Heart regeneration occurs by dedifferentiation and proliferation of pre-existing cardiomyocytes (CMs). However, the signaling mechanisms by which injury induces CM renewal remain incompletely understood. Here, we find that cardiac injury in zebrafish induces expression of the secreted Wnt inhibitors, including Dickkopf 1 (Dkk1), Dkk3, secreted Frizzled-related protein 1 (sFrp1), and sFrp2, in cardiac tissue adjacent to injury sites. Experimental blocking of Wnt activity via Dkk1 overexpression enhances CM proliferation and heart regeneration, whereas ectopic activation of Wnt8 signaling blunts injury-induced CM dedifferentiation and proliferation. Although Wnt signaling is dampened upon injury, the cytoplasmic β-catenin is unexpectedly increased at disarrayed CM sarcomeres in myocardial wound edges. Our analyses indicated that P21-activated kinase 2 (Pak2) is induced at regenerating CMs, where it phosphorylates cytoplasmic β-catenin at Ser675 and increases its stability at disassembled sarcomeres during regeneration. Myocardial-specific induction of the phospho-mimetic β-catenin (S675E) enhances CM dedifferentiation and sarcomere disassembly in response to cardiac damage. Importantly, inactivation of Pak2 kinase activity reduces the Ser675-phosphorylated β-catenin (pS675-β-catenin) at cardiac wounds and attenuates CM sarcomere disorganization, dedifferentiation, and proliferation. Taken together, these findings demonstrate that coordination of Wnt signaling inhibition and Pak2/pS675-β-catenin signaling enhances zebrafish heart regeneration by supporting CM dedifferentiation and proliferation.

中文翻译：

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Wnt信号拮抗剂和P21活化激酶的诱导增强斑马鱼心脏再生过程中心肌细胞的增殖

心脏再生通过预先存在的心肌细胞 (CM) 的去分化和增殖而发生。然而，损伤诱导 CM 更新的信号机制仍未完全了解。在这里，我们发现斑马鱼的心脏损伤会在损伤部位附近的心脏组织中诱导分泌型 Wnt 抑制剂的表达，包括 Dickkopf 1 (Dkk1)、Dkk3、分泌型卷曲相关蛋白 1 (sFrp1) 和 sFrp2。通过 Dkk1 过表达对 Wnt 活性的实验性阻断可增强 CM 增殖和心脏再生，而 Wnt8 信号传导的异位激活会减弱损伤诱导的 CM 去分化和增殖。尽管 Wnt 信号传导在损伤后受到抑制，但在心肌伤口边缘的混乱 CM 肌节处，细胞质 β-连环蛋白意外增加。我们的分析表明，P21 活化激酶 2 (Pak2) 在再生 CM 中被诱导，它在 Ser675 位点磷酸化细胞质 β-连环蛋白，并在再生过程中增加其在解体肌节处的稳定性。磷酸模拟β-连环蛋白（S675E）的心肌特异性诱导增强了CM去分化和肌节分解以响应心脏损伤。重要的是，Pak2 激酶活性的失活会降低心脏伤口处的 Ser675 磷酸化 β-连环蛋白 (pS675-β-连环蛋白)，并减弱 CM 肌节的解体、去分化和增殖。总之，这些发现表明 Wnt 信号传导抑制和 Pak2/pS675-β-连环蛋白信号传导的协调通过支持 CM 去分化和增殖来增强斑马鱼心脏再生。它在 Ser675 位点磷酸化细胞质 β-连环蛋白，并在再生过程中增加其在分解的肌节处的稳定性。磷酸模拟β-连环蛋白（S675E）的心肌特异性诱导增强了CM去分化和肌节分解以响应心脏损伤。重要的是，Pak2 激酶活性的失活会降低心脏伤口处的 Ser675 磷酸化 β-连环蛋白 (pS675-β-连环蛋白)，并减弱 CM 肌节的解体、去分化和增殖。总之，这些发现表明 Wnt 信号传导抑制和 Pak2/pS675-β-连环蛋白信号传导的协调通过支持 CM 去分化和增殖来增强斑马鱼心脏再生。它在 Ser675 位点磷酸化细胞质 β-连环蛋白，并在再生过程中增加其在分解的肌节处的稳定性。磷酸模拟β-连环蛋白（S675E）的心肌特异性诱导增强了CM去分化和肌节分解以响应心脏损伤。重要的是，Pak2 激酶活性的失活会降低心脏伤口处的 Ser675 磷酸化 β-连环蛋白 (pS675-β-连环蛋白)，并减弱 CM 肌节的解体、去分化和增殖。总之，这些发现表明 Wnt 信号传导抑制和 Pak2/pS675-β-连环蛋白信号传导的协调通过支持 CM 去分化和增殖来增强斑马鱼心脏再生。磷酸模拟β-连环蛋白（S675E）的心肌特异性诱导增强了CM去分化和肌节分解以响应心脏损伤。重要的是，Pak2 激酶活性的失活会降低心脏伤口处的 Ser675 磷酸化 β-连环蛋白 (pS675-β-连环蛋白)，并减弱 CM 肌节的解体、去分化和增殖。总之，这些发现表明 Wnt 信号传导抑制和 Pak2/pS675-β-连环蛋白信号传导的协调通过支持 CM 去分化和增殖来增强斑马鱼心脏再生。磷酸模拟β-连环蛋白（S675E）的心肌特异性诱导增强了CM去分化和肌节分解以响应心脏损伤。重要的是，Pak2 激酶活性的失活会降低心脏伤口处的 Ser675 磷酸化 β-连环蛋白 (pS675-β-连环蛋白)，并减弱 CM 肌节的解体、去分化和增殖。总之，这些发现表明 Wnt 信号传导抑制和 Pak2/pS675-β-连环蛋白信号传导的协调通过支持 CM 去分化和增殖来增强斑马鱼心脏再生。Pak2 激酶活性的失活会减少心脏伤口处的 Ser675 磷酸化 β-连环蛋白 (pS675-β-连环蛋白)，并减弱 CM 肌节的解体、去分化和增殖。总之，这些发现表明 Wnt 信号传导抑制和 Pak2/pS675-β-连环蛋白信号传导的协调通过支持 CM 去分化和增殖来增强斑马鱼心脏再生。Pak2 激酶活性的失活会减少心脏伤口处的 Ser675 磷酸化 β-连环蛋白 (pS675-β-连环蛋白)，并减弱 CM 肌节的解体、去分化和增殖。总之，这些发现表明 Wnt 信号传导抑制和 Pak2/pS675-β-连环蛋白信号传导的协调通过支持 CM 去分化和增殖来增强斑马鱼心脏再生。