The role of wnt signalling pathway in cardiomyocytes

Abstract

The Wnt signalling pathway is a major regulator of many cell functions including proliferation, differentiation and migration. Recently, apart from the canonical pathway which utilizes β-catenin, two β-catenin independent pathways have been reported. These are termed as Wnt non canonical signaling pathways. They further branch to into the a) planar cell polarity pathway (PCP), where Rac1 and JNK are the main signalling molecules and to b) the calcium dependant pathway (CDP) that is mediated through intracellular calcium concertation and CamKII. Wnt5a is part of the Wnt proteins that can selectively activate Wnt non-canonical signalling and it is extracellularly regulated by Sfrp5. Although these pathways are mostly associated with embryonic development and cancer, little information is known about their role in the adult heart. In this study we investigated whether Wnt5a activation of the Wnt non-canonical pathways can regulate myocardial redox state.To this purpose we used the H9C2 rat cardiomyoblast cell line. Interestingly Wnt5a treatments did increase superoxide in both exogenous treatments and from endogenous overexpression in a Wnt5a overexpressing differentiated H9C2 cells. Activation of both PCP and CDP pathways occurred but JNK phosphorylation was observed only in the transfected cells. These effects were reversed by use of a Rac1 and PLC inhibitor. Furthermore in the Wnt5a transfected cells we observed a hypertrophic phenotype and increase intracellular Ca2+ concentration. Finally we were able to further validate our findings using myocardial samples from transgenic mice overexpressing Wnt5a.Our findings suggest that Wnt5a through activation of the non-canonical pathways can be a major regulator of myocardial redox state, thus proving a potential therapeutic target for both redox and hypertrophy related diseases.

Το Wnt σηματοδοτικό μονοπάτι αποτελεί τον κύριο ρυθμιστή για μια πληθώρα κυτταρικών διεργασιών. Πρόσφατα δύο «μη κανονικά» Wnt σηματοδοτικά μονοπάτια. Αυτά είναι γνωστά ως το Planar Cell Polarity pathway (PCP) και το Calcium dependant pathway (CDP). Το Wnt5a είναι μια πρωτεΐνη που ενεργοποιεί εκλεκτικά τα μη κανονικά Wnt σηματοδοτικά μονοπάτια, ενώ ρυθμιστής της αποτελεί το Sfrp5. Ο ρόλος τους στο καρδιαγγειακό σύστημα και πιο συγκεκριμένα στην οξειδοαναγωγική κατάσταση του μυοκαρδίου δεν έχει ακόμα εξερευνηθεί.Η εξωγενής χορήγηση Wnt5a αλλά και η ενδογενής υπερέκφραση του σε κύτταρα H9C2 οδήγησαν σε αυξημένη παραγωγή υπεροξειδικών ριζών προερχόμενων από το ένζυμο NADPH οξειδάση. Επιπλέον η εξωγενής χορήγηση wnt5a ενεργοποιεί το CDP μέσω της CamKII αλλά και του PCP μέσω του Rac1. Επιπλέον, στο κυτταρικό μοντέλο υπερέκφρασης του Wnt5a παρατηρήθηκε και φωσφωρυλίωση της JNK αλλά και υπερτροφικός φαινότυπος κατά την διαφοροποίησή τους λόγω αυξημένης συγκέντρωσης ενδοκυτταρικού ασβεστίου. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν περεταίρω και με την χρήση αναστολέων για το μονοπάτι CDP και του PCP. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής υποδεικνύουν τον ρόλο του Wnt5a ως ρυθμιστή της οξειδοαναγωγικής κατάστασης στην καρδιά, καθιστώντας τo Wnt5a και τα μη κανονικά Wnt σηματοδοτικά μονοπάτια πιθανούς θεραπευτικούς στόχους για το οξειδωτικό στρες και την καρδιακή υπερτροφία.