Фокальная адгезия
В клеточной биологии фокальные спайки (также спайки клетка-матрикс или FA ) представляют собой крупные макромолекулярные сборки , через которые передаются механическая сила и регуляторные сигналы между внеклеточным матриксом (ECM) и взаимодействующей клеткой. Точнее, фокальные спайки представляют собой субклеточные структуры, которые опосредуют регуляторные эффекты (т.е. сигнальные события) клетки в ответ на адгезию ЕСМ. [ 1 ]
Фокальные спайки служат механическими связями с ЕСМ и биохимическими сигнальными узлами для концентрации и направления многочисленных сигнальных белков в места связывания и кластеризации интегринов .
Структура и функции
[ редактировать ]Фокальные спайки представляют собой интегриносодержащие мультибелковые структуры, которые образуют механические связи между внутриклеточными пучками актина и внеклеточным субстратом во многих типах клеток. Фокальные спайки представляют собой большие динамические белковые комплексы , посредством которых цитоскелет клетки соединяется с ЕСМ. Они ограничены четко определенными участками клетки, в которых плазматическая мембрана закрывается на расстоянии менее 15 нм от субстрата ЕСМ. [ 2 ] Фокальные спайки находятся в состоянии постоянного изменения: белки постоянно связываются и разъединяются с ними, поскольку сигналы передаются в другие части клетки, относящиеся ко всему: от подвижности клеток до клеточного цикла . Фокальные спайки могут содержать более 100 различных белков, что предполагает значительное функциональное разнообразие. [ 3 ] Они не просто закрепляют клетку, они действуют как носители сигналов (сенсоры), которые информируют клетку о состоянии ECM и, таким образом, влияют на ее поведение. [ 4 ] В сидячих клетках фокальные спайки в норме достаточно стабильны, тогда как в движущихся клетках их устойчивость снижена: это связано с тем, что в подвижных клетках фокальные спайки постоянно собираются и разбираются по мере того, как клетка устанавливает новые контакты на переднем крае и разрывается. старые контакты на заднем крае ячейки. Одним из примеров их важной роли является иммунная система , в которой лейкоциты мигрируют вдоль соединительного эндотелия, следуя клеточным сигналам, к поврежденной биологической ткани .
Морфология
[ редактировать ]Связь между фокальными спайками и белками внеклеточного матрикса обычно осуществляется с помощью интегринов . Интегрины связываются с внеклеточными белками посредством коротких аминокислотных последовательностей, таких как мотив RGD (обнаруженный в таких белках, как фибронектин , ламинин или витронектин ) или мотивы DGEA и GFOGER, обнаруженные в коллагене . Интегрины представляют собой гетеродимеры , состоящие из одной бета-субъединицы и одной альфа-субъединицы. Эти субъединицы присутствуют в разных формах, соответствующие им лиганды делят эти рецепторы на четыре группы: рецепторы RGD, рецепторы ламинина, лейкоцит-специфические рецепторы и рецепторы коллагена. Внутри клетки внутриклеточный домен интегрина связывается с цитоскелетом через адаптерные белки, такие как талин , α-актинин , филамин , винкулин и тензин . Многие другие внутриклеточные сигнальные белки, такие как киназа фокальной адгезии , связываются и связываются с этим комплексом белок-адаптер интегрин-цитоскелет, и это формирует основу фокальной адгезии.
Динамика адгезии с мигрирующими клетками
[ редактировать ]Динамическая сборка и разборка фокальных спаек играет центральную роль в миграции клеток . В ходе миграции клеток изменяются как состав, так и морфология очаговой адгезии. Первоначально небольшой (0,25 мкм 2 ) фокальные спайки, называемые фокальными комплексами (FX), образуются на переднем крае клетки в ламеллиподиях : они состоят из интегрина, и некоторых адаптерных белков, таких как талин , паксиллин и тензин . Многие из этих фокальных комплексов не созревают и разбираются по мере удаления ламеллиподий. Однако некоторые фокальные комплексы созревают в более крупные и стабильные фокальные спайки и рекрутируют гораздо больше белков, таких как зиксин . Рекрутирование компонентов фокальной адгезии происходит упорядоченно, последовательно. [ 5 ] Оказавшись на месте, фокальная адгезия остается неподвижной по отношению к внеклеточному матриксу, и клетка использует ее как якорь, с помощью которого она может толкать или тянуть себя к внеклеточному матриксу. По мере того как клетка продвигается по выбранному ею пути, данная фокальная адгезия приближается все ближе и ближе к заднему краю клетки. На заднем крае клетки фокальная адгезия должна раствориться. Механизм этого плохо изучен и, вероятно, вызывается множеством различных методов в зависимости от обстоятельств в клетке. Одна из возможностей заключается в том, что в этом участвует кальций-зависимая протеаза кальпаин : было показано, что ингибирование кальпаина приводит к ингибированию разделения фокальной адгезии и ВКМ. Компоненты фокальной адгезии входят в число известных субстратов кальпаина, и возможно, что кальпаин разрушает эти компоненты, способствуя разборке фокальной адгезии. [ 6 ]
Ретроградный поток актина
[ редактировать ]Сборка возникающих фокальных спаек сильно зависит от процесса ретроградного потока актина. Это явление в мигрирующей клетке, когда актиновые нити полимеризуются на переднем крае и текут обратно к телу клетки. Это источник тяги, необходимой для миграции; фокальная адгезия действует как молекулярное сцепление, когда она привязывается к внеклеточному матриксу и препятствует ретроградному движению актина, тем самым создавая тянущую (тяговую) силу в месте адгезии, которая необходима клетке для движения вперед. Эту тягу можно визуализировать с помощью микроскопии силы тяги . Распространенной метафорой для объяснения ретроградного течения актина является то, что большое количество людей смывается вниз по течению, и при этом некоторые из них цепляются за камни и ветки вдоль берега, чтобы остановить свое движение вниз по реке. Таким образом, на камень или ветку, за которую они висят, создается тянущая сила. Эти силы необходимы для успешной сборки, роста и созревания фокальных спаек. [ 7 ]
Естественный биомеханический датчик
[ редактировать ]Внеклеточные механические силы, действующие через фокальные спайки, могут активировать киназу Src и стимулировать рост спаек. Это указывает на то, что фокальные спайки могут функционировать как механические сенсоры, и предполагает, что сила, генерируемая миозиновыми волокнами, может способствовать созреванию фокальных комплексов. [ 8 ] Это подтверждается тем фактом, что ингибирование сил, генерируемых миозином, приводит к медленной разборке фокальных спаек за счет изменения кинетики оборота белков фокальной адгезии. [ 9 ]
Однако связь между силами, действующими на фокальные спайки, и их композиционным созреванием остается неясной. Например, предотвращение созревания фокальных спаек путем ингибирования активности миозина или сборки стрессовых волокон не предотвращает силы, поддерживаемые фокальными спайками, а также не предотвращает миграцию клеток. [ 10 ] [ 11 ] Таким образом, распространение силы через фокальные спайки не может непосредственно восприниматься клетками во всех временных масштабах и масштабах силы.
Их роль в механочувствительности важна для дуротаксиса .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чен К.С., Алонсо Дж.Л., Остуни Э., генеральный менеджер Уайтсайдс, Ингбер Д.Э. (июль 2003 г.). «Форма клеток обеспечивает глобальный контроль сборки фокальной адгезии». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 307 (2): 355–361. дои : 10.1016/s0006-291x(03)01165-3 . ПМИД 12859964 .
- ^ Зайдель-Бар Р., Коэн М., Аддади Л., Гейгер Б. (июнь 2004 г.). «Иерархическая сборка клеточно-матриксных адгезионных комплексов». Труды Биохимического общества . 32 (Часть 3): 416–420. CiteSeerX 10.1.1.624.3354 . дои : 10.1042/bst0320416 . ПМИД 15157150 .
- ^ Замир Э., Гейгер Б. (октябрь 2001 г.). «Молекулярная сложность и динамика спаек клеточного матрикса». Журнал клеточной науки . 114 (Часть 20): 3583–3590. дои : 10.1242/jcs.114.20.3583 . ПМИД 11707510 .
- ^ Ривлин Д., Замир Э., Балабан Н.К., Шварц США, Ишизаки Т., Нарумия С. и др. (июнь 2001 г.). «Фокальные контакты как механосенсоры: приложенная извне локальная механическая сила вызывает рост фокальных контактов с помощью mDia1-зависимого и ROCK-независимого механизма» . Журнал клеточной биологии . 153 (6): 1175–1186. дои : 10.1083/jcb.153.6.1175 . ПМК 2192034 . ПМИД 11402062 .
- ^ Зайдель-Бар Р., Коэн М., Аддади Л., Гейгер Б. (июнь 2004 г.). «Иерархическая сборка клеточно-матриксных адгезионных комплексов». Труды Биохимического общества . 32 (Часть 3): 416–420. CiteSeerX 10.1.1.624.3354 . дои : 10.1042/bst0320416 . ПМИД 15157150 .
- ^ Хуттенлохер А., Палечек С.П., Лу К., Чжан В., Меллгрен Р.Л., Лауффенбургер Д.А. и др. (декабрь 1997 г.). «Регуляция миграции клеток кальций-зависимой протеазой кальпаин» . Журнал биологической химии . 272 (52): 32719–32722. дои : 10.1074/jbc.272.52.32719 . ПМИД 9407041 .
- ^ Гардель М.Л., Сабасс Б., Джи Л., Данузер Г., Шварц США, Уотерман К.М. (декабрь 2008 г.). «Тракционное напряжение при фокальных спайках двухфазно коррелирует со скоростью ретроградного потока актина» . Журнал клеточной биологии . 183 (6): 999–1005. дои : 10.1083/jcb.200810060 . ПМК 2600750 . ПМИД 19075110 .
- ^ Ван Ю, Ботвиник Э.Л., Чжао Ю, Бернс М.В., Усами С., Цянь Р.Ю., Чиен С. (апрель 2005 г.). «Визуализация механической активации Src» . Природа . 434 (7036): 1040–1045. Бибкод : 2005Natur.434.1040W . дои : 10.1038/nature03469 . ПМИД 15846350 . S2CID 4429147 .
- ^ Вулфенсон Х., Бершадский А., Хенис Ю.И., Гейгер Б. (май 2011 г.). «Напряжение, создаваемое актомиозином, контролирует молекулярную кинетику фокальных спаек» . Журнал клеточной науки . 124 (Часть 9): 1425–1432. дои : 10.1242/jcs.077388 . ПМЦ 3078811 . ПМИД 21486952 .
- ^ Бенинго К.А., Дембо М., Каверина И., Смолл СП, Ван Ю.Л. (май 2001 г.). «Зарождающиеся фокальные спайки ответственны за создание сильных движущих сил в мигрирующих фибробластах» . Журнал клеточной биологии . 153 (4): 881–888. дои : 10.1083/jcb.153.4.881 . ПМК 2192381 . ПМИД 11352946 .
- ^ Стрикер Дж., Аратин-Шаус Ю., Оукс П.В., Гардель М.Л. (июнь 2011 г.). «Пространственно-временные ограничения на силовой рост фокальных спаек» . Биофизический журнал . 100 (12): 2883–2893. Бибкод : 2011BpJ...100.2883S . дои : 10.1016/j.bpj.2011.05.023 . ПМК 3123981 . ПМИД 21689521 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- MBInfo - Фокальная адгезия
- MBInfo - Сборка фокальной адгезии
- MBInfo - Регулирование сборки фокальной адгезии
- AdhesomeFANetwork. Архивировано 31 июля 2022 г. в базе данных Wayback Machine со всеми известными белками фокальной адгезии и их биохимическими взаимодействиями.
- Межклеточные связи
- Лаборатория клеточной адгезии Zaidel-Bar