Посещений:
кавеолы и кавеолины



Значение для раннего развития

From embryonic development to human diseases: The functional role of caveolae/caveolin
" Sohn, J., Brick, R. M. and Tuan, R. S
. Birth Defect Res C, 108: 45–64. doi:10.1002/bdrc.21121

Caveolae, an almost ubiquitous, structural component of the plasma membrane, play a critical role in many functions essential for proper cell function, including membrane trafficking, signal transduction, extracellular matrix remodeling, and tissue regeneration. Three main types of caveolin proteins have been identified from caveolae since the discovery of caveolin-1 in the early 1990s. All three (Cav-1, Cav-2, and Cav-3) play crucial roles in mammalian physiology, and can effect pathogenesis in a wide range of human diseases. While many biological activities of caveolins have been uncovered since its discovery, their role and regulation in embryonic develop remain largely poorly understood, although there is increasing evidence that caveolins may be linked to lung and brain birth defects. Further investigations are clearly needed to decipher how caveolae/caveolins mediate cellular functions and activities of normal embryogenesis and how their perturbations contribute to developmental disorders.

Цитоплазматическая мембрана является динамической многодоменовой мембранной системой, участвующей в многочисленных клеточных процессах, включая, но не ограничиваясь, эндоцитоз, трансцитоз, сигнальную трансдукцию и рециклинг рецепторов в клетках эукариот (Jasmin et al., 2012). Во многих типах клеток плазматическая мембрана богато декорирована специализированными субдоменами, наз. кавеолами, это небольшие, фляжко-подобные инвагинации 50-100 nm в диаметре (Palade, 1953; Yamada, 1955). Кавеолы присутствуют практически повсеместно во многих типах клеток, наиболее они заметны в адипоцитах, сосудистых эндотелиальных клетках (ECs), фибробластах и эпителиальных клетках, их функции связаны с эндоцитозом, передачей клеточных сигналов и регуляцией липидов и холестерина (Cohen et al., 2004a; Jasmin et al., 2012). Выявлены и дополнительные важные биологические роли кавеол в организации плазматической мембраны, сигнальной трасмиссии внутрь клеток, в ремоделировании внеклеточного матрикса (ECM), и в регенерации ткани в ответ на повреждения. Более того, мутации и дисфункция кавеол связаны с широким кругом болезней человека, включая рак, легочные болезни, липодистрофию и мышечную дистрофию (Cohen et al., 2004a; Jasmin et al., 2012).

Caveolae and Caveolins


Discovery and Morphology


Кавеолы, первоначально названные плазмалеммные пузырьки, выглядят как не покрытые оболочкой пузырьки, отличающиеся от более крупных электрон плотных покрытых клатрином ямок (CCPs). Они были впервые идентифицированы в эпителии желчного пузыря (Yamada, 1955) и повторно Palade in 1961 в капиллярах крови (Palade, 1953). До 1990s считалось, что кавеолы это артефакты от фиксации для ЭМ (Severs, 1988). Однако, открытие наиболее важного структурного белка кавеол, наз. caveolins привлекло внимание к кавеолам (Rothberg et al., 1992). С тех пор было установлено, что кавеолы являются резистентными к детергентам, сильно гидрофобными мембранными микро-доменами из липидных платформ, состоящих в основном из сфинголипидов и холестерина (Smart et al., 1999). В целом, изолированные кавеолы выглядели как варьирующей формы, включая плоские, везикулярные или U-образные, или трубчатые структуры, обладающие характерным гранулярным проявлением при трансмиссионной ЭМ или low-angle platinum shadowing (Fig. 1A-D Anderson, 1998). Кавеолы могут быть одиночными или лозо-подобными кластерами и трубками с размерами существенно выше 100 nm при слиянии индивидуальных кавеол (Anderson,1998).

Figure 1. Caveolae and caveolin-1. Electron micrographs showing the ultrastructure of caveolae in (A) fibroblast, (B) adipocytes, (C) skeletal muscle, and (D) ECs. RBC: red blood cell. Caveolae appear as ?70 nm invaginations of plasma membrane. Scale bar, 100 nm. (E) Caveolin domains and membrane topology. Caveolae are enriched in glycosphingolipids and cholesterol. Cav-1 has its hairpin domain embedded within the membrane and both the amino terminus and the carboxyl terminus are located on the cytoplasmic side of the membrane. (F) Electron micrographs of lung tissue from wild type (Cav-1+/+) and Cav-1 deficient (Cav-1?/?) mice. Cav-1 gene KO results in the absence of caveolae in lung tissue. Arrows indicate caveolae. cap: blood capillary; as: alveolar space; bm: basal membrane; en: endothelium; ep: epithelium. Scale bars, 200 nm. Figures modified from: (A-C) Parton and del Pozo (2013); (D) Navarro et al. (2004); (E) Parton and Simmons (2007); and (F) Le Lay and Kurzchalia, (2005).

Caveolins and Tissue Distribution


Открытие кавеолинов, принципиально важных мембранных белковых компонентов кавеол, позволило выявить функцию кавеол. Кавеолиновые белки являются интегральными мембранными белками с необычным шпилечным доменом, внедренным в мембрану, тогда как N- и С-концы находятся на цитоплазматической стороне мембраны (Fig. 1E; Monier et al., 1995). Известны три члена семейства генов кавеолинов (Caveolin-1, -2, -3) с уникальными тканевыми распределениями (Table 1; Scherer et al., 1996, 1995).

Table 1. Tissue Distribution of Caveolin Genes Expression 
Genes        Tissue Expression
Cav-1        ECs, smooth muscle cells, macrophages, cardiac fibroblasts, adipocytes
Cav-2        Same as Cav-1
Cav-3        Vascular smooth muscle cells, cardiac myocytes, skeletal muscle


Caveolin-1


Первоначально описан как "caveolin," белок в 22-kDa в 1990s. Ультраструктурный анализ показал, что кавеолин является многополосной филаментозной структурой, покрывающей цитоплазматическую поверхность кавеол (Rothberg et al., 1992; Fujimoto et al., 2000). Позднее белок был переименован в caveolin-1 (Cav-1) после открытия двух др. кавеолиновых генов caveolin-2 (Cav-2) и caveolin-3 (Cav-3) (Scherer et al., 1996; Tang et al., 1996). Недавние исследования с получением Cav-1 нокаутных (KO) мышей, полностью лишенных кавеол (Fig. 1F), ясно продемонстрировали, что экспрессия Cav-1 важна и необходима для образования морфологически заметных кавеол (Li et al., 1996; Razani et al., 2002a). Cav-1, вместе с Cav-2, экспрессируется в широком круге тканей, включая ECs, гладко-мышечные клетки, макрофаги, кардиальные фибробласты и адипоциты. Существуют две изоформы Cav-1: Cav-1α и Cav-1β, последняя лишена части N-конца (Razani et al., 2002c). Две изоформы Cav-1 обладают разным потенциалом образования кавеол, а молекулярный состав мелких и глубоких кавеол может варьировать в зависимости от уровня экспрессии двух изоформ (Fujimoto et al., 2000).

Caveolin-2


Cav-2 человека примерно на 38% идентичен и на 58% сходен с Cav-1 человека (Cohen et al., 2004a). Cav-2 был идентифицирован благодаря микросеквенированию богатых кавеолином мембран из адипоцитов (Scherer et al., 1996). Cav-2 и Cav-1 are совместно экспрессируются, образуя гетеро-олигомерные комплексы в большинстве типов клеток с наивысшими уровнями экспрессии в адипоцитах, фибробластах и гладкомышечных клетках. Однако, экспрессия Cav-2 белка не обнаруживается в волокнах скелетных мышц и кардиальных миоцитах (Scherer et al., 1997, 1994). Несмотря на совместную локализацию Cav-1 и Cav-2, по-видимому, экспрессия Cav-2 регулируется независимо от Cav-1 или Cav-3. Напр., уровни белка Cav-2 остаются неизменными, тогда как экспрессия Cav-1 снижается в ответ на онкогенную трансформацию мышиных эмбриональных фибробластов клеточной линии NIH 3T3 (Scherer et al., 1996). Более того, не обнаруживаются изменения в уровне белка Cav-2 в миобластах во время образования мышечных трубок, тогда как существенно увеличивается уровень белка Cav-3 (Song et al., 1996). Эти результаты показывают, что экспрессия Cav-1, Cav-2 и Cav-3 может регулироваться независимо в ответ на разные отличительные клеточные сигналы (Scherer et al., 1997). Интересно, что, хотя Cav-2 имеет сходный профиль экспрессии с Cav-1, Cav-2 рассматривается как несущественный для образования кавеол. Получение Cav-2 KO мышей продемонстрировало, что в отсутствие белка Cav-2, кавеолы всё ещё формируются и Cav-1 сохраняет соотв. мембранную локализацию (Razani et al., 2002b; Le Lay and Kurzchalia, 2005), подтверждая, что существует функциональное перекрывание между Cav-1 и Cav-2 белками. Более того, предыдущие исследования показали, что Cav-2не играет заметной роли в патогенезе какой-либо аномалии, наблюдаемой у Cav-1 KO мышей (Scherer et al., 1996; Le Lay and Kurzchalia, 2005). Однако, относительно недавнее исследование сообщило, что Cav-2 KO мыши обнаруживают заметную легочную патологию, сходную с той, что описана для Cav-1 KO мышей (Razani et al., 2001a,b), подтверждая, что Cav-2 может играть роль в функции легких независимо от Cav-1.

Caveolin-3


Cav-3 человека приблизительно на 65% идентичен и на 85% сходен с Cav-1 (Cohen et al., 2004a). Cav-3 преимущественно экспрессируется в поперечно-полосатых мышцах, в сосудистых гладких мышцах, скелетных и сердечных мышцах (Tang et al., 1996). В мышечных клетках, Cav-3 располагается в сарколемме и совпадает с распределением дистрофина, специфичного для мышц белка плазматической мембраны. Cav-3 непосредственно взаимодействует с дистрофином и образует дистрофиновый комплекс, включающий dystrophin, α-sarcoglycan и β-dystroglycan, подтверждая важную роль Cav-3 в биологии мышц (Song et al., 1996). Генетическое устранение Cav-3 вызывает потерю кавеол в мышечной ткани, указывая, что Cav-3 также важен для образования кавеол (Le Lay and Kurzchalia, 2005).

Functional Roles of Caveolae and Caveolins


Кавеолы участвуют в многочисленных функциях, включая доставку мембран посредством эндоцитоза и трансцитоза, механо-ощущения, ремоделирование ECM, миграцию клеток, передачу клеточных сигналов, липидный метаболизм и регенерацию ткани.

Membrane trafficking


Поскольку клатрином-обеспечиваемый путь эндоцитоза составляет классический путь интернализации многих внеклеточных лигандов и компонентов плазматической мембраны (Mayor and Pagano, 2007), то существует альтернативный кавеолами обеспечиваемый механизм. Первоначально кавеолы описывали как довольно статичные структуры и их функцию ограничивали процессом пиноцитоза или потреблением жидкости клеткой (Jasmin et al., 2012). Однако, в последние 25 лет были идентифицирована эндоцитотическая роль кавеол. Эти исследования продемонстрировали, что кавеолы содержат некоторые молекулы, участвующие в прикреплении и слиянии пузырьков с помощью CCPs, также как и малую GTPase dynamin, которая, как известно, участвует в интернализации CCPs (Schnitzer et al., 1995; Henley et al., 1998; Oh et al., 1998). Эти исследования строго подтверждают возможную роль кавеол в эндоцитозе. В самом деле, некоторые лиганды, включая компоненты мембран (glycosphingolipids и glycosylphosphatidylinositol-закрепляющие белки), внеклеточные лиганлды (folic acid, albumin, autocrine motility factor, alkaline phosphatase, lactosyl ceramide), бактериальные токсины (cholera toxin и tetanus toxin), и некоторые не покрытые оболочкой вирусы (Simian virus 40, Polyoma virus, respiratory syncytial virus и HIV virus) , как известно, интернализуются с помощью кавеол (Henley et al., 1998; Lajoie and Nabi, 2010; Jasmin et al., 2012).
Киназы и фосфотазы регулируют отпочкование и отделение кавеол от плазматической мембраны. Фосфорилирование кавеолинов, рекрутирование и активация динамина на шейке кавеол и последующая реорганизация актинового цитоскелета, всё 'bnj существенно для отшнуровывания кавеол от плазматической мембраны (Mayor and Pagano, 2007; Jasmin et al., 2012). После эндоцитоза кавеолы могут быть направлены в ранние эндосомы , переработаны и затем возвращены обратно на поверхность или направлены в мультивезикулярные тельца или поздние эндосомы для деградации (Schnitzer et al., 1995; Jasmin et al., 2012).
В качестве везикулярного транспортера кавеолы также функционируют в трансцитозе, получая и транспортируя макромолекулы из кровяного пространства в тканевое пространство посредством связанных с мембраной пузырьков (Simionescu et al., 1975). Кавеолы участвуют в трансцитозе молекул через ECs капилляров. Особенно отметим, получение альбумина, многочисленного сывороточного белка, действующего как переносчик жирных кислот, стероидов и тироидных гормонов, он был описан как главный белковый компонент кавеол, очищенных из легочной ткани (Vasile et al., 1983; Ghitescu et al., 1986). В начале 2000s, две группы сообщили, что ECs, полученные от дефицитных по кавеолам мышей обнаруживают дефекты в потреблении и транспорте альбумина in vivo (Schubert et al., 2001; McIntosh et al., 2002), подтвердив тем самым роль кавеол в трансцитозе. Помимо альбумина альвеолы осуществляют трансцитоз также липопротеинов низкой плотности (LDLs) и инсулина (Vasile et al., 1983; Ghitescu et al., 1986).

Mechanosensing


Помимо участия в клеточном транспорте и поставке через мембраны кавеолы ведут себя также как сенсоры тока, превращая механические стимулы в химические сигналы и приспосабливаясь к ламинарному току. Механочувствительность означает механизмы, которые клетки используют для детекции и реакции на внешние силы. В 1975, Dulhunty et al. впервые предположили, что кавеолы мышц д. распахиваться в ответ на натяжение волокон скелетных мышц лягушек (Dulhunty and Franzini-Armstrong, 1975), а затем несколько исследований сообщили о роли кавеол в защите клеток от повреждений плазматической мембраны (Czarny and Schnitzer, 2004; Yu et al., 2006; Kozera et al., 2009; Sinha et al., 2011). Итак, эти исследования продемонстрировали, что кавеолы играют важную роль в восприятии сил или внешних стимулов, таких как ток, сдирающие стрессы и растяжение и что они необходимы для дальнейших сигнальных событий в ответ на механические стимулы. В нескольких типах клеток, включая ECs, клетки скелетных мышц, адипоциты, кардиомиоциты и фибробласты, морфология кавеол изменяется - на уплощенную и/или демонтированную - в ответ на растяжение плазматической мембраны (Yu et al., 2006; Kozera et al., 2009; Sinha et al., 2011). Недавние исследования выявили, что в ответ на механические силы, такие как сдирающий стресс в ECs или растяжение клеток сосудистых гладких мышц, кавеолы уплощаются и подвергаются разборке зависимым от АТФ и независимым способом (Sinha et al., 2011). Эти изменения в морфологии и в последующем увеличении эффективной области клеточной поверхности могут быть буферными и позволяют выносить натяжение мембран во время механических стрессов, предоставляя способ физического предупреждения разрыва плазматической мембраны или лизиса клетки (Lee et al., 2002). Уплощение и разборка кавеол д. высвобождать факторы в ECM, которые могут модулировать клеточную реакцию на механические стимулы на молекулярном уровне.

ECM remodeling


ECM является высоко динамической структурой, присутствующей во всех тканях и постоянно подвергается контролируемым процессам ремоделирования, когда компоненты ECM откладываются, деградируют или модифицируются (Hynes, 2009; Bonnans et al., 2014). Ремоделирование ECM является очень важным при регуляции клеточного роста и дифференцировки во время поддержания ниш стволовых клеток, ангиогенеза, ремоделирования костей, регенерации тканей и репарации ран (Bonnans et al., 2014). Нарушения регуляции компонентов, структуры, жесткости и обилия ECM вносят вклад в разные цитопатологические состояния, такие как аберрантная пролиферация клеток и апоптоз, фиброз и инвазивные раковые опухоли (Berardi et al., 2004; Fukumoto and Yamada, 2005; Hynes, 2009; Bonnans et al., 2014). При прогрессировании рака микроокружение опухоли также очень важно для опухолевой инвазии и метастазирования, поскольку опухолевой ECM, состоит в основном из коллагеновых волокон, формируя миграционные треки и ниши для раковых клеток в дополнение к предоставлению сигналов для жизнеспособности и пролиферации (Bonnans et al., 2014). Более того, солидные опухоли являются в целом более твердыми, чем нормальная ткань и это обусловлено увеличением жесткости матрикса посредством индукции Rho-ROCK обусловленных сокращений актомиозина (Goetz et al., 2011; Bonnans et al., 2014). Недавно, как было установлено, Cav-1 активирует путь передачи сигналов Rho путем регуляции эндогенного ингибитора p190RhoGAP. Активация Rho с помощью фосфорилирования Cav-1 по Tyr14 вызывает выстраивание матрикса и зависимые от силы сокращения актомиозина, которые в дальнейшем способствуют фибриллогенезу в ECM и жесткости микроокружения (Goetz et al., 2008, 2011). Точная роль Cav-1 в прогрессировании опухолей неясна, поскольку современные исследования обнаруживают как повышение, так и понижение в профилях экспрессии генов/белков. Возможно, что Cav-1 действует как опухолевый супрессор на ранних стадиях прогрессирования рака, но активируется в некоторых клеточных линиях метастатического рака, включая рак груди и простаты (Shatz and Liscovitch, 2008). Фактически ремоделирование ECM с помощью Cav-1, как сообщалось, помогает элонгации клеток, интегрин-обусловленной адгезивности и стабилизации фокальных адгезий, необходимых для направленной миграции раковых клеток (Goetz et al., 2011). В отличающихся от опухолевых микроусловиях Cav-1 также регулирует оборот матричного фибронектина, который вместе с коллагеном типа I, необходим для сохранения структурной и функциональной целостности ткани (Sottile and Chandler, 2005). Sottile and Chandler сообщили, что подавление Cav-1 с помощью RNAi ингибирует потерю фибрилл фибронектинового матрикса, интернализацию фибронектина и деградацию фибронектина и что эти процессы могут быть восстановлены с помощью возобновления экспрессии Cav-1 (Sottile and Chandler, 2005). Всё ещё неясно, действительно ли эти процессы ремоделирования ECM зависят исключительно от Cav-1 или также и от кавеол.

Cell migration


Миграция клеток является важной клеточной функцией, она вносит вклад во многие физиологические и патологические процессы. Предоставлены доказательства, подтверждающие множественные роли кавеол и кавеолинов в клеточной миграции, которые в частности хорошо изучены на ECs в контексте ангиогенеза (Wei et al., 1999; Navarro et al., 2004; Grande-Garcia et al., 2007). Хотя существуют некоторые расхождения относительно регуляторного эффекта Cav-1, большинство исследований согласно, что Cav-1 и кавеолы играют критическую роль в перемещениях клеток путем контроля состава клеточных мембран, а также экспансии поверхности мембраны, поляризации сигнальных молекул, компартментализации путей передачи внутриклеточных сигналов и ремоделирования цитоскелета.
Клеточная миграция зависимая или независимая от хемотаксиса, тщательно регулируемый и поляризованный процесс в смысле скорости и направленности (Kimmel and Firtel, 2004; Manahan et al., 2004). В сегрегирующих ECs, Cav-1 и кавеолы также поляризованы, далее была подтверждена их роль в клеточном перемещении (Navarro et al., 2004). Более того, Cav-1 может влиять на клеточную миграцию путем облегчения внутриклеточной компартментализации сигнальных путей, т.к. Cav-1 белковые олигомеры формируют каркас для сборки сигнальных молекул (Smart et al., 1996; Shaul and Anderson, 1998) . Среди многих белков, необходимых для клеточных перемещений, выявленные в ассоциации с кавеолами, находятся endothelial nitric oxide synthase (eNOS), vascular endothelial growth factor receptor 2, epidermal growth factor (EGF) receptor, platelet-derived growth factor (PDGF) receptor, Ca2+-ATPase и члены Rho семейства малых GTPases (Shaul and Anderson,1998; Navarro et al., 2004; Parton et al., 2006).
Несколько исследований сообщали, что дефицитные по кавеолину мыши обнаруживают фенотипы, которые дю быть ассоциированы с дефектами миграции клеток. Напр., Cav-1 KO мыши демонстрируют нарушение ангиогенного ответа на экзогенные стимулы, снижение формирования кровеносных сосудов после имплантации Matrigel plug и задержка заживления ран кожи (Woodman et al., 2003; Grande-Garcia et al., 2007). Миграция EC является важным компонентом регенерации эндотелия и ангиогенеза (Woodman et al., 2003), и поэтому результаты упомянутых выше исследований подтверждают, что ангиогенные дефекты, обнаруживаемые in vivo, скорее всего, следствие нарушений миграции эндотелия из-за потери экспрессии Cav-1.
Cav-1, как было установлено, взаимодействует с β-1 integrin, одним из важных компонентов клеточной оболочки, участвующим в клеточных движениях, в комплексе, который регулирует адгезию и передачу сигналов посредством Src семейства киназ и киназ фокальной адгезии (Preissner et al., 2000). Образование Cav-1 и integrin комплексов вносит вклад в процессы клеточной адгезии, миграции и инвазии (Preissner et al., 2000). Ранее, Wei et al. продемонстрировали, что истощение Cav-1 с помощью антисмысловой полной длины мРНК Cav-1 приводит к потере фокальных адгезий, указывая, что Cav-1 д. регулировать функцию интегрина (Wei et al., 1999). Кроме того, трехмерный EM обнаруживает сложные взаимодействия между кавеолами и цитоскелетом посредством актиновых филамент, микротрубочек и промежуточных филамент. Cav-1 закрепляет кавеолы на актиновом цитоскелете и кавеолы далее модулируют взаимодействия между клеткой и ECM под регуляцией Rho сигнальных путей (Parton and del Pozo, 2013). Кавеолы также участвуют в транспорте холестерола и участвуют в рециклинге мембран. Cav-1, структурный белок кавеол, может непосредственно связывать холестерин и участвовать в транспорте вновь синтезированного холестерина из эндоплазматического ретикулума (ER) в плазматическую мембрану (Smart et al., 1996; Uittenbogaard et al., 1998). Следовательно, Cav-1 способен участвовать в динамике составления плазматической мембраны посредством цитоплазматического транспорта и доставки на поверхность мембраны холестерина. Холестерин играет ключевую роль в плазматической мембране, регулируя клеточную адгезию и миграцию. Напр., истощение холестерина из плазматических мембран клеток вызывает изменения в морфологии клеток, снижении клеточной адгезии и подвижности (Ramprasad et al., 2007). Кроме того, истощение холестерина, как было установлено, увеличивает клеточную жесткость из-за взаимодействия между актиновым цитоскелетом и плазматической мембраной (Norman et al., 2010). Эти результаты демонстрируют, что модификации содержания клеточного холестерина, контролируемые с помощью Cav-1 и/или кавеол, могут регулировать передачу клеточных сигналов и миграцию.

Cell signaling


Кавеолы служат в качестве платформы для многих разных путей передачи сигналов. Cav-1, как было установлено, регулирует разные сигнальные белки и сигнальные пути, ассоциированные с пролиферацией, жизнеспособностью и дифференцировкой клеток.
Cav-1 поставляет и регулирует множество разных сигнальных молекул, включая тирозин киназы, GTP-свзывающие белки, Ca2+, липиды и закрепленные на липидах белки и т.д. (Anderson, 1998; Jasmin et al., 2012). В случае EGFR, PDGF и малых GTPase H-Ras молекул, Cav-1 взаимодействует с этими молекулами посредством своего каркасного домена и далее регулирует др. сигнальные молекулы, расположенные в кавеолах (Patel et al., 2008; Jasmin et al., 2012). Напр., Cav-1 может прямо связывать EGFR, чтобы негативно регулировать передачу сигналов EGF и EGF-обеспечиваемую миграцию клеток (Couet et al., 1997; Jasmin et al., 2012). В ECs, eNOS локализуется в кавеолах с помощью ацетилирования. В кавеолах взаимодействия между eNOS и Cav-1 посредством каркасного домена Cav-1 были доказаны, как достаточные, чтобы ингибировать активацию и функцию eNOS in vivo (Garcia-Cardena et al., 1997).
Cav-1 регулирует также клеточные судьбы во время развития и патологических процессов, жизнеспособности, гибели и дифференцировки. Cav-1, как было установлено, служит анти-пролиферативным фактором, т.к. он вызывает арест клеточного цикла путем усиления активности p53 и p21, в то же время подавляет экспрессию Cyclin D1 в клетках рака груди человека (Lee et al., 1998; Galbiati et al., 2001c). Cav-1, как наблюдалось, действует как способствующий апоптозу и выживанию в разных модельных системах. Некоторые сообщения проиллюстрировали Cav-1 как способствующий апоптозу фактор, поскольку Cav-1 может ингибировать сигналы клеточной жизнеспособности путем негативной регуляции β-catenin/TCL-LEF транскрипционной активности в нескольких линиях клеток опухолей (Torres et al., 2007, 2006). Однако, Cav-1 has в основном описывается как молекула, способствующая жизнеспособности. Cav-1 способствует выживанию клеток путем индукции активности MAP киназы p38 и Src-обеспечиваемого PI3K и ERK1/2 пути в сердце и эпителиальных клетках кишечника, соотв. (Loza-Coll et al., 2005; Das et al., 2007).
Наконец, Cav-1 может участвовать в путях передачи клеточных сигналов, регулируя процессы клеточной дифференцировки. Ранее предполагалось, что Cav-1 участвует в дифференцировке нейронов, адипоцитов, сосудов и костей. Напр., некоторые исследования подтвердили, что избыточная экспрессия Cav-1 ингибирует рецепторы фактора роста нервов Trk A и p75 и значительно снижает процессинг нейритов и нейрональную дифференцировку, подтверждая, что Cav-1 может быть негативным регулятором (Bilderback et al., 1999; Huang et al., 1999). Однако, в адипоцитах индукция экспрессии кавеолина является важной и необходимой для адипогенеза, подтверждая, что Cav-1 может быть позитивным регулятором для образования жира и липидов (Scherer et al., 1994). Недавно мы продемонстрировали, что экспрессия Cav-1 увеличивается во время, а нокдаун экспрессии Cav-1 усиливает потенциал остеогенной дифференцировки костного мозга человека, происходящего из мезенхимных стволовых клеток (MSCs) (Baker et al., 2015, 2012). Мы предположили, что во время остеогенной дифференцировки в MSCs, Cav-1 усиливает свою активность в качестве механизма негативной обратной связи, чтобы супрессировать продолжающийся остеогенез. Cav-1 далее ингибирует пути передачи сигналов PI3K/Akt , чья активация необходима для индукции остеогенеза в MSCs человека (Baker et al., 2015). Следовательно, регуляция передачи сигналов PI3K/Akt с помощью Cav-1 может играть ключевую роль в обеспечиваемой стволовыми клетками регенерации кости.

Tissue regeneration


Недавно несколько исследований сообщили, что Cav-1 может играть важную роль в репарации ткани и заживлении ран. Интересно, что Cav-1 может играть или позитивную или негативную роль в репарации ткани в зависимости от типа ткани. Мы обсудим роль кавеолинов в скелетных мышцах, сердце, печени и почках и в реконструкции кровеносных сосудов.

Muscle


Cav-1 экспрессирующиеся в сателлитных клетках мышц мышей и в клетках миогенных предшественников (MPCs), но не в зрелых мышечных волокнах (Volonte et al., 2005). Во время регенерации мышц после повреждений подавление Cav-1 в сателлитных клетках и в MPCs является предварительным условием, способствующим их активации, пролиферации, миграции и дифференцировке (Volonte et al., 2005). После окончательной мышечной дифференцировки, Cav-3, который не экспрессирующиеся в MPCs с самого начала, теперь активируется и и экспрессирующиеся в зрелых многоядерных мышечных трубках (Volonte et al., 2005). Важность подавления Cav-1 во время репарации подтверждается также тем, что регенерация мышц задерживается при избыточной экспрессии Cav-1 у мышей, и когда MPCs происходят от этих мышей, то они неспособны мигрировать в раневую область, пролиферировать и дифференцироваться, чтобы заживить рану in vitro (Volonte et al., 2005). Эти результаты подчеркивают роль Cav-1 как медиатора активации сателлитных клеток и регенерации постнатальных мышц.

Heart


Было установлено, что Cav-1 выполняет непосредственную роль в ремоделировании сердца после повреждения. Miyasato et al. исследовали роль Cav-1 в репарации сердца и продемонстрировали, что после повреждения Cav-1 KO мыши обнаруживают усиление передачи сигналов TGF-β1 это приводит к результате к более распространенному отложению коллагена в сердце по сравнению с таковым у особей дикого типа (Miyasato et al., 2011). Авт. сообщили, что экспрессия Cav-1 снижается в сердце мыши спустя 3 дня после криоповреждения и что возвращение экспрессии Cav-1 к нормальным уровням было важным на более поздних стадиях репарации сердца (Miyasato et al., 2011). Cav-1 известен как негативный регулятор передачи сигналов TGF-β1 (Razani et al., 2001b) и, следовательно, восстановление экспрессии Cav-1 необходимо для ингибирования передачи сигналов TGF-β1, чтобы уменьшить отложения коллагена во время ремоделирования сердца. Фактически, когда Cav-1 KO мышам инъецировали пептид каркасного домена Cav-1, то отложения коллагена достоверно снижались (Miyasato et al., 2011). Итак, эти находки строго подтверждают, что Cav-1 может положительным образом участвовать в ремоделировании и репарации сердечной ткани.

Liver


Cav-1 может быть также важным для репарации и регенерации ткани печени. Fernandez et al. изучали процесс регенерации после частичной гепатэктомии в печени мышей, дефицитных по Cav-1. Авт. сообщили, что Cav-1 KO мыши обнаруживали повышенную смертность и снижение регенерации печени (Fernandez et al., 2006). Гепатоциты, происходящие от Cav-1 KO мышей, обнаруживали атипичную клеточную активацию, пролиферацию и дифференцировку. Кроме того, эти клетки были неспособны накапливать капельки жира, это указывает на то, что метаболизм липидов нарушен в регенерируемой печени и, более того, клетки не получали преимуществ при прохождении цикла клеточных делений (Fernandez et al., 2006). Эти данные подтверждают, что Cav-1 играет критическую роль в координации липидного метаболизма печени и пролиферации гепатоцитов в ответ на клеточные повреждения.

Kidney


Помимо участия в регенерации сердца и печени, Cav-1 , как сообщалось, затрагивает регенерацию почек. Fujigaki et al. сообщили, что экспрессия Cav-1α и образование кавеол происходит на плазматической мембране клеток исключительно в фазе ранней пролиферации при регенерации проксимальных частей канальцев после вызванной с помощью gentamicine острой почечной недостаточности крыс (Fujigaki et al., 2007). Эта временно экспрессируемая изоформа Cav-1α, по-видимому, взаимодействует с рецепторами специфичных для почек факторов роста, включая PDGF рецептор-β и EGF рецептор, подтверждая, что Cav-1 может вносить позитивный вклад в процесс регенерации почек путем модуляции рецепторов факторов роста (Fujigaki et al., 2007).

Blood vessels


Наконец, Cav-1 необходим для образования новых кровеносных сосудов. Несколько исследований показали, что Cav-1 KO или подавление нарушают ангиогенез in vitro и in vivo (Griffoni et al., 2000; Woodman et al., 2003; Milovanova et al., 2008). Напр., Cav-1 KO мыши, полностью лишенные эндотелиальных кавеол, обнаруживают отклонения в морфологии плотных соединений и страдают от повышенной проницаемости микрососудов (Schubert et al., 2002). Более того, эти мыши обнаруживают неполноту образования капилляров, т.к. появляющиеся капилляры, формирующиеся внутри имплантированных опухолей, обнаруживают четкую морфологическую недоразвитость или очень плохо организованы (Woodman et al., 2003). Недавно, Milovanova et al. сообщили, что Cav-1 необходим для индукции у мышей пролиферации легочных микрососудистых EC в ответ на резкое прерывание ламинарного тока, подтверждая, что Cav-1 может действовать, как shear сенсор в адаптированных к кровотоку ECs (Milovanova et al., 2008).
Итак, Cav-1 играет важную роль в тканевой репарации и регенерации. В скелетных мышцах подавление экспрессии Cav-1 является ключевым для миграции MPC к месту повреждения, пролиферации и дифференцировки. Однако, в сердце, печени, почках и кровеносных сосудах Cav-1 дополнительно влияет на процессы регенерации и его экспрессия обязательна.

Lipid and cholesterol homeostasis


Кавеолы и липидные платформы являются специализированными доменами мембран, обогащенными холестерином и сфинголипидом, и идентифицируются в большинстве типов клеток (Smart et al., 1999; Parton and Richards, 2003). Многие линии доказательств продемонстрировали, что эти специализированные домены мембран участвуют в регуляции гомеостаза липидов и холестерина. Прежде всего, белки, ассоциированные с кавеолами и липидными платформами, обеспечивают стабильность липидных платформ. Одной из наиболее распространенных модификаций, обнаруженной в белках, ассоциированных с липидными платформами является ацилирование, и Cav-1, как было установлено, ацилируется в трех разных местах и затем вставляется в кавеолы (Uittenbogaard et al., 1998). Это позволяет Cav-1 взаимодействовать с белками, связанными с кавеолами и участвующими в метаболизме и поставке холестерина, такими как актин, annexin II, и scavenger receptor class B type I (SR-BI) (Babitt et al., 1997; Graf et al., 1999; Smart et al., 1999). SR-BI, рецептор high density lipoprotein (HDLs), располагается на кавеолах и, как было установлено, обеспечивает избирательное потребление эфира холестерина и отток клеточного холестерина в HDLs (Babitt et al., 1997; Graf et al., 1999). Более того, взаимодействия между Cav-1 и белками, ассоциированными с кавеолами, создают сигнальные платформы и обеспечивают стабильность липидных платформ, делая возможным образование крупных агрегатов из липидных платформ (Mundy et al., 2002; Parton and Richards, 2003). Вновь синтезированный холестерин из ER транспортируется через цитозоль в плазматическую мембрану кавеол (Uittenbogaard et al., 1998), а транспортирование холестерина между кавеолами и внутриклеточными сайтами использует два типа шапероновых комплексов. Шапероновый комплекс I предназначен для доставки холестерина на плазматическую мембрану поверхности кавеол из ER, тогда как шапероновый комплекс II необходим для доставки холестерина с поверхности кавеол на ER (Everson and Smart, 2001). Ацилирование Cav-1 также важно для этой шаперонами обеспечиваемой доставки холестерина, поскольку разные модификации Cav-1 могут регулировать активность этих комплексов и их перемещение между специфическими внутриклеточными доменами внутри ER или Golgi (Uittenbogaard and Smart, 2000).
Эксперименты in vitro и in vivo показали более прямые эффекты кавеол и Cav-1 на метаболизм липидов и холестерина. Напр., показано, что трансгенная экспрессия Cav-1 в клетках, которые обычно не экспрессируют эндогенные кавеолины, достоверно увеличивает потребление жирных кислот этими клетками и усиливается приток свободного холестерина (Fu et al., 2004; Meshulam et al., 2006). Эти исследования предоставляют четкие доказательства, что транспорт жирных кислот и свободного холестерина через плазматическую мембрану модулируется с помощью Cav-1. Эксперименты in vivo далее выявили участие кавеол в регуляции липидов и холестерина. Сообщалось, что Cav-1 KO мыши обнаруживают снижение в массе жира уровня свободного холестерина в жировых капельках, синтеза холестерина и липолитической активности (Razani et al., 2002a; Le Lay and Kurzchalia, 2005). Дефицит Cav-1 у мышей приводит к накоплению свободного холестерина в мембранах митохондрий и вызывает дисфункцию митохондрий и чувствительность к апоптозу из-за клеточной гибели, вызываемой реактивными видами кислорода (Bosch et al., 2011; Asterholm et al., 2012). Итак, эти исследования подтверждают, что кавеолы могут координировать потребление, хранение и транспорт липидов и холестерина и сто мутации или потери Cav-1 у пациентов могут быть связаны с нарушениями метаболизма липидов и холестерина.

Developmental Expression of Murine Caveolin Genes


Имеется довольно мало информации об экспрессии генов кавеолинов во время развития мыши и эмбриогенеза.
Во время развития все три кавеолина , Cav-1, -2 и -3, экспрессируются у эмбрионов мыши ткане-специфически, начиная с гаструляции на день эмбриогенеза (E) 6.5 (Fig. 2; Table 2). Northern blot анализ мРНК, выделенных от целых эмбрионов, демонстрирует, что мРНК Cav-1 и Cav-2 экспрессируются на E7, подавляются на E11, активируются на ст. E15,и остаются на повышенном уровне до E17 (Engelman et al., 1998b). В терминах ткане-специфической экспрессии гибридизация in situ выявляет четкую экспрессию мРНК Cav-1 в сердце и урогенитальном гребне эмбрионов самцов и самок мышей и слабую экспрессию в межсомитных сосудах на ст. E9.5 (Bullejos et al., 2002). Cav-1 мРНК, по-видимому, экспрессируется впервые в легких на ст. E12 (Engelman et al., 1998b; Ramirez et al., 2002) и сохраняется высокий уровень экспрессии вплоть до ст. E17 (Ramirez et al., 2002). В период между E12.5 и E16.5, во время дифференцировки зачатка яичек, но прежде дифференцировки яичников, экспрессия мРНК Cav-1 драматически увеличивается в яичниках, но остается низкой или умеренной в семенниках (Bullejos et al., 2002). Специфическое для самок усиление экспрессии мРНК Cav-1 mRNA в урогенитальном гребне подтверждает, что Cav-1 может быть идентифицирован в качестве кандидата на роль специфичного для самок гена.

Figure 2. A schematic showing developmental expression of murine Cav-1, Cav-2, and Cav-3 in whole mouse embryos. mRNA for both Cav-1 and Cav-2 are expressed on embryonic day (E) 7, downregulated by E11, upregulated by E15, and remain elevated until E17. Cav-3 mRNA expression, although very weak, is first visible at E10. Cav-1 protein is first detected at E10, but the levels of all three caveolin proteins are significantly upregulated by E15 and remain elevated until E17. 

Table 2. Tissue Distribution of Cav-1, Cav-2, and Cav-3 mRNA
and Protein During Mouse Embryogenesis
Age                    mRNA                 Protein                    Genes
E7        Whole mouse embryo (Engelman et al., 1998b).
Unknown        Cav-1
E9.5        Heart, Intersomitic Vessels, Urogenital ridge (Bullejos et al., 2002).
         Cav-1
E10        Unknown        Lung ECs (Jasmin et al., 2012; Ramirez et al., 2002)
Cav-1α
         Ventricular heart chamber (Biederer et al., 2000).
No observable protein        Cav-3
E11        Somites, Atrial heart chambers (Biederer et al., 2000).
         Cav-3
E12        Lung (Ramirez et al., 2002).
No observable protein        Cav-1
         Tongue, Skeletal muscles (Biederer et al., 2000).
         Cav-3
E12.5        Testis, Ovaries (Bullejos et al., 2002).
         Cav-1
E13.5                 Testis, Ovaries (Bullejos et al., 2002).
Cav-1
E15                 Kidney, Gut, Brain (Engelman et al., 1998b).
Cav-1
         Myocardium (Biederer et al., 2000).
         Cav-3
E16                 Lung parenchyma (Engelman et al., 1998b; Ramirez et al., 2002).
Cav-1 & Cav-2
                  Lung epithelial cells (Engelman et al., 1998b; Ramirez et al., 2002).
Cav-1β & Cav-2
                  Diaphragm, Tongue, Hindlimb muscle, Cardiomyocyte (Engelman et al., 1998b).
Cav-3
E19                 Lung alveolar ECs (Jasmin et al., 2012).
Cav-1α
Cav-1 белок обнаруживает задержанный паттерн экспрессии по сравнению со своей мРНК. Engelman et al. сообщили, что экспрессия мРНК Cav-1 и Cav-2 в целых мышиных эмбрионах впервые обнаруживается на ст. E7, но они обнаружили мало или не обнаружили кавеолиновые белки у эмбрионов до ст. E11, используя Western blot анализ. Впоследствии, в соотв. с результатами Northern blot, уровни всех трех кавеолиновых белков достоверно увеличивались на ст. E15 и оставались повышенными на ст. E17 (Engelman et al., 1998b).Позднее, Ramirez et al. сообщили о присутствии белка Cav-1 в легочных ECs, начиная со ст. E10 при использовании иммуно-окрашивания (Ramirez et al., 2002). Позднее белок Cav-1 был выявлен в семенниках и яичниках на ст. E13.5 (Bullejos et al., 2002) , а также в почках, кишечнике и головном мозге на ст. E15 (Engelman et al., 1998b). Интересно, что белки Cav-1 и Cav-2 были обнаружены в паренхиме лёгких и клетках легочного эпителия на ст. E16 (Engelman et al., 1998b; Ramirez et al., 2002). К сожалению, информация о экспрессии Cav-2 мРНК или белка во время эмбриогенеза мыши чрезвычайно бедна из-за структурного сходства и функционального перекрывания между Cav-1 и Cav-2.
В раннем исследовании сообщалось, что мРНК Cav-3 впервые обнаруживается на ст. E15 и остается повышенной вплоть до ст. E17; , однако, не была описана ткане-специфичная экспрессия мРНК Cav-3 (Engelman et al., 1998b). В недавнем исследовании по гибридизации in situ тканевых срезов эмбрионов мыши со специфическим для Cav-3 зондом было установлено, что экспрессия мРНК Cav-3, хотя и очень слабая, впервые обнаруживается в стенке миокарда камер желудочков сердца на ст. E10. На ст. E11, Cav-3 мРНК также обнаруживается в развивающихся сомитах и камерах предсердий сердца. Более сильная экспрессия гена наблюдается в языке и скелетных мышцах на ст. E12 и во всем миокарде на ст. E15. Итак, экспрессия мРНК Cav-3, по-видимому, ограничена поперечно-полосатыми мышцами, как в сердечной, так и скелетной мышечной ткани и индуцируется после стадии гаструляции у мышей (Biederer et al., 2000).
В соответствии с паттернами экспрессии мРНК, белок Cav-3 обнаруживается исключительно в скелетных и сердечной мышцах, включая развивающуюся диафрагму, язык, мышцы задних конечностей и кардиомиоциты. Неожиданно очень мало или не известно об экспрессии белка Cav-3 в этих тканях, вплоть доя ст. E16 (Engelman et al., 1998b).
В настоящее время отсутствуют механистические исследования, объясняющие, как и почему гены кавеолина регулируются во время эмбриогенеза. У мышей время гаструляции, стадии развития, когда образуются первичные зародышевые листки, наступает сразу после имплантации бластулы в стенку матки около E6.5 (Fig. 2; Tam and Loebel, 2007). Это немедленно сопровождается органогенезом. Во время гаструляции эмбрионы мыши меняются разительно по размеру и форме и подвергаются различным клеточным и молекулярным событиям (Tam and Behringer, 1997). Напр., образование первичного пузырька на задней стороне эмбриона индуцирует секрецию различных клеточных сигналов, таких как fibroblasts growth factor (FGF), transforming growth factor beta (TGF-β; Tam and Behringer, 1997), and PDGF (Andrae et al., 2008). Эти факторы роста и сигналы, как полагают, помогают миграции и пролиферации клеток, которые я. главной морфогенетической силой, ведущей к экспансии трех зародышевых листков. Интересно, что ген Cav-1 впервые экспрессируется в целом эмбрионе на ст. E7, ранней стадии гаструлы, подавляется на ст. E11, и существенно усиливает свою активность снова на ст. E15. Ранее мы уже указывали, что Cav-1 играет важную роль в рекрутировании и регуляции сигнальных событий PDGF, которые происходят в кавеолах (Liu et al., 1996). Фактически, Cav-1, как было установлено, негативно регулирует TGF-β и FGF2 индуцированную клеточную миграцию или ангиогенез во многих разных типах клеток (Razani et al., 2001b; Miyasato et al., 2011; Feng et al., 2012). Кроме того, имеются доказательства, что кавеолы участвуют в передаче сигналов bone morphogenetic protein (BMPs), который выполняет важные роли во время эмбрионального развития (Nohe et al., 2005). Передача сигналов BMP начинается со связывания BMP с serine/threonine киназными рецепторами, чтобы инициировать сигнальный каскад Smad, приводящий в дальнейшем к регуляции экспрессии генов, ассоциированных с остеогенезом, хондрогенезом, нейрогенезом и гематопоэзом (Wang et al., 2014). Недавние исследования показали, что BMP рецепторы являются гибкими и динамичными на клеточной поверхности и что эти белки образуют комплексы с белками кавеол. Nohe et al. показали. что Cav-1 соединяется с рецепторами для BMP2, одним из наиболее важных BMPs для формирования костей. Это взаимодействие ингибирует фосфорилирование Smad2 и активацию сигнального пути Smad (Nohe et al., 2005). Более того, Cav-1, как было установлено, регулирует сигнальный путь Cripto-1, который играет критическую роль в раннем эмбриональном развитии (Bianco et al., 2008). Cripto-1 участвует в формировании первичной полоски во время гаструляции, формировании паттерна передне-задней оси, спецификации мезодермы и энтодермы и становления лево-правосторонней асимметрии развивающихся органов (Cheng et al., 2003; Chen et al., 2006). Следовательно, возможно, что экспрессия гена Cav-1 и распределение белка меняются во время эмбрионального развития, действуя совместно с др. ключевыми сигнальными молекулами, которые непосредственно участвуют в миграции клеток и формировании зародышевых листков. Напр., очень вероятно, что кавеолины усиливают свою активность на определенных стадиях эмбрионального развития с помощью механизма негативной обратной связи, чтобы супрессировать сигнальные пути PDGF, TGF-β, FGF2 и/или BMP2.

Caveolae and Caveolins in Human Disease


Развитие дефицитных по кавеолину мышей предоставляет указания, что кавеолины и кавеолиновые гены играют критическую роль в физиологии млекопитающих. Эти животные модели показывают. что даже если кавеолиновые белки не существенны для жизни, их отсутствие или повреждения Во-первых, влияют на патогенез ряда болезней человека, включая рак, легочные болезни, атеросклероз и др. (Table 3).

Table 3. Phenotypes of Caveolin KO Mice and Associated Human Disease
Gene        Phenotype/abnormalities in KO mice        Associated human disease phenotypes
Cav-1        "        Loss of caveolae (Drab et al., 2001)
"        Reduction of Cav-2 protein levels (Drab et al., 2001)
"        Lung defects
o        Thickened alveolar septa (Drab et al., 2001)
o        Lung hypercellularity (Razani et al., 2001a)
o        Pulmonary hypertension/fibrosis (Kasper et al., 1998; Razani et al., 2001a)
"        Cell cycle defects
"        Defects in vasoregulation (Drab et al., 2001)
"        Defects in lipid homeostasis and metabolism (Razani et al., 2002a)
"        Cardiomyopathy (Zhao et al., 2002)
"        Exercise intolerance (Drab et al., 2001)
"        Resistant to diet-induced obesity (Razani et al., 2002a)
"        Urogenital abnormality (Woodman et al., 2004a)
"        Accelerated neurodegeneration and aging (Head et al., 2010)
o        AD-like phenotypes        "        Breast cancer (Hayashi et al., 2001)
"        Oral squamous cell carcinoma (Han et al., 2004)
"        Thickened alveolar septa (Razani and Lisanti, 2001; Razani et al., 2002b)

Cav-2        "        Lung hypercellularity and pulmonary hypertension (Razani et al., 2002b)
"        Defects in vasoregulation (Le Lay and Kurzchalia, 2005; Kim et al., 2008)
"        Defects in lipid homeostasis (Le Lay and Kurzchalia, 2005; Kim et al., 2008)
"        Unknown
Cav-3        "        Loss of caveolae in skeletal and cardiac muscle (Galbiati et al., 2001a)
"        Cardiomyopathy (Hagiwara et al., 2000; Park et al., 2002; Woodman et al., 2002)
"        Cardiac hypertrophy (Woodman et al., 2002)
"        Muscular dystrophy (Galbiati et al., 2001b; Woodman et al., 2002)
"        Myopathy (Galbiati et al., 2001a)
"        Defects in the myocyte T-tubule network (Galbiati et al., 2001a)
"        Familial hypertrophic Cardiomyopathy (Hayashi et al., 2004; Park et al., 2002)
"        Rippling muscle disease (Betz et al., 2001; Kubisch et al., 2003)
"        Distal myopathy (Woodman et al., 2004b)
"        hyperCKemia (Sotgia et al., 2003)
"        LGMD-Type 1C (Galbiati et al., 1999)


Cancer


Роль кавеол в развитии раковых опухолей остается спорной в отношении их благоприятного или вредного эффекта. Клинически гены для Cav-1 и Cav-2 располагаются в тесной близи с регионом, обычно делетированным в различных раках человека, включая раковые опухоли груди, почек, легких, поджелудочной железы, шеи, яичников, толстой кишки и желудка (Cohen et al., 2004a; Williams and Lisanti, 2004, 2005). В случае рака груди несколько линий раковых клеток человека обнаруживают снижение уровней экспрессии Cav-1 и кавеол по сравнению с эпителиальными клетками из доброкачественных опухолей груди. Интересно, что возобновление экспрессии Cav-1 в этих клетках оказывалось достаточным для снижения пролиферации раковых клеток и даже для предупреждения у них способности формировать колонии in vitro (Engelman et al., 1998a; Lee et al., 2002). Важно, что анализ последовательностей Cav-1 у пациентов выявил спорадические мутации до 16% из всех исследованных случаев, а пациенты, имеющие мутации Cav-1, описываются как имеющие вероятность в 82% повторного появления рака (Hayashi et al., 2001; Jasmin et al., 2012). Кроме того, Cav-1 и/или Cav-2 подавляются в ротовых сквамозно клеточных и тироидных карциномах (Aldred et al., 2003; Han et al., 2004). Недавно сообщалось, что изменения в стромальной экспрессии Cav-1 тесно коррелируют с прогрессированием и ростом опухолей. Напр., потеря стромального Cav-1 может способствовать опухолевому росту благодаря усилению активности коллагена VI и др. компонентов ECM в микроусловиях опухоли и стромы (Trimmer et al., 2011). С другой стороны, усиление экспрессии в строме Cav-1 ассоциирует с уменьшением размера, степени, метастазирования опухоли и с усилением жизнеспособности (Sotgia et al., 2012; Martins et al., 2013).
Получение Cav-1 KO животных моделей существенно расширило наше понимание функциональной роли Cav-1 при раке. Несколько исследований сообщили, что хотя Cav-1 KO мыши не обнаруживают спонтанного развития опухолей, они более чувствительны к химически индуцируемым опухолям кожи и трансгенами индуцированной дисплазии молочных желез (Williams and Lisanti, 2004; Jasmin et al., 2012). Эти исследования далее подтвердили, что потеря только Cav-1, по-видимому, недостаточна, чтобы индуцировать рост опухолевых клеток и опухолевую трансформацию in vivo; , однако, низкая или подавленная экспрессия Cav-1 может потенциировать развитие рака при комбинации с трансформирующим агентом, таким как carcinogen (Cohen et al., 2004a; Williams and Lisanti, 2004, 2005; Jasmin et al., 2012). Эти наблюдения подтверждают, в особенности относительно Cav-1, что кавеолины могут быть опухолевыми супрессорами.
Cav-1, как было установлено, постоянно активируется в карциномах мочевого пузыря, пищевода и простаты (Li et al., 2001; Tahir et al., 2001; Williams and Lisanti, 2005; Jasmin et al., 2012). Было подтверждено, что во время ранних стадий туморогенеза Cav-1 может действовать как опухолевый супрессор, ингибируя деления клеток в опухоли, рост клеток или пролиферацию клеток. Некоторые доказательства показывают, что Cav-1 может также действовать как онкоген и индуцировать более продвинутые фазы рака, включая метастазирование (Li et al., 2001; Tahir et al., 2001; Williams and Lisanti, 2005). В случае рака простаты, Cav-1 присутствует в сыворотке пациентов, а уровни Cav-1, циркулирующего в крови, коррелируют с выраженностью болезни, подтверждая, что повышениеCav-1 может способствовать раку простаты (Jasmin et al., 2012). Кроме того, опухолевые клетки простаты мыши и человека секретируют Cav-1 in vitro? стимулированные андрогеном. Diaz et al. предложили механизм действия Cav-1 и его влияния на миграцию раковых клеток при раке колона и меланоме. Они полагают, что повышенные уровни Cav-1 предупреждают инактивацию Rab5, малой GTPase, которая способствует Rac1 и миграции раковых клеток, а усиление передачи сигналов Cav-1-Rab5-Rac1 приводит к усилению миграции и инвазии опухолевых клеток (Lobos-Gonzalez et al., 2013; Diaz et al., 2014).
Интересно, что экспрессия генов кавеолинов может быть подавлена и усилена в карциномах щитовидной железы, в зависимости от стадии рака. Наиболее распространенные подтипы тироидных карцином - это папиллярные карциномы и фолликулярные карциномы (LiVolsi and Asa, 1994). Избыточная экспрессия Cav-1 наблюдается в качестве раннего события прогрессирования папиллярной карциномы (Ito et al., 2002), тогда как Cav-1 и Cav-2 были существенно подавлены в спорадических фолликулярных карциномах (Aldred et al., 2003). В добавок к раку щитовидной железы уровни экспрессии Cav-1 сравнимы с вариациями таковых в нормальной ткани (Williams and Lisanti, 2005). Итак, эти наблюдения строго подтверждают, что Cav-1 может действительно обладать как супрессирующими, так и онкогенными характеристиками, т.к. уровни его экспрессии подавляют, остаются неизменными или усиливаются в зависимости от типа клеток опухоли или стадии болезни.

Pulmonary Disease


По сравнению с др. тканями легкие демонстрируют наивысшие уровни экспрессии Cav-1 и Cav-2, сравнимые с "обнаруживаемым" уровнем экспрессии в ECs и альвеолярных Type I эпителиальных клеток во взрослых легких (Newman et al., 1999; Jasmin et al., 2012). Важность Cav-1 и Cav-2 в функционировании нормальных легких демонстрируется созданием дефицитных по Cav-1 и Cav-2 мышей.
Cav-1 KO мыши страдают от легочной гипертензии, а также гипер-пролиферативного морфологического фенотипа, который характеризуется суженными альвеолярными пространствами, утолщением альвеолярных стенок, фиброзом и избытком эндотелиальных клеток, всё это приводит к тяжелым физическим ограничениям (Drab et al., 2001; Razani et al., 2002a, 2002b). Более того, легочные аномалии у Cav-1 KO мышей вносят вклад в непереносимость к повышенным упражнениям, т.к. у этих мышей обнаруживается раннее начало истощения во время теста на плаванье (Cohen et al., 2004a). Ранее Kasper et al. сообщили, что потеря экспрессии Cav-1 в пневмоцитах типа I увеличивает тяжесть легочного фиброза у крыс после вызываемых облучением легочных повреждений (Kasper et al., 1998). Было показано, что кавеолы регулируют легочный фиброз путем доставки TGF-β рецептора и контроля за процессом передачи сигналов посредством Cav-1. Эндоцитоз кавеол может облегчать убиквитинирование и деградацию TGF-β рецепторов, выключая тем самым передачу сигналов TGF-β . Следовательно, когда Cav-1 истощен или в недостатке, то активность TGF-β д. оставаться неизменной и д. приводить к дальнейшим пертурбациям в виде фиброза после повреждений легких (Jasmin et al., 2012).
Интересно, что многие дефекты, наблюдаемые у мышей, дефицитных по Cav-1 обнаруживаются также у Cav-2 KO мышей. Дефицитные по Cav-2 мыши характеризуются гистологически аномальными легкими, которые неотличимы от таковых у дефицитных по Cav-1 мышей (Razani et al., 2002b; Cohen et al., 2004a). Эти результаты оказались неожиданными, поскольку Cav-2 экспрессируется совместно с Cav-1 в большинстве типов клеток, включая легкие. Эти находки подтверждают, что Cav-2 может играть важную роль в нормальной функции легких, независимо от Cav-1.

Neurodegeneration and Aging


Продемонстрирована важность кавеолинов в нейродегенеративных болезнях и старении. Было продемонстрировано, что головной мозг от Cav-1 KO мышей обнаруживает патологию ЦНС, сходную с таковой при болезни Алцгеймера (AD) и др. формах деменции, таких как нарушения активации N-methyl-D-asparatate рецептора и подавление передачи сигналов, двигательные и поведенческие аномалии, повышенные ишемические повреждения головного мозга, нарушения пространственной памяти и холинергической функции (Trushina et al., 2006; Jasmin et al., 2007; Gioiosa et al., 2008; Head et al., 2008). Сообщалось также об характерных нейрологических фенотипах, включая уменьшение размеров головного мозга и поведенческие изменения, прогрессирующие с возрастом (Trushina et al., 2006; Head et al., 2010) у Cav-1 KO мышей.
Недавно Head с колл. продемонстрировали, что потеря Cav-1 ускоряет нейродегенерацию и старение у мышей (Willmann et al., 2006; Head et al., 2010). У мышей одной из причин дегенерации синапсов, связанной со старением, является возрастное снижение экспрессии холестерин-связывающего белка Cav-1. Cav-1 организует компоненты передачи сигналов через синапсы нейротрансмиттеров и путей передачи сигналов нейротрофных рецепторов внутри membrane/lipid rafts (MLR), которые являются обособленными регионами плазмалеммы, обогащенными холестерином, гликосфинголипидами и сфингомиелином, важными для развития и стабильности синапсов. Было показано, что количество синаптических сигнальных молекул и Cav-1 в MLR гиппокампа Cav-1 KO мышей драматически снижается по сравнению аналогами дикого типа и что важно, степень тяжести повышается с возрастом. Молодые Cav-1 KO мыши уже обнаруживают признаки преждевременного старения нейронов и патологические признаки, указывающие на AD, включая достоверно увеличенные уровни amyloid-β (Aβ), астроглиоз и P-Tau частицы в гиппокампе (Head et al., 2010). Интересно, что после возобновления экспрессии Cav-1 нейроны, происходящие от Cav-1 KO мышей? in vitro обнаруживают снижение экспрессии Aβ, подтверждая, что потеря белка Cav-1 связана с фенотипом преждевременной нейродегенерации.
Более того, Cav-1 был идентифицирован как субстрат для parkin, одного из основных генов, обнаруженных мутантными при болезни Паркинсона (PD). Cha et al. сообщили, что потеря функции способствует нарушению убиквитинирования и деградации Cav-1, приводя к накоплению Cav-1 белка в клетках (Cha et al., 2015). Повышенные урони белка Cav-1 приводят к изменению общего уровня холестерина и текучести мембран в parkin KO клетках, это нарушает регуляцию эндоцитоза, зависимого от липидных платформ (rafts), включая Cav-1, это может быть фактором, вызывающим PD. Приведенные выше, исследования подчеркивают важность Cav-1 в патологии нейродегенерации и его участие в AD и PD. Значит Cav-1 может быть новой терапевтической мишенью для AD или PD.

Muscular Dystrophy


Cav-3, специфичная для мышц форма белка кавеолина является принципиальным структурным белком мембранных доменов кавеол в клетках поперечно-полосатых мышц (Tang et al., 1996). Cav-3 экспрессируется в большинстве мышечных тканей, включая диафрагму, сердце, скелетные мышцы и гладкие мышцы. Экспрессия его гена увеличивается драматически во время дифференцировки и слияния миобластов (Galbiati et al., 2001b). Обширные исследования показали участие Cav-3 в скелетных миопатиях. Мутации Cav-3 были идентифицированы у пациентов с аутосомно доминантной limb-girdle muscular dystrophy (LGMD) и оказались ассоциированы с тяжелым дефицитом экспрессии Cav-3 в волокнах скелетных мышц (Minetti et al., 1998). Дефицитные по Cav-3 мыши были впервые получены в начале 2000s (Galbiati et al., 1999; Hagiwara et al., 2000). KO мыши, лишенные Cav-3, не имели кавеол в сарколемме клеток скелетных и кардиальных мышц и демонстрировали гистологически аномальные скелетные мышцы с некрозом мышечных волокон и расположенными по центру ядрами, это напоминало фенотип умеренной мышечной дистрофии, описанный у пациентов с Type IC-LGMD. Механистически Cav-3 взаимодействует с dystrophin-glycoprotein complex (DGC) на сарколемме и Cav-3 специфически соединяется с β-dystroglycan. Поэтому Cav-3 KO мыши, полностью лишенные кавеол и функционального белка Cav-3, приводят к исключению комплексов DGC из микродоменов липидных платформ (Galbiati et al., 2001a). Помимо мышечной дегенерации выявлены аномалии организации T-тубулярных систем при этом Т-трубки оказались расширенными и ориентированными продольно (Galbiati et al., 1999; Hagiwara et al., 2000; Galbiati et al., 2001b). Недавно идентифицированы дополнительные мутации Cav-3 у пациентов с др. миопатиями, включая rippling мышечную болезнь, дистальную миопатию и идиопатическую hyperCKemia (Carbone et al., 2000; Betz et al., 2001; Kubisch et al., 2003; Woodman et al., 2004b).

Cardiomyopathy


Cav-1 и Cav-3 KO мыши страдают от сердечной патологии, включая кардиальную гипертрофию, кардиомиопатию и reduced fractional shortening (Woodman et al., 2002; Cohen et al., 2003; Hayashi et al., 2004). Гистологическая проверка срезов кардиальной ткани продемонстрировала периваскулярный фиброз, гипертрофию миоцитов и инфильтрацию клеток (Woodman et al., 2002). Cav-3 является главным кавеолином, экспрессирующимися в кардиальных миоцитах (Galbiati et al., 2001a), а Cav-1 экспрессируется в основном в не мышечных клетках сердца, включая кардиальные фибробласты и ECs (Cohen et al., 2003). Hayashi et al. (2004) недавно сообщили, что Cav-3 мутации были обнаружены у пациентов с семейной гипертрофической кардиомиопатией. Возникшая мутация Thr63Ser выступала, как и др. мутации, вызывающие LGMD.
Чтобы создать настоящих мышей, лишенных кавеол, Park с колл. получили Cav-1/Cav-3 двойных нокаутных (dKO) мышей, которые были жизнеспособны и плодовиты, несмотря на тот факт, что они лишены морфологически различимых кавеол в мышечных и не мышечных клетках (Park et al., 2002). Как и ожидалось, эти dKO мыши обнаруживали дефекты легких, жира и скелетных мышц, как и у их одиночных KO аналогов, подтвердив, что комбинированная потеря кавеолиновых белков (Cav-1 и Cav-3) не вызывает каких-либо отклонений в фенотипах, идентифицированных у одиночных KO животных. Однако, функциональный, молекулярный и физиологический анализ подтвердил, что эти мыши имеют более тяжелую кардиомиопатию (Park et al., 2002). Хотя механизм повышения тяжести кардиомиопатии при комбинированной делеции кавеолиновых генов. Во-первых, не расшифрован, это исследование подчеркивает важность обеих форм кавеолина для нормальной структуры и функции сердца.

Urogenital Diseases


Дефицитные по Cav-1 мыши обнаруживают нарушения моче-половых органов, которые сходны с lower urinary tract dysfunction (LUTD), наблюдаемой у старых взрослых мужчин. Интересно, что эти патологические изменения были выявлены в мочевом пузыре только самцов Cav-1 KO мышей, но не у Cav-2 или Cav-3 KO мышей (Williams and Lisanti, 2004; Woodman et al., 2004a; Le Lay and Kurzchalia, 2005). Это наблюдение неожиданное, поскольку мочевой пузырь представлен в основном клетками гладких мышц, которые экспрессируют все три кавеолина. Но только потеря Cav-1 приводит к отсутствию морфологически различаемых кавеол в мочевом пузыре самцов мышей, подчеркивая, что снова Cav-1 является важным и обязательным для формирования кавеол в гладкомышечных клетках (Woodman et al., 2004a). Cav-1 KO мыши демонстрируют значительное скопление жидкости в простате, семенных пузырьках и почках, которые в конечном счете демонстрируют заметные расширения и даже некроз этих органов. Более того, потеря Cav-1 у самцов мышей приводит к повышению веса мочевого пузыря, утолщению слоя гладкомышечных клеток и давлению в мочевом пузыре (Woodman et al., 2004a). Кроме того, Cao et al. продемонстрировали, что нарушение функции гена Cav-1 приводит к urolithiasis, преимущественно благодаря потере реабсорбции почками кальция и последующей гиперкальцийурии (Cao et al., 2003). Следовательно, Cav-1 является важным игроком в функционировании и развития нормального урогенитального тракта. c

Atherosclerosis


В 1950s, кавеолы были впервые идентифицированы как пузырьки плазмалеммы, играющие важную роль в транспорте макромолекул из просвета кровеносных сосудов к периферическим тканям (Bruns and Palade, 1968a, 1968b). Однако, проделано очень мало работ, чтобы продемонстрировать роль кавеол в развитии атеросклероза. Атеросклероз - это болезнь кровеносных сосудов, характеризуется повреждениями, образующимися на месте первоначального накопления богатых холестерином липопротеинов, сопровождаемое отложение гладкомышечных клеток и макрофагов (Nordestgaard, 1996). Cav-1 и кавеолы экспрессируются на высоком уровне в ECs, макрофагах и гладкомышечных клетках (Williams and Lisanti, 2004). Учитывая относительно накопление холестерина в кавеолах по сравнению с остальной частью плазматической мембраны, несклько исследований подтвердили, что нарушения регуляции Cav-1 и/или кавеол может быть связано с сосудистой дисфункцией. Используя Cav-1 дефицитных мышей было показано, что потеря Cav-1 приводит к выраженной сосудистой дисфункции с дефектами сократительной реакции, зависимой от эндотелия, обусловленную прежде всего благодаря потере ингибирования активности eNOS у мышей (Drab et al., 2001; Razani et al., 2001a; Williams and Lisanti, 2004). Кроме того, Drab et al. продемонстрировали также, что Cav-1 KO csib обнаруживают утолщение легочных альвеолярных перегородок, в основном обусловленное неконтролируемой пролиферацией ECs и фиброзом (Drab et al., 2001). Чтобы непосредственно исследовать in vivo роль Cav-1 и кавеол при атеросклерозе, Frank et al. скрещивали Cav-1 KO мышей со склонными к атеросклерозу ApoE-/- мышами и установили, что потеря Cav-1 существенно увеличивает уровни холестерина и триглицеридов плазмы, при этом увеличивались атеросклеротические повреждения на фоне ApoE-/- (Frank et al., 2004), четко продемонстрировав участие Cav-1 в развитии сосудистых заболеваний.

Lipodystrophy


Холестерин является главным компонентом кавеол, а истощение клеточного холестерина значительно редуцирует количество инвагинируемых кавеол. Кроме того, Cav-1 может непосредственно соединяться с холестерином и , как полагают, Cav-1 играет роль в гомеостазе не только клеточного холестерина, но и также жирных кислот и триглицеридов. Наивысшие уровни Cav-1 и кавеол, определяемые в адипоцитах, где уровни экспрессии Cav-1 индуцируются примерно в 10-25-раз выше во время дифференцировки пре-адипоцитов в зрелые адипоциты, подтверждает, что Cav-1 может быть связан с продукцией и метаболизмом жира тела (Scherer et al., 1994). Используя Cav-1 KO мышей несколько групп исследователей сообщили, что потеря Cav-1, но не Cav-2, приводит к драматическому снижению отложения белой жировой ткани и к худому фенотипу (Razani et al., 2002a; Cohen et al., 2004b; Kim et al., 2008). Кроме того, эти мыши были резистентны к тучности, вызываемой кормлением и обнаруживали несколько металобических нарушений, сходных с таковыми человека, включая повышенные уровни свободных сывороточных жирных кислот, триглицеридов и липоротеидов очень низкой плотности и chylomicrons (Cohen et al., 2004b). Эти фенотипические характеристики параллельны многим из тех, что ассоциированы с диабетом типа II у человека, подтверждая критическую роль Cav-1 в нормальном метаболизме липидов. Наконец, Cav-1 KO мыши обнаруживают нарушения липолитической активности и пертурбации в архитектуре коры липидных капелек (Cohen et al., 2004b), подтверждая, что дефицит Cav-1 приводит к аномалиям биогенеза и метаболизма липидных капель.

Caveolins in birth defects


Всё увеличиваются доказательства, что Cav-1 играет также центральную роль во вроженных дефектах легких и головного мозга.

Lung


Hofmann et al. исследовали роль Cav-1 в nitrofen-индуцированной врожденной диафрагмальной грыже (CDH). Диафрагмальная грыжа является врожденным дефектом, где полость в недоразвитой мышечной диафрагме заставляет некоторые органы, которые обычно находятся в полости живота, перемещаться вверх в грудную полость. У плодов легкие развиваются в то же время, что и диафрагма и вместе с сердцем, легкими абдоминальные органы оказываются в грудной полости, легкие оказываются недоразвитыми. Недоразвитие легких обозначается как гипоплазия легких (Keijzer and Puri, 2010; Keijzer et al., 2010). Сообщалась, что высокая болезненность и смертность у новорожденных детей диагностируется при CDH, обусловленная обычно тяжелой легочной гипоплазией и сохранением легочной гипертензии (PH) (Keijzer and Puri, 2010). Cav-1, как полагают, играет важную роль в поддержании EC гомеостаза в легких путем регуляции активности eNOS (Drab et al., 2001; Jasmin et al., 2004). Hofmann et al. описали дисбаланс Cav-1 и eNOS экспрессии у мышей и крыс, моделирующих CDH. Беременные мыши и крысы были подвергнуты воздействию nitrofen на 9 день (D9) беременности. Воздействие nitrofen вызывает высокую долю CDH вместе с PH и аномалиями легочных сосудов у плодов, изъятых на D21, это очень сходно с ситуацией у человека (Hofmann et al., 2014). Они наблюдали, что уровни легочная экспрессия гена и белка Cav-1 были значительно снижены, тогда как уровни экспрессии eNOS драматически повышены у этих животных, моделирующих CDH. Эти результаты подтверждают, что хроническая активация eNOS, вызываемая подавлением или потерей Cav-1 может быть тесно связана с патогенезом PH при nitrofen-индуцированной CDH.

Brain


Недавно Yang et al. сообщили, что повышенная экспрессия Cav-1 может вносить вклад во Fragile X синдром (FXS) (Yang et al., 2015). FXS это наследственный врожденный дефект, вызывающий умственную задержку у людей и возникающий в результате увеличения повторов CGG в гене FMR1, это приводит к потере белка fragile X mental retardation (Feng et al., 1995; O'Donnell and Warren, 2002). Ранее было показано, что взаимодействие между рецептором эстрогена (ER) и кавеолами липидных платформ является критическим для путей передачи сигналов эстрогена и что нарушения купирования ER-кавеолы д. вносить вклад в умственную задержку при FXS. Yang et al. использовали FMR1 KO мышей в качестве модели FXS и установили повышенную экспрессию Cav-1 в культивируемых нейронах и префронтальном кортексе, полученными от KO животных. Это увеличение приводит к высокому купированию ERα-Cav-1 и далее вносит вклад в нарушения передачи сигналов ER в нейронах, происходящих от FMR1 KO мышей (Yang et al., 2015). Поскольку сегодня не существует лечения Fragile X syndrome, то разные терапии могут помочь развитию ребенка. Результаты этого исследования впервые продемонстрировали усиление купирования ERα-Cav-1, это может указывать на критический аномальный механизм FXS и предоставить информацию о клеточных механизмах, лежащих в основе FXS, это в будущем могло бы помочь в разработке терапевтических подходов.

Concluding Remarks


The study of caveolae and their marker proteins, the caveolins, has been improving, yet still remains a challenging endeavor. Caveolae have been involved in numerous cellular functions, including membrane trafficking, mechanosensing, ECM remodeling, cell migration, cell signaling, lipid metabolism, and tissue regeneration. To date, studies using caveolin-deficient mouse models dramatically show that caveolae and caveolins are implicated in various types of pathogenesis of human diseases (Fig. 3). Despite the fact that currently existing caveolin KO mice, whether it is a single gene or double gene (Cav-1 and Cav-3) KO, are viable and fertile (Park et al., 2002), there has been an increasing body of evidence that Cav-1 is also implicated in birth defects of lung and brain (Hofmann et al., 2014; Yang et al., 2015). Most interestingly, evidence for caveolae/Cav-1 functions in stem cell-mediated tissue repair/regeneration and wound healing is plentiful (see review by Baker and Tuan, 2013); however, more sophisticated approaches to delineate the role of caveolae/caveolin in stem cell biology are needed in the future. Now, with the availability of caveolin-deficient mice, biochemical, cell culture, gene editing, 3D organotypic culture model systems, and other non-gene related approaches can finally be intermeshed to provide a complete picture of caveolar and caveolin functions both in vivo and in stem cell model systems. For example, the clustered regularly interspaced short palindromic sequences (CRISPR)/Cas based technique may be extremely useful in creating caveolin-KO cell lines. As opposed to siRNA knockdowns or downregulation, the CRISPR/Cas system directly edits the organism's genome which offers a permanent knockdown solution (Makarova et al., 2011), ideal for generating a Cav-1/Cav-2/Cav-3 deficient or domain-mutated cell line. This would better enable researchers to carry out in vitro experiments to further elucidate the role of caveolins in regulating signal transduction and lipid raft aggregation as well as stem cell proliferation, differentiation, substrate-driven tissue specification, and homing and mobilization. Investigating the effect of membrane cholesterol, caveolae, and caveolins in modulating stem cell substrate-rigidity responses in 3D will also greatly benefit our understanding of how stem cells need to be manipulated in some areas of regenerative medicine. Lastly, the effect of nongene related perturbations in cholesterol/caveolae/caveolins homeostasis on cell membrane properties and adhesive characteristics bear further investigation, research that will undoubtedly reveal new mechanisms of caveolae and caveolin function. These additional studies will shed light on understanding the mechanisms of action of the ubiquitous plasma membrane microstructure of caveolae and associated caveolins on cellular responses and functions that are related to human health and diseases, embryonic development, and birth defects.

Figure 3. Functional involvement of caveolae and caveolin-1 in cellular activities and developmental and disease mechanisms. See text for details. CSD: caveolin scaffolding domain. Figures adapted from www.bioon.com,www.dementiablog.org, www.bionews-tx.com, www.readtiger.com,www.columbiasurgery.org, www.bio.cmu.edu, www.mesotheliomaclinic.org, and Baker and Yuan (2013).