p120-catenin and Rac1: key players in canonical Wnt signaling

Abstract

En aquest treball hem investigat el rol de la p120-catenina en la via de senyalització de Wnt. Hem demostrat per primera vegada la importància d’aquesta catenina en l’activació de la GTPasa Rac1 i en la translocació de la β-catenina al nucli en resposta a la via canònica de Wnt. La via de Wnt ha estat àmpliament estudiada degut a la seva forta implicació en funcions essencials de cèl·lules epitelials normals i patològiques. Tot i que s’han descrit moltes proteïnes implicades en la via de Wnt, queden encara molts detalls per descriure sobre la regulació de l’activitat d’aquestes. Recentment, s’ha descrit que Rac1 és essencial per la translocació de la β-catenina al nucli (Wu X, et al. Cell 2008,133:340-53). El Rac1 actiu controla la localització nuclear de la β-catenina durant la via canònica de Wnt. Tot i així, el mecanisme d’activació d’aquesta GTPasa no ha estat investigat. En aquest treball es demostra que la p120-catenina és necessària per l’activació de Rac1, actuant com a proteïna acobladora de Rac1 i el seu activador Vav2. La interacció de les dues proteïnes amb la p120-catenina és estimulada per la fosforilació de CK1 i la defosforilació en residus tirosina, dues modificacions post-traduccionals que són activades pel factor Wnt3a. Quan sobre-expressem en cèl·lules diferents mutants de la p120-catenina que no uneixen ni Vav2 ni Rac1, o específicament Rac1, aquests no són capaços d’estimular l’activitat de Rac1. A més a més, sabent que la depleció de la p120-catenina en Xenopus produeix defectes en el procés de gastrulació, hem analitzat la capacitat dels diferents mutants de p120-catenina en rescatar aquest fenotip. Al contrari que la proteïna salvatge, els mutants de la p120-catenina que no uneixen Rac1 i Vav2, o que només uneixen Vav2, no són capaços de rescatar la depleció de p120-catenina. Així doncs, els nostres resultats indiquen que la p120-catenina és necessària per l’activació de Rac1 estimulada per Wnt, a través de la unió de Vav2 i de Rac1. Mitjançant la combinació d’experiments in vitro, transfeccions de cultius cel·lulars i anàlisis in vivo en embrions de Xenopus, proposem un mecanisme detallat del control de l’activitat transcripcional de la β-catenina i la via de senyalització de Wnt.

In this work we have investigated the involvement of p120-catenin in Wnt signaling. We demonstrate for the first time the relevance of this catenin in the activation of Rac1 GTPase and in the translocation of β-catenin to the nucleus in response to canonical Wnt signals. The Wnt pathway has been broadly studied due to its involvement in essential functions in normal and pathological epithelial cells. Although the involvement of many proteins in the process has been genetically demonstrated, many details of its activation remain to be clarified yet. Recently, Rac1 has been shown to be essential for β-catenin translocation to the nucleus (Wu X, et al. Cell 2008,133:340-53). Rac1 activation controls the nuclear localization of β-catenin during canonical Wnt signaling. However, the mechanism of activation of this GTPase has not been investigated. Here we report that p120-catenin is required for Rac1 activation, acting as an anchor protein for both Rac1 and its activator Vav2. The interaction of both proteins with p120-catenin is stimulated upon phosphorylation by CK1 and dephosphorylation in tyrosine residues, two p120-catenin post-translational modifications promoted by Wnt3a. When over-expressed, p120-catenin point mutants unable to bind Rac1 and Vav2, or specifically Rac1, fail to stimulate Rac1 activity. Moreover, since p120-catenin depletion disrupts gastrulation in Xenopus, we analyzed p120-catenin mutants for their ability to rescue such phenotype. In contrast to the wild-type protein, p120-catenin point mutants unable to bind Rac1 and Vav2, or to bind Vav2 alone, failed to rescue p120 depletion. Therefore, our results indicate that p120-catenin is required for Rac1 activation upon Wnt signaling, through binding to Vav2 and Rac1 proteins. Combining in vitro binding experiments, cell culture transfections and in vivo analysis in Xenopus embryos, we provide a more detailed picture of the mechanism controlling β-catenin transcriptional activity and Wnt signaling.