del deficit di ciliogenesi indotto da Wnt.

Nel complesso, i dati supportano un modello in cui la segnalazione Wnt opera all'interno di una finestra precisa: un Wnt insufficiente riduce l'avvio delle ciglia, mentre un Wnt eccessivo sopprime l'autofagia tramite mTOR, consentendo a OFD1 di accumularsi nei satelliti centriolari e bloccare l'assemblaggio delle ciglia. L'interazione tra Wnt e mTOR agisce quindi come un reostato per la ciliogenesi, con implicazioni per la comprensione delle ciliopatie e delle malattie in cui Wnt o mTOR sono disregolati, inclusi il cancro e le condizioni degenerative legate all'età.