Caprin-2在Wnt信号通路中的作用机制与生物学功能

The Wnt signaling is highly conserved among eukaryotic organisms and controls many biological processes, its dysfunction is closely related to the development of many diseases. Previously we have identified Caprin-2 as a positive regulator in the Wnt signaling pathway. However, the mechanism or function of Caprin-2 worked remains unclear yet. Our previous work gained set of clues from screening novel interaction partners of Caprin-2 and constructed a Caprin-2 gene knockout mouse model. On this basis, starting from verification of the new interaction members of Caprin-2 and analysis of the developmental phenotype of Caprin-2 knockout mice, combined with biochemical, cell biology and developmental biology techniques, this project intends to reveal and clarify the molecular mechanism of Caprin-2 functioned in the Wnt signaling, verify the roles of Caprin-2 played in the Wnt signaling related development and disease model system such as bone development, and try to discover the novel function of Caprin-2 as well. This work will help to further deepen the understanding about mechanism and function of Caprin-2, and may provide a new theoretical basis and molecular targets for the diseases treatment.

Wnt信号通路在多细胞真核生物体的生长发育过程中发挥着重要作用，其失调与多种疾病的发生发展密切相关。Caprin-2（Cap2）是我们实验室早期发现的一个Wnt信号通路中的新成员，正向调控Wnt信号转导通路。然而，到目前为止，对其发挥作用的分子机制仍然不清楚，对其在整体动物水平上的生物学功能尚未揭示。我们前期工作已经发现了若干Cap2互作蛋白质的线索，并建立了Cap2基因敲除小鼠模型。在此基础上，本项目拟从验证Cap2新的互作蛋白质和分析Cap2基因敲除小鼠的表型着手，结合生化、细胞、发育及结构生物学等技术手段，揭示与阐明Cap2在Wnt信号通路中发挥作用的分子机制，验证Cap2在诸如骨发育等已知的Wnt信号通路相关的发育系统及疾病模型中的功能，并试图发现Cap2可能存在的新功能。此项工作将有助于进一步加深对Cap2的功能及其作用机制的认识，并为相关疾病治疗提供新的理论依据和分子靶标。

我们在前期的工作中发现Caprin-2蛋白通过促进Wnt信号诱导的LRP5/6磷酸化修饰，参与调控经典Wnt信号的膜质传递。本项目旨在一方面进一步探究Caprin-2在Wnt信号膜质传递过程中所扮演的角色和机制，另一方面，拟通过Caprin-2敲除小鼠模型，探索Caprin-2介导的Wnt信号通路可能存在的生理功能。我们在本项目的研究中发现：1）Caprin-2除促进Wnt诱导的LRP5/6磷酸化和活化，还促进CDK14/Cyclin Y介导的LRP5/6在G2/M期的基础磷酸化；2）结合结构生物学，我们鉴定了Caprin-2位于HR1结构域上的关键位点R200和R201，我们的研究表明这两个突变体对Caprin-2发挥功能可能至关重要；3）我们通过Cre-loxp同源重组和CRISPR-Cas9策略构建了两种Caprin-2基因敲除小鼠模型，发现Caprin-2在骨发育和免疫系统发育中可能执行重要的生理功能；4）我们平行构建了另一个Wnt信号通路调控子（CARF）基因敲除的小鼠模型，发现CARF敲除的雄性小鼠存在显著的生殖缺陷表型，我们随后阐明了其背后的分子机制。综上所述，本项目的研究表明Caprin-2蛋白在调控Wnt信号膜质传递过程中可以通过多种机制发挥功能，这些研究促进了本领域对Wnt信号膜质传递机制的认识；另一方面，我们首次对Caprin-2以及CARF蛋白通过调控Wnt信号通路所发挥的生理功能进行了探索，促进了对Wnt信号通路如何在体内发挥功能的认识。最后，鉴于Caprin-2和CARF在骨发育和生殖发育中所扮演的重要角色，我们的研究还有可能为相关疾病的治疗（比如骨质疏松和SOC综合症）的治疗提供了潜在的药物靶标和治疗策略。