DICKKOPF WNT 信号通路抑制剂 1; DKK1

DICKKOPF，爪蟾，同源物，1

HGNC 批准的基因符号：DKK1

细胞遗传学位置：10q21.1 基因组坐标（GRCh38）：10:52,314,281-52,317,657（来自 NCBI）

▼ 说明

WNT（参见 604663）蛋白是参与胚胎发育控制的细胞外信号分子。它们还可能促进肿瘤形成过程。 WNT 信号传导的分泌型抑制剂至少有 2 个家族：分泌型卷曲相关蛋白家族（例如 SFRP1；604156），所有这些家族都具有 N 末端富含半胱氨酸的结构域并且是跨膜受体，以及 Dickkopf（德语）代表“大头”或“顽固”）家族，其中包括 DKK1（Fedi 等人（1999） 和 Krupnik 等人（1999） 总结）。

▼ 克隆与表达

Fedi 等人通过对与神经调节蛋白（142445） 共洗脱的蛋白质进行微序列分析，然后使用简并引物对肿瘤细胞 cDNA 文库进行 PCR（1999） 鉴定了一种编码蛋白质的 cDNA，他们最初将其命名为 SK。由于SK和Spemann组织体的青蛙诱导物Dkk1之间的同源性，他们将蛋白质重新命名为DKK1。序列分析预测，266 个氨基酸的 DKK1 蛋白包含一个 31 个氨基酸的 N 端信号肽、2 个半胱氨酸残基簇和一个潜在的 C 端 N 糖基化位点。 SDS-PAGE和Western blot分析表明DKK1表达为35 kD双联体蛋白，大于推导的26 kD分子量。对胎儿组织的 Northern 印迹分析检测到 2 kb DKK1 转录物，该转录物在肾脏中最强，在肝脏和大脑中强度较低，在肺中没有表达。在成人组织中，胎盘和前列腺中检测到 DKK1 表达，结肠和脾中检测到较弱的表达。

通过搜索 EST 数据库，Krupnik 等人（1999） 鉴定了编码 DKK1、DKK2（605415）、DKK3（605416）、DKK4（605417） 和 DKK3 相关蛋白的 cDNA，他们将其命名为“soggy”。或SGY（605418）。所有 DKK 蛋白都有一个不同的接头区域，将 2 个富含 cys 的区域分开； DKK1、DKK2 和 DKK4 中的接头区域跨越 50 至 55 个氨基酸，但 DKK3 中的接头区域仅跨越 12 个氨基酸。 Western blot 分析显示，DKK1 表达为 42 至 50 kD 的分泌蛋白，聚糖酶处理后几乎没有观察到变化。

▼ 基因功能

费迪等人（1999） 表明 DKK1 与 WNT2（147870） 的共表达可阻断培养的成纤维细胞中 WNT2 诱导的细胞生长以及 WNT2 诱导的未复合 β-连环蛋白的增加（CTNNB1; 116806）。

Krupnik 等人使用泛函分析（1999） 确定 DKK1 与 DKK4 一样，可以阻断非洲爪蟾 Wnt8、Wnt3a 和 Wnt2b，但不能阻断 Dsh 或 Fz8，即青蛙胚胎中第二轴的诱导，表明 DKK 拮抗 WNT 受体上游的 WNT 功能。

Lrp6（603507） 在果蝇、非洲爪蟾和小鼠的 Wnt/β-连环蛋白信号传导过程中是必需的，可能充当 Wnt 的辅助受体。毛等人（2001）表明LRP6是DKK1和DKK2的特异性、高亲和力受体。 DKK1 通过与与 Wnt/卷曲（600667） 相互作用所需的结构域不同的结构域相互作用来阻断 Lrp6 介导的 Wnt/β-连环蛋白信号传导。 DKK1 和 Lrp6 在非洲爪蟾胚胎头部诱导过程中拮抗地相互作用，其中 Lrp6 促进 Wnt/β-catenin 信号传导的后验作用。因此，DKK 抑制 Wnt 辅助受体功能，说明拮抗剂对 LRP 信号传导的调节。

罗斯勒等人（2000） 在前脑无裂畸形（HPE; 参见 236100） 患者的 DKK1 基因中发现了 4 个杂合序列改变。然而，对这些改变的功能分析揭示了青蛙异位头测定中保留的活性，表明 DKK1 在 HPE 中的作用有限。

通过将小鼠 Krm1（609898） 和 Krm2（609899） 以及非洲爪蟾 Dkk1 转染到人胚胎肾细胞和果蝇中，Mao 等人（2002） 发现 Krm1 和 Krm2 作为高亲和力 Dkk1 受体发挥作用，与 Dkk1 合作阻断 Wnt/β-catenin 信号传导。

田等人（2003） 证明，抑制成骨细胞分化的 DKK1 的产生与多发性骨髓瘤患者溶骨性骨病变的存在有关。多发性骨髓瘤患者的骨髓血浆和外周血中 DKK1 水平升高与 DKK1 基因表达模式相关，并与局灶性骨病变的存在相关。重组人DKK1或含有升高水平的DKK1的骨髓血清在体外抑制成骨细胞前体细胞的分化。

正如 Glass 等人所解释的那样（2003），骨髓瘤患者血清中 RANKL（602642） 水平升高，反映骨髓瘤细胞分泌并增强破骨细胞活性。骨髓瘤患者血清中 DKK1 和 RANKL 水平升高可能会产生全身性作用，从而导致通常伴随这种情况的弥漫性骨质减少和高钙血症。

Sick 等人使用实验和计算相结合的建模方法（2006） 确定 Wnt 及其抑制剂 Dkk 是小鼠毛囊间距的主要决定因素。转基因 Dkk 过度表达降低了整体附属物密度。适度抑制内源性 Wnt 信号传导会迫使卵泡在正常的形态发生过程中形成簇。西克等人（2006） 得出的结论是，他们的结果证实了 WNT/DDK 特定数学模型的预测，并为表皮附属物形成的反应扩散机制提供了体内证实。

菌状味觉乳头在舌头的背面形成规则的阵列。味蕾由乳头上皮产生，并且与上皮衍生物不同寻常的是，味蕾与神经元形成突触，释放神经递质，并产生受体和动作电位。刘等人（2007） 证明 Wnt-β-连环蛋白信号在发育中的真菌状基板和味蕾细胞中被激活。他们发现上皮β-连环蛋白（116806）的显性稳定突变会导致扩大的真菌状乳头和味蕾的大量过度生产。同样，上皮β-连环蛋白的基因缺失或异位Dkk1对Wnt-β-连环蛋白信号传导的抑制阻碍了菌状乳头形态发生的启动。稳定β-连环蛋白突变体中异位乳头受神经支配，而异位Dkk1 导致舌上皮神经支配缺失。因此，Wnt-β-连环蛋白信号传导对于菌状乳头和味蕾发育至关重要。该通路调节的改变可能是味觉乳头模式进化变化的基础。

夸克等人（2012） 发现在毛发生长初期向小鼠皮下注射重组人 DKK1 会导致毛发生长初期提前发生。相反，中和 Dkk1 抗体延迟了小鼠的毛发生长初期到毛发生长中期的转变。人 DKK1 阻断经典 Wnt 信号传导，并通过诱导促凋亡蛋白 Bax（600040） 诱导小鼠外根鞘角质形成细胞凋亡。夸克等人（2012） 得出结论，DKK1 在毛囊发育中发挥作用。

松田等人（2020） 使用人类诱导多能干细胞体外诱导前体中胚层（PSM） 及其衍生物来模拟人类体节发生，重点关注人类分段时钟。作者观察了核心分段时钟基因的振荡表达，包括 HES7（608059） 和 DKK1，确定人类分段时钟的周期约为 5 小时，并证明了体外诱导的动态行波样基因表达的存在。人类 PSM。对来自多能干细胞的人类和小鼠 PSM 中振荡基因的鉴定和比较揭示了与假定的小鼠和人类分段时钟相关的物种特异性和共享的分子成分和途径。敲除椎骨分段缺陷患者的突变基因，包括 HES7、LFNG（602576）、DLL3（602768） 和 MESP2（605195），随后对类患者和患者来源的诱导多能干细胞进行分析，揭示基因特异性振荡、同步或微分特性的改变。

▼ 基因结构

通过基因组序列分析，Roessler 等人（2000）确定DKK1基因含有4个外显子。

▼ 测绘

罗斯勒等人（2000） 使用 FISH 将 DKK1 基因定位到 10q11.2。

▼ 动物模型

Mukhopadhyay 等人使用同源重组（2001） 生成了 Dkk1 缺失小鼠。这些突变小鼠均在出生时因形态缺陷而死亡，包括缺乏前部头部结构以及四肢手指的重复和融合。 Mukhopadhyay 等人利用组织学和原位杂交技术与组织特异性分子标记（2001） 描述了这种肢体表型，并表明 Dkk1 在细胞增殖和程序性细胞死亡中都有作用。嵌合胚胎分析表明，为了正确的前部形态发生，Dkk1 功能在前轴中内胚层中是必需的，但在前内脏内胚层中不需要。作者得出的结论是，Dkk1 是前肢规范过程中的重要诱导剂，也是远端肢体模式过程中的调节剂。

库纳特等人（2004） 提出了与以下问题相关的实验：哪些生长因子调节成人胃肠道上皮通过隐窝干细胞区室的持续增殖而发生的巨大自我更新。他们利用 Dkk1 作为有效的分泌性 Wnt 拮抗剂，与 LRP 家族的 Wnt 辅阻遏物相互作用。为了解决 Wnt 信号传导对胃肠道上皮增殖的影响，他们利用 Dkk1 的腺病毒表达在成年小鼠中实现严格、有条件和可逆的 Wnt 抑制。腺病毒 Dkk1 处理成年小鼠，在 2 天内抑制了小肠和结肠中 Wnt 靶基因 CD44（107269） 和 EphB2（600997） 的表达，表明 Wnt 信号在维持成人胃肠道基因表达中发挥着极其广泛的作用。与此同时，腺病毒 Dkk1 显着抑制小肠和结肠的增殖，并伴有进行性结构退化，7 天时隐窝、绒毛和腺体结构丧失。尽管 Dkk1 表达在稍后时间点（10 天后）下降，随后隐窝和绒毛再生，这与可逆过程一致，但结肠炎和全身感染导致大量死亡。结果表明，成人小肠和结肠的结构的维持对单一生长因子途径的显着依赖。

安德尔等人（2002） 发现转基因小鼠皮肤中 Dkk1 的异位表达导致在形态学或分子分化迹象之前基板形成完全失败，并在芽期之前阻止牙齿和乳腺发育。他们得出的结论是，皮肤中的 Wnt 信号传导先于调节毛囊基板形成起始的基因表达，并且是调节毛囊基板形成起始的基因表达所必需的。

Diarra 等人在人类 TNF（191160） 转基因小鼠（类风湿性关节炎模型）中进行了研究（2007） 抑制 Dkk1 并观察到骨关节炎的典型骨破坏模式逆转为骨形成模式，并伴有骨赘的形成。作者确定 TNF 是小鼠炎症性关节炎模型和人类类风湿性关节炎中 DKK1 的关键诱导物，并表明 WNT 通路是关节建模的关键调节因子。

埃尔万格等人（2008） 发现 Krm1 -/- Krm2 -/- 双敲除小鼠能够存活且具有生育能力。然而，大多数 Krm1 -/- Krm2 -/- 小鼠具有不同大小的异位轴后前肢手指。 Dkk1 +/- 小鼠具有正常的四肢，但与双敲除小鼠相比，Krm1 -/- Krm2 -/- Dkk1 +/- 三重突变小鼠的异位手指频率和大小有所增加。与双基因敲除小鼠的多指不同，三重突变小鼠的额外手指不仅起源于手指V，还起源于腕骨。在发育过程中，Krm 蛋白和 Dkk1 在顶外胚层脊（AER） 中共表达，减弱 Wnt 信号传导，并界定 AER 的后边界。 Krm 缺失导致 Wnt3（165330）/β-catenin 信号传导增强和 AER 扩展。对突变小鼠的进一步分析表明，Krm 蛋白需要负向调节骨形成，这与其作为 Wnt 抑制剂的功能一致。埃尔万格等人（2008） 得出结论，KRM 蛋白作为 Wnt/β-连环蛋白信号传导的负调节因子与 DKK1 功能性相互作用，并且 KRM 蛋白并不是 DKK1 功能所普遍需要的。