Güneş Özhan Laboratuvarı

Gelişimde ve Rejenerasyonda Wnt Sinyal İletimi

 

Özhan Lab. gunes.ozhan@deu.edu.tr
Grup Üyeleri
Gülçin Çakan – Akdoğan, PhD, Uzman
Ansarullah, Doktora Sonrası Araştırmacı
Aslı Kartal, Doktora Öğrencisi
Yeliz Garanlı, Doktora Öğrencisi
Özgün Özalp, Doktora Öğrencisi
Esra Katkat, Yüksek Lisans Öğrencisi
Gökhan Cucun, Yüksek Lisans Öğrencisi
Yağmur Azbazdar, Teknik Destek
Meryem Özaydın, Hayvan Bakıcısı
www.ozhanlab.com

 

GENEL BAKIŞ

Otuz yılı aşkın bir zamandır bilinen hayati bir sinyal iletim yolağı olan Wnt/β-katenin sinyal iletimi adını, yolağın ligandları olarak işlev gören ve salgılanan glikoprotein ailesi olan Wnt proteinlerinden ve yolağın efektör molekülü olan β-katenin’den alır. Embriyonik gelişim, yetişkin doku homeostazının korunması ve çeşitli hayvan dokuları ve organların yenilenmesinin düzenlenmesindeki hayati rollerinden dolayı (bkz. Şekil), yolağın hatalı regülasyonu, çeşitli kanserlere, genetik bozukluklara ve dejeneratif hastalıklara neden olmaktadır. Pozitif ve negatif değiştiricileri içeren sıkı bir düzenleme, yolağın hatalı düzenlenmesinin zararlı sonuçlarını önlemek için gereklidir. Bu düzenlemelerin moleküler mekanizmalarını anlamak, yolağın insan hastalıklarıyla olan bağlantısını aydınlatmaya ve yeni potansiyel terapötik hedefler geliştirmeye yardımcı olacaktır.

ARAŞTIRMA ALANLARI

Araştırmalarımız iki temel konu üzerinde yoğunlaşmaktadır: yeni yolak modülatörlerinin keşfedilmesi yoluyla Wnt/β-katenin sinyal iletiminin ayrıntılı olarak anlaşılması ve zebrabalığı modelini kullanarak erişkin merkezi sinir sisteminin rejenerasyonunda Wnt/β-katenin sinyalizasyonunun rolünün anlaşılması.

Laboratuvarımız, Wnt/β-katenin sinyal yolağı aktivitesinin, çeşitli pozitif ve negatif modülatörler tarafından sıkı bir şekilde nasıl düzenlendiğini anlamaya çalışmaktadır. Burada iki alt araştırma alanımız bulunmaktadır. İlk olarak, çeşitli sinyal yollarının düzenlenmesinde kritik fonksiyonlara sahip olduğu bilinen özel hücre yüzeyi nanobölgeleri (nanodomains) olan membran lipid raftlarının Wnt-reseptör kompleksi aktivasyonundaki rolünü anlamayı amaçlıyoruz. Bu, moleküler ve hücresel biyoloji tekniklerini ileri biyofiziksel yöntemlerle birleştiren disiplinler arası bir çalışmadır. Wnt sinyal iletiminde membran raft nanobölgelerinin işlevsel rolünün geniş bir şekilde ortaya çıkarılması, bu lipid raftları tercih eden yol proteinlerini hedef alan ilaç keşif çalışmalarına ışık tutacaktır.

İkinci olarak, Wnt/β-katenin yolağının geri besleme ile düzenlenmesi özelliğinden istifade ederek, yolak değiştiricileri gibi davranabilecek yeni Wnt hedef genlerini karakterize etmeyi amaçlıyoruz. Wnt hedef genlerini tanımlamak için, RNA dizilemesi temelli tüm transkriptom analizi yöntemini uygulayacağız ve yolağın manipülasyona uğraması halinde farklı şekilde ifade edilen genleri analiz edeceğiz. Evrensel olarak düzenlenen Wnt hedef genlerinin karakterizasyonu, yeni Wnt yolak değiştiricilerinin keşfedilmesine yardımcı olabilir. Bu değiştiricileri hedefleyen küçük moleküllerin taranması yoluyla keşfedilecek ilaç adayları, hedeflenen kanser tedavisi için mükemmel bir seçenek oluşturacak ve tedavi sırasında ortaya çıkabilecek yan etkileri en aza indirecektir. Burada küçük molekülleri tanımlamak için zebrabalığı embriyolarını ve validasyon için de yetişkin balıkları kullanabiliriz.

Laboratuvar çalışmalarımızın diğer bölümünde, yüksek rejeneratif kapasiteye sahip zebrabalığı beyninde oluşturulan hasara yanıt olarak Wnt sinyaline yanıt verebilen hücrelerin özelliklerini anlamayı amaçlıyoruz. Zebrabalığı, yaşamı boyunca beynin birçok kök/progenitör hücre içeren bölgesinde yeni nöronlar oluşturabilme özelliğiyle, bugüne dek bilinen en yaygın omurgalı nörogenez kapasitesine sahiptir. Bu nedenle, zebrabalığı beyin yenilenmesini incelemek için ideal bir platform oluşturur. Burada, mikromanipülasyon, histolojik analizler ve görüntüleme gibi bir dizi moleküler ve hücresel biyoloji tekniklerinden yararlanacağız. Elde edeceğimiz sonuçlar, beyin rejenerasyonunun moleküler düzeyde nasıl kontrol edildiğini ve rejenerasyonun memeli beyinde çok sınırlı olmasının nedenini anlamamıza yardımcı olacaktır. Ayrıca bu çalışma, Wnt sinyal iletimi ile beyin yenilenmesi arasındaki ilişkiyi ortaya koyarak, beyin rejenerasyonunun tetiklenebilmesinde ve nörodejeneratif hastalıkların veya beyin hasarının tedavisinde yeni yaklaşımların önünü açacaktır.

Güneş Özhan Şekil

ARAŞTIRMANIN ÖNEMLİ NOKTALARI

Plazma membranında Wnt/β-katenin sinyal iletiminin aktivasyonunun, Wnt yardımcı reseptörü olarak görev yapan LRP6’nın raft membran mikrobölgelerinde fosforilasyonu yoluyla gerçekleştiği gösterilmiştir. Bununla birlikte, bu bulgunun yolak aktivasyonu için fonksiyonel önemi ve rafta özgü aktivasyonu düzenleyen moleküler mekanizmalar belirsiz kalmıştır. Önceki çalışmamızda, Wnt/β-katenin sinyal iletiminin yeni bir pozitif geri bildirim regülatörü olan rolo oynayan Lypd6’yi saptadık ve zebrabalığı ve Xenopus embriyolarında ve memeli hücrelerinde sinyal iletimini arttırdığını kanıtladık (bkz. Şekil). GPI bağlantılı bir plazma zar proteini olan Lypd6, tercihen raft membran bölgelerinde görülür ve burada sinyali aktive eden LRP6’nın rafta özgü fosforilasyonunu sağlar. Dolayısıyla, çalışmamız Wnt yolağı bileşenlerinin spesifik plazma zarı mikrobölgelerindeki aktivasyonunun, yolağın hücresel değiştiricileri için bir hedef olduğunu ortaya koymaktadır. Gelecekteki çalışmalar sadece bu düzenlemenin altında yatan moleküler mekanizmaları aydınlatmakla kalmayıp aynı zamanda bu ilkelerin terapötik müdahaleler için benimsenebilir olup olmadığını ortaya koyacaktır.

ÖDÜLLER VE TANINIRLIK
• Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanları (GEBİP) Ödülü 2016
• Bilim Akademisi Genç Bilim İnsanları (BAGEP) Ödülü 2016
• L’Oréal & Unesco Türkiye – Genç Bilim Kadınlarına Destek Ödülü 2015
• TÜBİTAK ve Marie Curie Action COFUND (FP7) 2015, Bilimsel Danışman
• EMBO Yerleşim Desteği 2014
• TUBITAK Yurda Dönüş Araştırma Bursu 2014
YAYINLAR (seçilmiş)
Tüm yayınlar ve atıflar: Google Scholar: Gunes Ozhan
• Sezgin E, Azbazdar Y, Ng XW, Teh C, Simons K, Weidinger G, Wohland T, Eggeling C, Ozhan G. Binding of canonical Wnt ligands to their receptor complexes occurs in ordered plasma membrane environments. FEBS J. 2017 Aug; 284(15): 2513-2526.
• Schneider F, Waithe D, Clausen MP, Galiani S, Koller T, Ozhan G, Eggeling C, Sezgin E. Diffusion of lipids and GPI-anchored proteins in actin-free plasma membrane vesicles measured by STED-FCS. Mol Biol Cell. 2017 Jun 1;28(11): 1507-1518.
• Gunes Ozhan and Gilbert Weidinger. Wnt/beta-catenin signaling in heart regeneration. Cell Regen (Lond). 2015 Jul 8;4(1):3.
• Kizil C*, Küchler B*, Yan JJ*, Ozhan G, Moro E, Argenton F, Brand M, Weidinger G and Antos CL. Simplet/Fam53b is required for Wnt signal transduction by regulating β-catenin nuclear localization. Development. 2014 Sep;141(18): 3529-39. *equal contribution.
• Wehner D, Cizelsky W, Vasudevaro MD, Ozhan G, Haase C, Kagermeier-Schenk B, Röder A, Dorsky RI, Moro E, Argenton F, Kühl M, Weidinger G. Wnt/β-Catenin Signaling Defines Organizing Centers that Orchestrate Growth and Differentiation of the Regenerating Zebrafish Caudal Fin. Cell Rep. 2014 Feb 13;6(3):467- 81.
• Luz M, Spannl-Müller S, Ozhan G, Kagermeier-Schenk B, Rhinn M, Weidinger G, Brand M. Dynamic Association with Donor Cell Filopodia and Lipid-Modification Are Essential Features of Wnt8a during Patterning of the Zebrafish Neuroectoderm. PLoS One. 2014 Jan 10;9(1):e84922.
• Özhan G, Sezgin E, Wehner D, Pfister AS, Kühl SJ, Kagermeier- Schenk B, Kühl M, Schwille P, Weidinger G. Lypd6 enhances Wnt/β- catenin signalling by promoting Lrp6 phosphorylation in raft plasma membrane domains. Dev Cell. 2013 Aug 26;26(4):331-45.
• Moro E, Ozhan-Kizil G, Mongera A, Beis D, Wierzbicki C, Young RM, Bournele D, Domenichini A, Valdivia LE, Lum L, Chen C, Amatruda JF, Tiso N, Weidinger G, Argenton F. In vivo Wnt signalling tracing through a transgenic biosensor fish reveals novel activity domains. Dev Biol. 2012 Jun 15;366(2):327-40.
• Kagermeier-Schenk B, Wehner D*, Ozhan-Kizil G*, Yamamoto H, Li J, Kirchner K, Hoffmann C, Stern P, Kikuchi A, Schambony A, Weidinger G. The transmembrane protein Waif1/5T4 inhibits Wnt/β-catenin signalling and activates noncanonical Wnt pathways by modifying LRP6 subcellular localization. Dev Cell. 2011 Dec 13;21(6):1129-43. *equal contribution.
KİTAP BÖLÜMÜ
• Ozhan, G and Weidinger, G. Restoring Tissue Homeostasis: Wnt Signaling in Tissue Regeneration After Acute Injury. Wnt signalling in Development and Disease: Molecular Mechanisms and Biological Functions. May 2014, Wiley-Blackwell. Editors: Stefan P. Hoppler and Randall T. Moon. ISBN: 978-1-118-44416-0.