La tumeur de Wilms est un cancer rénal affectant principalement les enfants [ 1]. Chez 15 % de ces patients, les tumeurs contiennent des mutations du gène suppresseur de tumeur WT1 et de la β-caténine, la protéine centrale de la voie de signalisation Wnt. Malgré de nombreuses études, les gènes supplémentaires qui pourraient contribuer à l’étiologie de ce cancer tardent à être identifiés. Récemment, la protéine WTX, qui n’avait jusqu’alors aucune fonction connue, a été suspectée car son expression est éteinte dans 30 % des tumeurs de Wilms [ 2]. Indépendamment, au cours de notre travail sur la voie de signalisation Wnt, nous avons aussi identifié WTX et démontré que cette protéine était importante pour le contrôle de l’activité de la β-caténine [ 3]. Ces travaux offrent donc une base moléculaire pour la compréhension du mode de fonctionnement normal de WTX, mais également pour celle de son dysfonctionnement lorsqu’elle est mutée dans la tumeur de Wilms.

Conservée au cours de l’évolution, la voie de signalisation Wnt-β-caténine contrôle plusieurs aspects du développement embryonnaire ainsi que l’homéostasie cellulaire dans plusieurs tissus chez l’adulte [ 4, 5]. À l’état basal, la protéine β-caténine est constitutivement entraînée vers le processus d’ubiquitinylation, avec pour conséquence sa destruction par le protéasome. Les protéines APC (adenomatous polyposis coli), Axine, Caséine kinase Ia et GSK-3b (glycogen synthase kinase 3 beta) font partie du même complexe protéique appelé le complexe de destruction. Le complexe de destruction facilite la phosphorylation de la β-caténine, un signal qui est requis pour son recrutement vers la machinerie d’ubiquitinylation. Lorsque cette voie de signalisation est activée par la liaison du ligand Wnt aux récepteurs Frizzled et LRP5/6 à la surface de la cellule, le complexe de destruction est inhibé, ce qui entraîne la stabilisation de la β-caténine. Cette accumulation soudaine de β-caténine permet son cheminement vers le noyau où elle pourra réguler l’expression d’un programme génique qui mènera à la réponse biologique désirée.

Plusieurs cancers chez l’humain sont associés à des mutations des protéines du complexe de destruction ou, encore plus directement, au niveau des sites de phosphorylation de la β-caténine qui sont ciblés par les kinases de ce complexe. Dans ces cancers, il y a une accumulation nucléaire de β-caténine, et par conséquent une hyperactivation de la voie Wnt qui résulte en l’activation incontrôlée de la prolifération cellulaire. Toutefois dans d’autres cancers, dont la tumeur de Wilms, l’accumulation nucléaire de la β-caténine est parfois observée, mais elle ne s’accompagne pas de mutations causatives connues des membres identifiés du complexe de destruction ou de la β-caténine elle-même. Bien qu’une activation constitutive de la voie Wnt puisse découler du dysfonctionnement de protéines agissant en amont du complexe de destruction, ou encore de défauts épigénétiques entraînant la surexpression des ligands Wnt ou la réduction de différents régulateurs négatifs, il est plausible de faire l’hypothèse selon laquelle des protéines supplémentaires participent à la régulation de la stabilité de la β-caténine au niveau du complexe de destruction.

Avec l’objectif d’identifier ces régulateurs supplémentaires, nous avons entrepris une étude systématique des complexes protéiques formant le complexe de destruction de la β-caténine. Notre approche a consisté en la purification biochimique des différentes protéines formant le complexe de destruction à partir de cellules humaines, suivie de l’analyse de leur composition par spectroscopie de masse. L’analyse itérative de plusieurs membres connus du complexe de destruction nous a permis d’établir une architecture détaillée des interactions protéines-protéines survenant entre les différents membres du complexe et dont on pouvait prédire qu’elles étaient requises pour son fonctionnement [3]. Nous avons logiquement identifié tous les membres connus du complexe de destruction de la β-caténine, mais nous avons aussi découvert que la protéine WTX s’associait à toutes les protéines de ce complexe que nous avons examinées. Ces résultats positionnaient physiquement WTX au niveau du complexe de destruction de la β-caténine et laissaient entrevoir un rôle de cette protéine dans le contrôle de la stabilité de la β-caténine en réponse aux protéines Wnt (Figure 1).

Figure 1. Rôle joué par WTX dans le complexe de destruction de la β-caténine. A. À l’état basal, le complexe de destruction (APC, Axine, GSK3b, CK1α) catalyse la phosphorylation de la β-caténine. Phosphorylée, la β-caténine devient un substrat de haute affinité pour une E3 ubiquitine ligase de type SCF (Skp1, F-Box [β-Trcp], Culline-1) qui entraîne sa dégradation. WTX est retrouvée dans les complexes protéiques d’Axine, d’APC, de β-caténine et de β-TrCP soulevant la possibilité que WTX puisse agir au niveau de la phosphorylation ou de l’ubiquitinylation de la β-caténine. B. Dans les tumeurs de Wilms, WTX est mutée, ce qui compromet le bon fonctionnement du complexe de destruction et entraîne l’accumulation de la β-caténine. La β-caténine est alors transloquée constitutivement dans le noyau où, en se liant aux protéines Lef et Tcf, elle pourra modifier l’expression de gènes.

Figure 1. Rôle joué par WTX dans le complexe de destruction de la β-caténine. A. À l’état basal, le complexe de destruction (APC, Axine, GSK3b, CK1α) catalyse la phosphorylation de la β-caténine. Phosphorylée, la β-caténine devient un substrat de haute affinité pour une E3 ubiquitine ligase de type SCF (Skp1, F-Box [β-Trcp], Culline-1) qui entraîne sa dégradation. WTX est retrouvée dans les complexes protéiques d’Axine, d’APC, de β-caténine et de β-TrCP soulevant la possibilité que WTX puisse agir au niveau de la phosphorylation ou de l’ubiquitinylation de la β-caténine. B. Dans les tumeurs de Wilms, WTX est mutée, ce qui compromet le bon fonctionnement du complexe de destruction et entraîne l’accumulation de la β-caténine. La β-caténine est alors transloquée constitutivement dans le noyau où, en se liant aux protéines Lef et Tcf, elle pourra modifier l’expression de gènes.

Nous avons ensuite déterminé que WTX exerçait un rôle de régulateur négatif de la voie de signalisation Wnt. Cette conclusion découle de résultats obtenus dans des expériences mesurant le niveau d’activation de la voie Wnt dans des cellules humaines en culture grâce à un gène rapporteur luciférase bien caractérisé, et en réduisant les niveaux de WTX dans ces cellules via la technologie d’ARN interférence [3]. De plus, la diminution des niveaux de WTX conduit à une augmentation importante des niveaux de β-caténine, suggérant que WTX, comme les autres membres du complexe de destruction, contrôle la stabilité protéique de la β-caténine. À l’appui de cette hypothèse, nous avons démontré que lors de la reconstitution biochimique de l’activité du complexe de destruction en utilisant des extraits d’oocytes de Xénope, l’ajout de protéines WTX purifiées accélérait la cinétique d’ubiquitinylation et de dégradation de la β-caténine [3]. Des expériences supplémentaires de gain et de perte de fonction dans les embryons de xénope et de poisson-zèbre, deux modèles classiques d’analyse de la voie de signalisation Wnt, ont confirmé ces résultats et ont permis de démontrer que WTX exerçait ce rôle de régulateur négatif dans le contexte d’un animal multicellulaire en développement [3].

D’autres efforts sont maintenant nécessaires pour mieux comprendre le mode d’action précis de WTX. WTX agit-elle de concert avec l’Axine et les kinases du complexe de destruction pour phosphoryler la β-caténine ? Puisque WTX interagit aussi avec β-TrCP, la protéine adaptatrice qui recrute la β-caténine vers la machinerie d’ubiquitinylation, participe t-elle plutôt à la réaction d’ubiquitinylation ?

Étonnamment, WTX est le premier gène suppresseur de tumeur situé sur le chromosome X. Puisque seulement l’un des deux chromosomes X est actif dans les cellules somatiques, la mutation d’un gène présent sur ce chromosome pourrait être suffisante pour l’initiation ou la progression de tumeurs. Ce n’est pas le cas pour la majorité des autres gènes suppresseurs de tumeur où deux événements indépendant sont requis pour l’inactivation de chaque allèle. WTX représente donc un troisième membre du complexe de destruction qui est fonctionnellement inactivé dans différents cancers humains. On connaît les mutations d’APC et de l’Axine dans le cancer du côlon. Des mutations de WTX pourraient-elles être détectées dans d’autres cancers que les tumeurs de Wilms, incluant le cancer du côlon, et, inversement, des mutations d’APC et de l’Axine seront-elles détectées dans les tumeurs de Wilms ? On ne peut pas exclure qu’il y ait une spécificité fonctionnelle de chaque gène suppresseur de tumeur dont l’importance serait fonction du contexte cellulaire. Comme c’est le cas pour chaque nouvelle percée scientifique, l’identification de WTX comme un nouveau gène suppresseur de tumeur modulant la voie de signalisation Wnt soulève maintenant plusieurs questions, mais contribue simultanément à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires régissant le cancer.