鶏の四肢の軟骨形成中のWntシグナル伝達の二重の役割

付属肢骨格の長骨は、軟骨内骨発生として知られるプロセスで軟骨テンプレートから形成されます。このテンプレート内の軟骨細胞は、増殖軟骨細胞から有糸分裂後肥大前肥大軟骨細胞、肥大軟骨細胞へと分化の進行的なプログラムを受けますが、初期の軟骨テンプレートのすぐ周囲にある間葉細胞は軟骨膜を形成します。最近、分泌型シグナル伝達分子の Wnt ファミリーのメンバーが軟骨細胞の分化の調節に関与していることが示唆されています。Wnt-5a、Wnt-5b、および Wnt-4 遺伝子が鶏の四肢の軟骨形成領域で発現していることがわかりました。Wnt-5a は軟骨膜で発現し、Wnt-5b は肥大前軟骨細胞の部分集団および最外層細胞で発現しています。Wnt-4 は軟骨膜層の細胞で発現され、関節領域の細胞で発現されます。誤発現実験により、これらの Wnt 分子のうち 2 つ、Wnt-5a と Wnt-4 が軟骨細胞の分化に対して相反する効果を持ち、これらの効果が分岐したシグナル伝達経路を介して媒介されることが実証されました。具体的には、Wnt-5a の誤発現は軟骨細胞の成熟と骨環形成の開始を遅らせますが、Wnt-4 の誤発現はこれら 2 つのプロセスを促進します。安定化型のβ-カテニンの誤発現も軟骨形成の促進をもたらし、β-カテニン/TCF-LEF複合体がWnt-4の正の調節効果の媒介に関与していることを示唆している。Wntシグナル伝達に関与する多くの遺伝子（Wnt受容体をコードすると考えられているFrizzled遺伝子ファミリーの2つのメンバーを含む）は、発生中の鶏肢の軟骨要素において非常に動的かつ明確な発現パターンを示す。2つのFrizzledタンパク質のドミナントネガティブ型と推定されるものを誤って発現させると、軟骨細胞の成熟の遅延により感染した軟骨要素が著しく短縮され、内因性Wntシグナルが確かに軟骨形成分化を促進する機能を持っていることが示された。

Long bones of the appendicular skeleton are formed from a cartilage template in a process known as endochondral bone development. Chondrocytes within this template undergo a progressive program of differentiation from proliferating to postmitotic prehypertrophic to hypertrophic chondrocytes, while mesenchymal cells immediately surrounding the early cartilage template form the perichondrium. Recently, members of the Wnt family of secreted signaling molecules have been implicated in regulating chondrocyte differentiation. We find that Wnt-5a, Wnt-5b and Wnt-4 genes are expressed in chondrogenic regions of the chicken limb: Wnt-5a is expressed in the perichondrium, Wnt-5b is expressed in a subpopulation of prehypertrophic chondrocytes and in the outermost cell layer of the perichondrium, and Wnt-4 is expressed in cells of the joint region. Misexpression experiments demonstrate that two of these Wnt molecules, Wnt-5a and Wnt-4, have opposing effects on the differentiation of chondrocytes and that these effects are mediated through divergent signaling pathways. Specifically, Wnt-5a misexpression delays the maturation of chondrocytes and the onset of bone collar formation, while Wnt-4 misexpression accelerates these two processes. Misexpression of a stabilized form of beta-catenin also results in accelerated chondrogenesis, suggesting that a beta-catenin/TCF-LEF complex is involved in mediating the positive regulatory effect of Wnt-4. A number of the genes involved in Wnt signal tranduction, including two members of the Frizzled gene family, which are believed to encode Wnt-receptors, show very dynamic and distinct expression patterns in cartilaginous elements of developing chicken limbs. Misexpression of putative dominant-negative forms of the two Frizzled proteins results in severe shortening of the infected cartilage elements due to a delay in chondrocyte maturation, indicating that an endogenous Wnt signal does indeed function to promote chondrogenic differentiation.