The adhesome complex landscape: integrating recent advances from proteomics and imaging studies. The core functional adhesion complex has been defined using complementary information from unbiased global proteomic and targeted microscopy approaches. Analysis by mass spectrometry revealed tension-dependent and integrin heterodimer/extracellular matrix (ECM)-dependent components of adhesions [19, 20, 21, 22, 23]. For example, the recruitment of specific components to α5β1 integrin- or ?V integrin-mediated adhesion complexes leads to differential regulation of tension sensing via small GTPases such as Rac and RhoA. Proteomic analyses also suggest the existence of a large number of non-canonical adhesome components. By contrast, candidate-based microscopy studies have focused on the architecture, interactions, and dynamics of adhesion complex assembly and disassembly [34, 36, 37]. For example, recent studies have identified that many adhesome components are pre-assembled as multi-protein building blocks in the cytosol, allowing rapid adhesion complex maturation and turnover [34]. Together these studies have contributed to our understanding of integrin signalling, force generation, and actin regulation and their impact on numerous downstream cellular processes.
Adhesion complexes: integrating extracellular and intracellular signals
Клетки многоклеточных организмов интегрируются функционально и структурно со своим микроокружением. Распознавание клетками extracellular matrix (ECM; see Glossary) делает возможным механическое, топологическое и химическое восприятие внеклеточной среды и приводит к локальной компартментализации передачи цитоплазматических сигналов. Адгезивные рецепторы, включая integrins и syndecans, участвуют в контроле информации, протекающей через плазматическую мембрану, и интегрирует ECM с контрактильным аппаратом клеток двунаправленно [1, 2].
Связывание лиганда с внеклеточным доменом интегринов стабилизирует активированные конформации и приводит к рекрутированию адапторных и каталитических белков к цитоплазматическим доменам интегринов. Напротив, рекрутирование специфических цитоплазматических белков на внутриклеточную поверхность интегринов индуцирует активацию рецептора и управляет привлечением лиганда [3, 4, 5]. Стабильная ассоциация лигандов и эффекторов может поэтому регулироваться с обеих сторон плазматической мембраны. Белки, рекрутируемые на обусловленные интегринами адгезивные комплексы, осуществляют функции передачи как проксимальных к мембране, так и дистальных к мембране сигналов, которые координируют процессы, включая миграцию, пролиферацию, дифференцировку и ремоделирование ECM [1, 6, 7]. Соотв., аберрации во взаимодействиях клеток с ECM или в передаче адгезивных сигналов, вносящие вклад в ряд болезней и адгезивные компоненты, являются терапевтическими мишенями [8, 9]. В этом контексте серии недавних исследований использовали реагенты, нацеленные на функцию адгезивных рецепторов, чтобы лечить животных, моделирующих склеродерму, фиброз и тромбоз [10,11, 12] а ингибиторы интегринов используются в клинических испытаниях при воспалительных и неопластических заболеваниях [13, 14].
Классические экспериментальные подходы не позволяют осуществить пространственный или временной анализ функции адгезивных рецепторов или систематический глобальный анализ адгезивных сигнальных сетей. Однако, недавние технологические инновации, базирующиеся на протеомной и продвинутой техниках получения изображений, выявляют сложность, структуру и динамику адгезивных комплексов и приводят к пониманию адгезивной функции. Такие анализы выявили ранее непредвиденный уровень сложности и регуляции [15-17] (Figure 1).
The core adhesion complex: molecular and structural architecture
Ранее исследования концентрировались на локализации и взаимодействиях индивидуальных белков и предоставили ценную информацию об составе и регуляции адгезивных комплексов [1, 18]. Не решен вопрос, однако, может ли ограниченный набор компонентов быть определен как стержневой или канонический адгезивный комплекс?
Proteomics illuminates the field
Разные протеомные подходы были использованы, чтобы идентифицировать и охарактеризовать компоненты кле6точного аппарата и сигнальных событий, ассоциированных с адгезие2й, обеспечиваемой интегринами (Box 1). Недавние успехи, полученные в результате соединения новых подходов к изоляции адгезивных комплексов с масс-спектрометрией [19-24]. По существу, протеомные исследования изолированных адгезивных комплексов предоставили контекст-зависимую точку зрения о составе адгезивных комплексов, которая дополняет установившуюся модель adhesome (составленную путем сравнения данных, происходящих из исследований специфических взаимодействий [17, 25]). Кстати, основные находки, возникающие из протеомного анализа адгезивных комплексов, могут быть сгруппированы в исследованиях, которые иллюстрируют зависимые от интегриновых гетеродимеров или от ECM, компоненты адгезинвых комплексов [19, 22, 23], выявляя новые механизмы регуляции для малой GTPase Rac [19, 20, 26], или предоставляя информацию о механизмах, которые регулируют зависимое от натяжения ощущения адгезивными комплексами [20, 21, 23] (Figure 1).
Box 1
Proteomics of integrin-mediated adhesion: an historical perspective
Интегрины и компоненты адгезивных комплексов выполняют важные роли в качестве эффекторов передачи сигналов механотрансдукции и сенсоров жесткости окружения и генерируемых клетками сил [7, 16]. Адгезивные комплексы между клетками и матриксом являются динамичными структурами, которые формируются на периферии клеток в качестве формирующихся адгезий и подвергаются зависимому от myosin II созреванию в фокальные адгезии, закрепленные на испытывающих нагрузку собранные в пучки актиновые стрессовые волокна [27]. Чтобы определить силы, регулирующие компоненты адгезивных комплексов, две группы независимо сообщили о характеристике компонентов адгезивных комплексов из myosin II-ингибированных клеток [20, 21]. Оба исследования сообщили о сотнях белков, рекрутируемых на адгезии между клетками и матриксом зависимым от миозина способом и что интересно, эти чувствительные к силовым воздействиям компоненты были обогащены белками, содержащими LIN-11, Isl1, и MEC-3 (LIM) домены. Функциональное значение LIM доменов в обеспечении механочувствительных реакций адгезивных комплексов еще не охарактеризовано до конца. Однако, имеются прецеденты участия LIM домен содержащих белков (напр., zyxin, Hic5 и paxillin) в модуляции сил [28]; подтверждая тем самым гипотезу, что LIM домены являются ключевыми компонентами механосенсорных модулей.
Протеомный анализ изолированных адгезивных установил композиционные отличия между зависимыми от интегриновых гетеродимеров или ECM компонентов адгезивных комплексов [19, 22, 23] (Figure 1). Анализ адгезивных комплексов, образующихся после адгезии клеток с фибронектином (FN) или vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1), выявил α5β1 и α4β1 комплексы, соотв., выявив как общие, так и рецептор-специфические компоненты, которые, несмотря на общую интегриновую β1 субъединицу отличаются по шкале и композиции. Дальнейший анализ идентифицировал регулятор regulator of chromosome condensation 2 (RCC2), белок, изолированный специфически на FN-связанном с α5β1 комплексами, как являющийся негативным регулятором Rac1 и Arf6, с ранее непонятой ролью в клеточной миграции, это позволяет оценить этот подход как способ идентификации новых сигнальных компонентов [19]. Последующая интеграция многих протеомных баз данных для белков внутри этой локальной сети, позволило идентифицировать IQ motif-содержащий GTPase activating protein-1 (IQGAP1) и filamin A в качестве регуляторов Rac1. Дальнейший протеомный анализ идентифицировал RacGAP1 в качестве IQGAP1-связывающего партнера, контролирующего активацию Rac1 во время клеточной миграции [26, 29]. Интересно, что чувствительный к миозину протеомный анализ Kuo et al. выявил белки, чье поступление в адгезивные комплексы негативно регулируется с помощью контрактильности и выясняет роль Rac guanine nucleotide exchange factor (GEF), β-Pix, в качестве регулятора Rac1, который ограничивает созревание фокальных адгезий, чтобы регулировать клеточную миграцию [20]. Сравнительно недавно базирующийся на чувствительности к миозину протеомный подход был скомбинирован с анализом heterodimer-специфичных протеомов [23]. Генерация клеточных линий с ограниченной экспрессией FN-связывающего субъединицы интегрина позволило определить сложную композицию, специфичную для β1 и αV интегринов. Этот анализ показал, что разные интегриновые гетеродимеры кооперируют, чтобы обеспечить ригидность к окружению, воспринимая посредством интегриновых гетеродимеров специфическое связывание активного RhoA с разными эффекторами: α5β1 интегрины, генерирующие силы посредством RhoA, ROCK и myosin II, тогда как αV интегрины обеспечивают структурное усиление стрессовых волокон посредством GEF-H1, mDia и RhoA [16, 23].
Итак, протеомный анализ изолированных адгезивных комплексов предоставил важную информацию о биологии адгезии. Анализ накопленных данных [15, 19-23] выявил белки адгесом, которые идентифицируются при таком анализе [включая integrin-linked kinase (ILK), talin, vinculin, α-actinin, LIM и SH3 доменовый белок (LASP), vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP), zyxin, filamin, IQGAP1 и kindlin], которые могут представлять собой предполагаемый 'стержень адгесомы'. (Box 2).
Box 2
Adhesion complex proteomics: current limitations and future perspectives
Nanoscale architecture and dynamics of the adhesion machinery
Сложная организация адгезивных комплексов, ассоциации и динамика были подчеркнуты недавно с помощью продвинутой микроскопии (Figure 1). Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) исследования показали значительные вариации в динамике обмена белками адгесом внутри адгезивных структур [1, 30-33], включая различия как в пропорции молекул, которые способны к обмену, так и величине обмена. Эксперименты с FRAP и fluorescence cross-correlation spectroscopy (FCCS) показали, что наборы компонентов адгезивных комплексов предварительно собирается в цитозоле и выступают как строительные блоки для быстрого образования адгезивных структур [34]. Эти находки интересны. т.к. они подтверждают, что существуют механистические checkpoints, способные к аккуратной и эффективной регуляции сборки комплексов на плазматической мембране, предупреждая в то же время образование цитозольного компартмента, обусловленного ограничениями по взаимодействию белков.
C супер-разрешением микроскопические техники сегодня используются для визуализации молекулярной архитектуры и динамики базирующихся на интегринах адгезивных комплексов. Первоначальные исследования показали тесную близость интегринов к адгезивным структурам, к тем, что внутри эндоплазматического ретикулума [35]. Последующие с супер-разрешением исследования идентифицировали непонятную динамику флюктуаций внутри адгезивных комплексов - выявили, что подвижность индивидуальных β1 интегринов отличается от таковой β3, и что активация интегринов приводит к иммобилизации [36]. В целом наше мнение об организации адгезивных комплексов ограничивается пространственно двумя измерениями в сочетании с временной регуляцией сборки, созревания и разборки [1]. Однако, анализ 3D пространственной организации адгезивных комплексов с использованием супер-разрешающей микроскопии продемонстрировал высоко организованную стратификацию архитектуры адгезивных комплексов по вертикальной оси [37]. Эти анализы проиллюстрировали, что соединение integrin-actin вертикально разделено 40 nm и состоит из проксимального к мембране сигнального слоя [focal adhesion kinase (FAK) и paxillin], среднего слоя передающих силу элементов (talin and vinculin) и слоя проксимального к актину, но дистального к интегрину, состоящему из регуляторов актина (zyxin, VASP, α-actinin). Интересно, что многие из этих компонентов широко обнаруживаются в протеомных базах данных (see above) и такая 3D картина может представить инициальную картину того, как стержневые компоненты адгезивного комплекса соединяются с актином. Действительно ли стержневой комплекс из адгезивных компонентов и молекулярная стратификация законсервированы для организации и регуляции интегрином обусловленных адгезий среди множества типов клеток и тканей, пока неизвестно.
Primary functions of adhesion complexes
Основные контролирующие механизмы, которые модулируют и контролируют адгезивные комплексы могут быть широко определены как ассоциированные с цитоскелетом или с доставкой. Эти процессы участвуют почти в каждой функции, которые регулируются с помощью адгезии клеток с матриксом. Мы попытались рассмотреть все аспекты передачи сигналов интегринов [38, 39, 40, 41]; далее мы сконцентрируемся на ассоциированной с цитоскелетом механочувствительности и с доставкой рецепторов.
Mechanotransduction and mechanosensation
Механические силы, генерируемые вовне посредством ECM или внутри посредством базирующейся на актомиозине контрактильности, играют важные физиологические роли, действуя на клеточном и тканевом уровне, чтобы управлять многими биологическими процессами [42], в пределах от контроля хода клеточного цикла [43, 44] до аппарата клеточной миграции [41]. Внеклеточные и внутриклеточные силы передаются и воспринимаются в двух направлениях посредством трансмембранных молекул, связывающих внешние микроусловия с цитоскелетом. Т.о., интегрины и ассоциированные с ними стержни адгезивных комплексов, служат в качестве механических проводящих путей, по которым силы могут воздействовать непосредственно [7, 45]. Жесткость матрикса и механочувствительность посредством своих нижестоящих программ, регулирующих экспрессию генов, [46], координируют нормальные процессы развития [42], включая распространение стволовых клеток и спецификацию клонов [42, 47, 48] и вносят вклад в раковые опухоли, фиброз и болезни с вовлечением тканей, подвергающихся механическим воздействиям, таких как сердечно-сосудистая система [42, 49, 50]. Напр., дифференцировка мезенхимных стволовых клеток направляется по пути костных клонов с помощью жесткого окружения, тогда как мягкие субстраты способствуют дифференцировке в адипоциты [48]. Жесткость матрикса, как полагают, регулирует выбор клеточных судеб за счет снования транскрипционных ко-регуляторов YAP (Yes-associated protein) и TAZ (transcriptional coactivator with PDZ-binding motif) между цитоплазмой и ядром [51, 52], при этом жесткий матрикс способствует ядерной локализации YAP/TAZ, приводя к транскрипционной регуляции ряда клеточных программ [53]. Помимо YAP/TAZ, изменение клеточной и тканевой жесткости приводит к трансформации транскрипционного программирования большого числа др. факторов, включая myocardin-related transcription factor (MTRF)/megakaryocyte acute leukemia protein (MAL), transforming growth factor-beta (TGFβ)/SMAD, и nuclear factor-kappa-B (NF?B) [53, 54]. Более того, тканевая механика модулирует экспрессию микроРНК, что влияет на прогрессирование злокачественности [55].
После связывания лиганда интегрины, такие как α5β1, формируют схватывающие мостики, которые переходят в состояния высокого сродства, стабилизируемые с помощью усилий [56] и чья сила связывания 'запоминает' силовые усилия предыдущих действий [57]. Эта характеристика облегчает эффективную и устойчивую механотрансмиссию. Зависимые от интегрина захватывающие (catch) мостики и способность белков адгезивных комплексов, таких как vinculin, talin и p130Cas передавать силовые воздействия к актину или др. внутриклеточным сигнальным частицам посредством модуляции конформации [58-61], наделяет интегрины и адгезивные комплексы центральной механочувствительной ролью. Стержневой аппарат адгезивного комплекса, как показываю недавние протеомные и микроскопические исследования, представлен многими актин-связывающими или актин-регулируемыми белками, поэтому разумно предположить, что этот стержневой модуль осуществляет ключевые механорегуляторные роли в клетках, создавая пространственно и во времени контролируемую структурную платформу для распространения сигналов. Какие из этих белков выполняют ключевую механочувствительную роль, и могут ли специфические компоненты адгезивных комплексов инициировать специфические пути, пока неизвестно. В этой связи, LIM домен-содержащие белки являются многообещающими кандидатами, т.к. они участвуют цитоскелетной механотрансдукции [28]. Однако, в порядке двунаправленного приложения напряжения через мембрану, чтобы скоординировать с клеточной функцией, механическим сигналам, необходимо очищаться и/или накапливаться дистально. Вероятно, что компоненты окружения адгезивных комплексов (т.e., более широкий ассоциированный с адгезией сигнальный аппарат) может сделать возможной интеграцию проксимальных к мембране и дистальных к мембране сигналов. Очевидно также, что регуляция этих процессов посредством цитоскелета может происходить в обоих направлениях, при этом цитоскелет действует и в обратном направлении, чтобы регулировать организацию и передачу сигналов мембраны [62]. В этом отношении, интересно, что натяжение мембраны может управлять передачей независимых от лиганда интегриновых сигналов посредством urokinase receptor (uPAR) [63] и что механотрансдукция может быть усилена с помощью компонента глюкозаминоглюканового матрикса гиалуроновой кислоты, которая часто повышена в раковых опухолях [64]. Более того, раковый glycocalyx, слой гликанов и глиопротеинов, окружающих клетку, может помимо актомиозинового аппарата, осуществлять натяжение связанных с матриксом интегринов и облегчать передачу сигналов, чтобы поддерживать рост и жизнеспособность раковых клеток [65]. Выяснение специфической роли адгезивного комплекса в этих процессах важно для понимания патогенеза болезней.
Receptor trafficking
Внутриклеточная доставка является динамическим процессом, контролирующим привлечение адгезивного рецептора и передачу сигналов в пространстве и во времени (Figure 2). Растут доказательства, подтверждающие, что механизмы доставки рецепторов играют критическую роль в зависимых от адгезии процессах, включая передачу сигналов GTPase, миграцию, клеточные деления, ремоделирование матрикса и инвазию [66,67]. Протеомный анализ продемонстрировал, что адгесомы содержат многие белки с функциями, связанными с механизмами доставки рецепторов [15]. Напр., AP2 компоненты, clathrin, disabled homologue 2 (DAB2), flotillin, Arf6 и Rab35 идентифицированы во многих адгезивных комплексах. Др. Rabs, Arfs и sorting nexins, также присутствуют в некоторых из этих баз данных [19-21]. Т.о., доставка рецепторов должна рассматриваться как принципиальный регуляторный механизм, координирующий функцию адгезивных комплексов.
Точная регуляция интернализации, сортировки, рециклинга и деградации рецепторов делает возможным пространственно-временной контроль вовлечения integrin-ECM (Figure 2 and Box 3). Т.к. разные гетеродимеры интегринов обладают разными биомеханическими и сигнальными свойствами, то вероятнее всего, что эти механизмы в пространстве и во времени контролируют динамику адгезий и механотрансдукцию. Важно, что эти процессы могут быть скоординированы с помощью др. рецепторов, таких как syndecans и рецепторы ростовых факторов [66, 68, 69], подтверждая, что эти молекулы функционируют как сенсоры окружения, модулируя участие интегринов, чтобы контролировать клеточное поведение в ответ на внеклеточные стимулы. Интересно, что эластичность и ригидность матрикса, как было установлено, влияют на эндоцитоз β1 интегрина [70], подтверждая, что способность адгезивных комплексов, базирующаяся на механических сигналах, может непосредственно влиять на механизмы доставки адгезивных рецепторов.
Box 3
Adhesion receptor trafficking
Принимая во внимание диапазон внутриклеточных сигналов и клеточных функций, регулируемых с помощью адгезивных комплексов, становится ясно, что что механизмы точно скоординированного трафика участвуют в ограничении и тонкой настройке привлечения адгезивных рецепторов и передачи сигналов. В соответствии с этим, пертурбации доставки интегринов являются ключевым драйвером прогрессирования раковых опухолей [66]. Мы лишь постепенно начинаем понимать механизмы и относительные вклады внутриклеточных и внеклеточных сигналов, которые контролируют доставку рецепторов и функцию адгесом (Figure 2). Однако, полное постижение сложности, скорее всего, возможно с помощью анализа системного уровня, объединяющего успехи протеомики и получения изображений с математическим моделированием.
The 'non-canonical adhesome' and unexpected roles for adhesion complexes
Поразительным свойством протеомной характеризации компонентов адгезивных комплексов стало увеличение сложности и количества идентифицированных компонентов [15]. Несмотря на различия используемых методологий, применение строгого контроля и внесение неукоснительных критериев восприятия для идентифицированных белков, эти исследования униформно идентифицируют постоянно в -3 раза больше белков, чем ожидается, исходя из литературы [13, 15]. Используя объективный информационный анализ, эти предполагаемые компоненты адгезивных комплексов оказались связаны со значительным разнообразием биологический функций и содержат широкий диапазон белковых доменов, многие из которых обнаруживаются также в хорошо охарактеризованных адгезивных белках, подтверждая, что они могут выполнять связанные с адгезией роли [15, 16] (Figure 1). Взаимоотношения этих новых не канонических компонентов адгесом с функцией адгезии требуют дальнейших исследований. Однако, согласно Geiger and Zaidel-Bar адгезивные комплексы не являются связанными с мембранами компонентами и их локализация и функция в клетках тесно связаны с др. клеточными процессами и структурами. Отсюда следует, что протеомный анализ может установить настоящую сложность связи ECM-адгезии [15].
В соответствии с возникающей сложностью адгезивных комплексов, и идентификацией неожиданных классов молекул в местах взаимодействия клеток с матриксом, растут доказательства, подтверждающие, что адгезивные комплексы регулируют разнообразные наборы ранее неизвестных клеточных функций. Интересно, что эти процессы не обязательно регулируются в месте действия клетка-матрикс. Итак, способность не канонических компонентов адгесом распространять дально-действующие сигналы может играть критическую роль в регуляции этих процессов (Figure 1). Роль не канонических компонентов адгезивных комплексов может быть подразделена: (i) новые роли для классических компонентов адгесом; (ii) зависимые от адгезии роли для новых не канонических компонентов адгесом; (iii) гипотетические роли передачи сигналов через адгезию, базирующиеся на известных функциях адгезивных регуляторных молекул. Мы идентифицировали три новые функции, которые распределяются по каждой из этих категорий и которые, скорее всего, зависят от адгезии.
Actin repair mechanisms
Применение внеклеточных и внутриклеточных механических натяжений приводит к истончению актиновых стрессовых волокон в определенных местах растяжений. Если места растяжений не репарируются, то стрессовые волокна будут разрываться и втягиваться. Zyxin является механочувствительным стержневым компонентом адгесом, который рекрутируется с адгезивных комплексов на актиновые стрессовые волокна после воздействия сил [71]. Важно, что zyxin транслоцируется специфически на стохастические или индуцируемые силовыми воздействиями места растяжений, зависимым от LIM домена способом, при этом он привлекает α-actinin и VASP, чтобы репарировать и стабилизировать поврежденные волокна [72,73]. Т.о., zyxin контролирует механизмы клеточной репарации способом, который не связан с его ролью в адгезивных комплексах.
Paxillin, др. LIM-домен содержащий стержневой компонент адгесом, также может рекрутироваться на места растяжений, чтобы инициировать репарацию актина [72, 74]. Однако, в отличие от zyxin, рекрутирование paxillin в места растяжений не управляется циклическими растяжениями [73, 75], подтверждая, что существуют специфические регуляторные механизмы, управляющие рекрутированием индивидуальных компонентов адгесом, чтобы репарировать места актиновых стрессов. Принимая во внимание ключевую роль, которую играют адгезивные комплексы в механотрансдукции, можно предположить, что передача сигналов от адгезий может координировать такие регуляторные механизмы. LIM домены играют критическую роль в регуляции zyxin- и paxillin-зависимой репарации актина. Поскольку LIM доменовые белки богато представлены в адгезивных комплексах, хорошо бы определить, координируют ли также и др. механочувствительные компоненты адгесом такие механизмы клеточной репарации [16, 28].
Localised translation
Протеомный анализ адгезивных комплексов выявил ряд неожиданных белков, участвующих в глобальном контроле клеточных функций, включая трансляцию [15, 19-21]. Трансляция белков, как полагают, участвует в продукции белков в эндоплазматическом ретикулуме или в цитозоле и в последующей их доставке к местам их действия. Однако, недавнее исследование показало, что аппарат трансляции может локализоваться в ряде др. субклеточных структур. Пространственная компартментализация гарантирует, что белки, сгенерированные вблизи своих мест активности и партнеров по связыванию, имеют энергетические преимущества [76, 77]. Выявлены рибосомы, факторы инициации трансляции мРНК и heterogeneous nuclear ribonucleoproteins (hnRNPs) в местах взаимодействий клетка-матрикс и рибосомы, и мРНК динамически поставляются в ответ на механические воздействия [77-79]. Более того, локализация мРНК β-actin в местах адгезии усиливает стабильность адгезивных комплексов, чтобы контролировать миграцию клеток [80]. Итак, локальная трансляция цитоскелетных белков в местах адгезии оказывает непосредственное влияние на адгезивную функцию и клеточное поведение. В соответствии с этим, paxillin соединяется с mRNA binding protein, PABP1 (poly(A)-binding protein-1). Paxillin способствует снованию PABP1 между ядром и цитоплазмой и перераспределению мест клеточных выпячиваний, чтобы регулировать динамику адгезии и миграцию клеток [81, 82].
Энергетически благоприятная природа локальной трансляции особенно предпочтительна в нейронах, где длина аксонов мешает эффективной генерации белков в теле клетки и доставке в ростовой конус в ответ на динамические внеклеточные стимулы. В самом деле, в нейронах не рецепторная тирозин киназа и компонент стержня адгесом Src фосфорилирует мРНК свзывающий белок ZBP1 (Z-DNA-binding protein 1) чтобы локализовать трансляцию β-actin и контролировать выросты нейритов [83]. Кроме того, недавно было показано, что мРНК β-actin и рибосомы принимают замаскированную и неактивную конформацию в нейронах, которая может быть активирована с помощью внеклеточной химической стимуляции [84]. Однако, степень, с которой передача адгезивных сигналов вносит вклад в демаскировку связанных с адгезией мРНК, на сегодня неизвестна.
Растут доказательства, что передача адгезивных сигналов модулирует локальную трансляцию и что с адгезивным комплексом ассоциированная трансляция регулирует клеточную адгезию и миграцию. Имеющиеся данные [85] показывают, что адгезия и трансляция сцеплены фундаментально. Хорошо бы определить степень, с которой передача адгезивных сигналов влияет и контролируется с помощью др. регуляторов глобального контроля клеточных функций, идентифицированных= в адгезивных комплексах.
Membrane stress responses and lipid order
Мобилизация и гомеостаз мембран играют ключевую роль в регуляции нормальной клеточной функции и способности клеток быстро отвечать на внеклеточные стрессы. Хотя передача адгезивных сигналов управляет доставкой рецепторов, пока мало известно о роли, которую они выполняют в направлении доставки, или в упорядочивании липидов самой плазматической мембраны. Несмотря на это, накапливаются доказательства, подтверждающие, что некоторые молекулы, которые регулируют функции мембран, модулируются передачей адгезивных сигналов.
Плазматическая мембрана является высоко компартментализованной субклеточной структурой, упорядоченной с помощью липид-липид, липид-белок и белок-белок взаимодействий. Липидные платформы и кавеолы являются высоко упорядоченными обогащенными холестеролом микродоменами, которые пространственно ограничены передачей сигналов и событиями доставки [86]. Когда клетки являются предметом механических или гипоосмотических стрессов, кавеолы быстро разбираются, чтобы обеспечить буфферизацию натяжения мембраны посредством механизма, использующего диссоциацию caveolin из cavin-1 [87]. Кроме того, малая GTPase и компонент адгесом, Arf6, регулирует рециклинг интернализованных липидных платформ в интерфейс между клеткой и матриксом, чтобы контролировать зависимую от адгезии активность Rac1 [88]. Принимая во внимание эти роли, интересно, что привлечение интегринов ограничивает фосфорилирование caveolin и ограничивает зависимую от кавеолина интернализацию микродоменов мембраны [89, 90], а привлечение syndecan-4 независимо регулирует активность Arf6 и caveolin-зависимую разборку адгезий [68, 69] (Figure 2). Скорее всего, передача сигналов механочувствительных адгезивных рецепторов может непосредственно регулировать реакции мембраны на стрессы и осуществлять тонкий контроль за порядком липидов плазматической мембраны и компартментализацию инициации сигналов. В соответствии с этой предполагаемой ролью, сообщалось, что glycosphingolipids плазматической мембраны непосредственно соединяются с интегринами и модулируют связывание интегрин-лиганд [91-94].
Путем контроля доставки и состава плазматической мембраны вполне возможно, что передача адгезивных сигналов может регулировать целостность мембраны, координировать клеточные реакции на внеклеточные механические инсульты и контролировать распределение и функцию модуляторов сигналов.
Concluding remarks
Adhesion complexes functionally integrate the extracellular microenvironment with the inside of the cell. The signalling machinery associated with adhesion complexes regulates a diverse range of cellular functions that influence nearly all biological processes. Recent technological advances have provided insight into adhesion signalling and function. These studies highlight the fundamental complexity, structure, and dynamics of adhesion complexes, and consequently raise more questions than they answer (Box 4).
Box 4
Outstanding questions
By re-appraising these data, certain key properties of adhesion complexes emerge. It would appear that adhesive structures comprise a conserved core adhesion complex that links integrins to actin, and a more variable and labile non-canonical adhesome, that is recruited to sites of adhesion in a context-dependent manner. The core adhesion complex has a well-organised stratified structure. However, components within the complex (including integrins themselves) undergo dynamic recruitment, translocation, and exchange even within established complexes. Thus, the core adhesion module can be viewed as meta-stable, undergoing continuous turnover to allow it to be simultaneously robust and dynamic. It is likely that these qualities are essential for the mechanoresponsive properties of adhesion complexes and that adhesion receptor trafficking mechanisms contribute directly to the dynamics and reinforcement of the core adhesion complex. Given the bi-directional interplay between mechanotransduction and receptor trafficking, it could be argued that mechanosensitive adhesion complexes represent a platform to drive adhesion receptor trafficking.
Proteomic studies of adhesion signalling differ from the literature-curated adhesome as they offer cellular and environmental context. Despite this, the degree of variation between the datasets is surprising. Given this variability, these studies illuminate what we term the non-canonical adhesome. This ill-defined and labile protein network associated with adhesion complexes is context-dependent (e.g., modulated by cell type, environment, or synergy with other receptors) and introduces an additional level of complexity to adhesive function. Thus, one would speculate that some changes in the adhesion-associated environment might fine-tune adhesion signalling, while others might elicit highly divergent functions. Therefore we hypothesise that adhesion signalling is an emergent property of the adhesion complex as a whole. When we consider the potential functions of the non-canonical adhesome, there are numerous unexpected, sometimes controversial, roles for adhesion complexes and their regulators, and it is clear that their sphere of influence extends far beyond adhesion sites. So the major outstanding question for the field now is: to what extent, and precisely how, do adhesion complexes regulate global cellular functions?
