Abnormal basement membrane and cell adhesion in kindlin-2-deficient embryoid bodies. Image courtesy of M. Moser, Department of Molecular Medicine, Max Planck Institute of Biochemistry, Martinsried, Germany.
Интегрины являются двунаправленными сигнальными молекулами. Их сродство к лигандам (активация интегринов) регулируется с помощью прямых взаимодействий цитоплазматических хвостов β-субъединицы с цитоскелетным белком talin (inside-out signalling). После связывания лиганда интегрины передают сигналы в клетки (outside-in signalling) за счет рекрутирования белков на свои цитоплазматические хвосты, это приводит к реорганизации актина и модуляции сигнальных путей. Современная модель предполагает, что связывание talin достаточно для активации интегрина. В двух исследованиях было показано, что белок фокальных адгезий kindlin-2 соединяется с интегриновыми хвостами и регулирует двунаправленную передачу сигналов интегринов.
Группы Reinhard Fassler и Edward Plow показали, что kindlin-2 регулирует активацию интегрина путем связывания цитоплазматических доменов интегринов в сайте. отличном от того, что связывает talin. Экспрессия kindlin-2 с talin вызывает синергичный эффект на активацию αIIbβ3 интегрина. это указывает на то, что kindlin-2 действует вместе с talin, чтобы запускать активацию β3 интегринов. Подтверждает это то, что вызываемая talin активация αIIbβ3 ингибируется в kindlin-2-дефицитных клетках.
Fassler с коллегами также показали, что потеря kindlin-2 устраняет адгезию и распространение по субстрату внеклеточного матрикса и ассоциирует с дефектами поляризации филаментозного актина. Эти дефекты приписываются отсутствию взаимодействия kindlin-2 с integrin-linked kinase (ILK) комплексом, который регулирует распространение клеток и организацию актинового цитоскелета. Kindlin-2, как было установлено, взаимодействует с ILK и обеспечивает рекрутирование ILK в фокальные адгезии. Итак, kindlin-2 может быть давно искомым партнером по связыванию, который поставляет ILK в эти сайты.
Роль kindlin-2 как нового регулятора активации integrin была подтверждена
in vivo; потеря kindlin-2 приводит к преимплантационной летальности, вызываемой тяжелым отсоединением энтодермы и эпибласта от базальной мембраны из-за снижения активации интегринов и передачи сигналов интегринов. Предполагается, что kindlin-2 необходим для передачи сигналов интегринов inside-out и outside-in.
|
G protein subunit Gα13 binds to integrin αIIbβ3 and mediates integrin “outside-in” signaling. Gong, H. et al.  Science 327, 340–343 (2010) Article |
|
Integrins являются гетеротримерными мембранными рецепторами, которые обеспечивают клеточную адгезию и обычно осуществляют двунаправленную передачу сигналов. Сигналы изнутри клеток активируют связь integrin с внеклеточными лигандами (inside-out signalling), это запускает внутриклеточную передачу сигналов, инициируемую связанным с лигандом integrin (outside-in signalling). Outside-in передача сигналов может инициировать распространение клеток, ретракцию, миграцию и пролиферацию, но механизм этого оставался неясным. Gong et al. показали, что внутриклеточная передача сигналов ниже integrins обеспечивается за счет их прямого соединения с G белками.
Распластывание клеток - раннее следствие outside-in передачи сигналов - нуждается в активации протеин киназы SRC, и SRC-зависимого временного ингибирования малой GTPase RHOA, которая влияет на динамику актинового цитоскелета. Хотя известно, что использование integrin ведет к SRC-зависимому ингибированию RHOA, молекулярные механизмы этой связи интегрина с этими сигнальными событиями неясны.
Гетеротримерные G белки состоят из субъединиц Gα и тесно ассоциированных Gβ γ и они соединяются с внутриклеточным доменом G protein-coupled receptors (GPCRs). G белки активируются, когда внеклеточные лиганды соединядтся с GPCRs и индуцируют замену GDP на GTP в Gα . Авт. установили, что нокдаун Gα13 в тромбоцитах ингибирует их распласывание на фибриногене - лиганде интегрина αIIbβ3. Истощение Gα13 также устраняет SRC фосфорилирование Tyr416 (это является показателем активации SRC) и ускоряет активацию RHOA. Это указывает на то, что Gα13 участвует в передаче сигналов от лигандом занятых интегринов и обеспечивает нижестоящее ингибирование RHOA, что способствует распластыванию клеток.
Gα13 и β 3 integrin ко-иммунопреципитируют, а очищенный Gα13 соединяется с рекомбинантным доменом слияния белков β3 или β1 integrin in vitro, демонстрируя, что Gα13 соединяется непосредственно с цитоплазматическим доменом интегрина. Используя укороченную версию Gα13, авт. показали также, что β3 integrin соединяется с switch region I (SRI) Gα13. Обработка тромбоцитов myristoylated SRI пептидом ингибирует взаимодействие Gα13-β3 integrin in vitro и препятствует integrin-обусловленной активации SRC, ингибированию RHOA и распластыванию (spreading) тромбоцитов.
Эти результаты показывают, что интегрины являются неканоническими Gα13 protein-coupled рецепторами и что их взаимодействие с Gα13 обеспечивает передачу сигналов интегринами на SRC и RHOA, и тем самым регулирует клеточное spreading.
FURTHER READING
Caswell, P. T., Vadrevu, S. & Norman, J. C. Integrins: masters and slaves of endocytic transport. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 10, 843–853 (2009) Article |
Интегрины большое семейство рецепторов, которые обеспечивают адгезивные взаимодействия клеток. Большинство интегиинов связано с белками внеклеточного матрикса (ВКМ)(extracellular matrix (ЕСМ)). Однако некоторые интегрины взаимодействуют с контр-рецепторами др. клеток, растворимыми плазматическими белками или микроорганизмами. Эти гетеродимерные рецепторы состоят из одной из 18 α и одной из 8 β субъединиц. Эти рецепторы м. регулировать многие аспекты клеточного поведения помимо цитоскелета. Сигнальные энзимы и адапторные белки, регулируемые интегринами, контролируют выживаемость, пролиферацию подвижность и дифференцировку благодаря интимным взаимодействиям с цитоскелетом и др. рецепторами. Теперь стало ясно, что интегрины связаны в передачей сигналов Supplementary Information, Fig. S1).
Early studies on the regulation of cell behaviour by adhesion
Обычные клетки неспособны пролиферировать в культуральной суспензии ('anchorage-dependent'). Напротив, опухолеваые клетки способны реплицироваться бех присоединения к субстрату. Позднее было установлено, что форма слипчивых клеток является критическим детерминантом для пролиферации клеток,это указывает на то, что сенсоры, определяющие форму, играют важную функцию регуляции клеточной пролиферации.
Adhesion receptors link with the cytoskeleton
Первые доказательства того, что рецепторы белков ВКМ связаны с цитоскелетом, получены в экспериментах с добавлением fibronectin (известный потом как LETS белок или CSP) к опухолевым клеткам, индуцирующим распластывание клеток и реорганизацию актинового цитоскелета. Позднее подтверждена функция матричных рецепторов в купировании ВКМ с актиновым циоскелетом. Актиновые филаменты на клеточной поверхности ко-локлизуются с внеклеточным фибронектином и обнаруживаются стрессовые волокна, заканчивающиеся в адгезивных бляшках (adhesion plaques). Более того, разрушение актиновго цитоскелета cytochalasin B вызывает высвобождение фибронектина из клеточной поверхности. Было предположено, что фибронектин участвует в формировании соединительных (attachment) бляшек, связанных с актиновым цитоскелетом.
Identification and cloning of adhesion receptors
Белковые компоененты ВКМ (напр., fibronectin, vitronectin, collagen) идентифицированы и очищены, установлено, что короткий пептидный мотив, Arg-Gly-Asp, м. отвечать за активность клеточного связывания фибронектина и некоторых др. ВКМ белков. Это указывает на то, что связывающая активность больших нерастворимых ВКМ белков м.б. снижена трипептидной последовательностью, это подтверждает идею, что матричные белки взаимодействуют с клетками посредством специфических рецепторов. Усилия направлются на идентификацию и клонировние мембранных рецептров для этих ВКМ белков. Было установлено, что они представлены комплексом из двух мембранных белков, которые были названы α и β субъединицами.
Клонирование кДНК рецепторов фибронектина, витронектина, platelet fibrinogen, и lymphocyte adhesion показало, что эти отличающиеся типы адгезивных рецептроов принадлежат к семейству гомологичных мембранных белков, которые названы 'integrins'. Интегины представляют широко экспрессирующееся семейство адгезивных рецепторов, с помощью которых клетки прикрепляются к матриксу? f=образуются агрегаты тромбоцитов и лейкоцитов, а также эндотелиальные адгезии. Идентифицированы альтернативные сплайс-варианты многих интегринов.
Клоны кДНК и антитела против интегинов служат реагентами для присоединения зондов между этими рецепторами и актинвым цитосклетом. Интегриновая субъединица β 1 колокализуется с внеклетоным фибронектином и некоторыми внутриклеточными компонентами цитоскелета, включая актин, α-actinin, vinculin, b talin. Показано, что два актин связывающих белка, talin и α-actinin, непосредственно ассоциируют с цитоплазматическим хвостом β 1 integrin. Это подтверждает связь между интегринами и актиновыми филаментами. Они связываются и с др. цитоскелетными белками, такими как zyxin, paxillin и vinculin, которые в свою очередь соединяются с tensin, вызыывая образование комплексов сцепленных с интегрином цитоскелетных белков в фокальных адгезиях, это позволят строго поддерживать связь между клетками и субстратом и способствовать распространению клеток. Белковые компоненты фокальных адгезий и из взаимные соединения показаны на (Рис. 1).
Early evidence for integrin transduction of signals
Накапливаются доказательства того, что интегины м. не только регули ровать перестройки актинового цитоскелета, но и модулируют экспрессию генов и клетоную дифференцировку. Прикрепление к ВКМ индуцирует или экспрессию генов в отсуствие др. факторов, или является обязательным для индукции генов, участвующих в дифференцированных клеточных функциях. Кроме того, антитела к β 1 integrin блокируют дифференцировку миобластов, а fibronectin ингибирует дифференцировку кератиноцитов.
Участие интегринов в регуляции экспрессии генов привело исследователей к идентификации цитоплазматических белков, участвующих в передаче сигналов, необходимых для этих событий. Доказательство, что v-Src, онкогенная tyrosine kinase, локализуется в фокальных адгезиях и что локальные адгезии м. иммуноокрашиваться анттелами против phosphotyrosine, послужило первым указанием на связь меэжду интегринами и фосфорилированием тирозинов. В тромбоцитах активация с помощью агонистов вызывает быструю и строгую индукцию фосфорилирования тирозинов, которое преимущественно индуцируется в результате связывания фибриногена с интегриновыми рецепторами α IIbβ 3. Т.к. тирозин киназы были перыми идентифицированы в ассоциации в онкогенными продуктами, такими как v-Src and v-Abl, а затем и с некоторыми рецепторами ростовых факторов, то было предположено, что этот класс protein kinases м. специфически регулировать пути клеточной пролиферации. Обнаружение, что активация тромбоцитов и запуск интегриновыми рецепторами активации тирозин киназ расширяет функцию этих киназ, которая теперь включает и события, запускаемые с помощью адгезивных рецепторов в дифференцированных, постмитотических клеточных функциях. Интегрины кроме того регулируют sodium–proton antiporters (которые обеспечивает изменения внутриклеточного pH), а protein kinase C (PKC) , как установлено, ассоциирует с интегрин-содержащми фокальными адгезиями.
Протеин тирозин киназа FAK (focal adhesion kinase; с molecular mass ( Mr) 120,000 (120K)) первоначально была идентифицирована как субстрат v-Src, она локализуется в фокальных адгезиях индуцибельно фосфорилируется по тирозину после прикрепления клеток к бклкам ВКМ или тромбоцитов к фибриногену. FAK, вместе с sodium–proton antiporter и PKC, обнаруживается активированной с помощью ростовых факторов и др. агонистов, в дополнение к интегринам. Это существенно подкрепляет концепцию, что интегрины на самом деле являются сигнальными рецепторами, также ка и медиаторами клеточной адгезии.
Было высказано предположение, что интегрины не только обладают общими мишенями с др. рецепторами, но и кооперируют с ними, регулируя поведение клеток. Привлечение множественых лейкоцитарных интегринов строго усивлвает клеточную пролиферацию за счет общения (crosslinking) Т клеточных рецепторов, а адхеренция нейтрофилов с интегриновыми лигандами костимулирует респираторный приступ (burst). Одновременное привлечение и интегринов и рецепторов ростовых факторов усиливает активацию sodium–proton antiporter.
Inside out signalling
Хотя сигналы передаются с помощью интегринов снаружи внутрь клетки, тем не менее продемонстрирована передача информации и в противоположном направлении, от интегриновых цитоплазматических хвостов к внеклеточным лиганд-связывающим доменам. Было установлено, что связывание фибрионогена с тромбоцитами является предметом быстрой обратимой регуляции с помощью агонистов. Затем было показано, что эта регуляция не зависит от поставки рецепторов к поверхности, а скорее от усиления связывающей активности рецепторов и что лейкоцитарные адгезивные рецепторы являются субъектами сходной регуляции связывания лигандов. Теперь ясно, что большинство интегринов лейкоцитов и тромбоцитов, включая β 1-содержащие интегрины, существует в покоящемся состоянии до тех пор, пока не будут активированы стимулами, и что множественные агонисты м. регулировать индивидуальные интегрины. Этот быстро регулируемый ответ предупрежадет спонтанную адгезию тромбоцитов и лейкоцитов в кровотоке или на стенках кровеносных сосудов. Показано, что активация β 1, β 2 и β 3 интегринов связана с изменениями конформации интегринов и что цитоплазматические хвосты интегринов регулируют активность связывания лигандов. Сигналы от G-белка, гидролиз phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PtdIns(4,5)P 2) и PKC участвуют в этой регуляции, но как неясно пока.
Итак, было предположено, что интегрины связаны с цитоскелетом, что сигналы передаются в двух направлениях и что реципрокное общение между интегринами ид др. рецепторами регулируют реакции, вызываемые любым из этих рецепторов. Затем были идентифицированы клеточные компоненты, которые регулируют передачу сигналов в обоих направлениях. Был установлен уровень сложности путей, ведущих от интегринов к цитоскелету или к активации специфических изменений в клеточной физиологии.
За последние 10 лет количество сигнальных белков, связанных с активацией интегринов, увеличилось. Сюда входят энзимы, такие как киназы семейства Src, Abl, Syk/ZAP, Csk, Ras, Raf, Mek, Erk, phosphatidylinositol-3-OH киназа (PI(3)K), PKC, Jnk, Cbl, Pyk2 (гомолог FAK), протеин киназа A, Etk, Ack-2, LAR и PEST, а также адаптрные белки, подобные Crk, Nck, Grb-2 и многие др. Механизм, с помощью которого эти белки активируются, как они взаимосвязаны др. сдр. и как их активация с помощью интегринов влияет на различные клетоыные функции, все еще неизвестен.
Изучение FAK иллюстирует один пример того, как сеть белков организуется ниже интегрина. Кластрирование интегрина и полимеризация актина необходимы для активации FAK, которая ведет к автофосфорилированию в док (docking) сайте для привлечения SH2-содержащих белков, таких как Src или Fyn, p85 субъединицы PI(3)K или PLCγ. Src обеспечивает фосфорилирование в др. местах FAK, создавая дополнительные SH2-домен связывающие сайты. Соединение белка с этим или др. сайтами на FAK ведет к каскадам взаимодействий белков, которые передают сигналы по многим нижестоящим путям, включая Ras/Erk, PI(3)K/Akt, и Crk/Dock180/Rac. Т. о., вовлечение интегрина и последующие взаимодействия с актитновым цитосклетом ведут к активации FAK и направлению сигналов вниз.
Др. поддерживающие белки, такие как члены семейства Vav, которые активируются интегринами в гемптопоэтических клетках, способны управлять активацией множественных сигнальных путей, вдущих вниз от интегринов. Кроме того, интегрины м. активировать киназы рецепторов ростовых факторов и тем самым запускать активацию сигнальных путей параллельно с теми, что используют FAK и Vav. Т.о., интегрины м. индуцировать множество параллельных внутриклеточных сигнальных путей. Скорее всего эти пути взаимодействуют и скоординированы др. с др.
Напр., хотя FAK способна активировать Erk mitogen-activated protein kinase (MAPK) путем привлечения Grb2, Shc или Src, описаны и др. механизмы, вызывающие активацию Erk. Это: integrin купирование с caveolin и рекрутация Fyn, ведущие к фосфорилированию Shc; трансактивация рецепторов epidermal growth factor (EGF) с помощью интегринов; Src- и Syk-опосредованные пути к Vav1 и Rap1 путь через B-Raf. Эти данные указывают на то. что имеются множественные и возможно параллельные и взаимно пересекающиеся пути, которые вызывают активацию Erk с помощью интегринов.
Integrin–cytoskeletal connections
Известно, что более 50 белков локализуются временно или постоянно в фокальных адгезиях. Связывание лиганда, агрегация интегринов и полимеризация актина по разному влияют на поставку различных белков в фокальные адгезии. Большинство белков фокальных адгезий содержат множественные домены, которые индивидуально м. связываться др. белками внутри фоакльных адгезий, создавая паутину или сети белков, в которых трудно проследить последовательность событий, связанных с их сборкой или трансдукцией сигналов от интегринов.
Затем было установлено, что семейство малых GTPases, включая Rho, Rac и Cdc42, участвуют в индукции полимеризации актина и формировании фокальных комплексов, ламелоподий и филоподий. Rho был первым членом семейства замеченным в участии передачи сигналов от интегринов. Позденее было установлено, что привлечение интегрина вызывает GTP-загрузку Rho, Rac и Cdc42 и что прикрепление интегрина к ВКМ существенно для индукции ламеллоподий, филоподий и фокальных адгезий через посредство Rho GTPases. Активация этих GTPases теперь рассматривается как критическое событие в интегрином-обеспечиваемой регуляции клеточной адгезии, распространении клеток и клеточной подвижности. Некоторые белки фокальных адгезий и ламеллоподий м. связывать актин (напр., α-actinin, talin, tensin, filamin и Vasp/Ena) и они обладают скорее всего функциями организации различных типов структур актинового цитоскелета.
Bpextybt FAK также иллючтрирует интимные взаимоотношения между интегринами регулируемыми сигнальными белками и цитосклетом (Рис. 1, внизу). Хотя FAK не нужна для образования фокальных адгезий, активация FAK интегринами и ростовыми факторами зависит от полимеризации актина и контрактильности actomyosin. Эти цитоскелетные процессы м.б. критическими для индукции образования кластеров FAK, необходимых для ее активации. FAK способна также рекуртировать и связывать цитоскелетные белки, такие как paxillin и talin,и тем самым активировать Rho GTPases посредством FAK связывания белков, подобных Cas, которые сцеплены с Rac через взаимодействие Crk с Dock180. Эти события м.б. важными для обмена фокальных адгезий и миграции клеток, т.к. FAK-нулевые фибробласты являются дефектным и по этим процессам. Т.о., имеются два пути коммуникаций между цитоскелетом и внутриклеточными сигнальными путями.
Цитоскелет участвует также в регуляции передачи сигналов изнутри наружу. Активация β> 2 интегринов вызывает изменения в жадности через кластрирование и усиление диффузии β 2 в мембране помимо конформационных изменений. Образование кластеров интегринов регулируется с помощью сигнальных энзимов, подобных PI(3)K, PKCs, и Ras а также Rap GTPases, кроме того с помощью адапторных белков, подобных SLAP 130/Fyb и, по-видимому, вызывает изменения в структурах актиновго цитоскелета, что делает возможными латеральные перемещенения интегринов. Т.о., интимные взаимодействия между сигнальными белками и цитоскелетом важны для регуляции жадности (avidity) интегринов с помощью передачи сигналов изнутри наружу.
В то время как большинство интегринов купируется с актин-содержащими цитоскелетными структурами, α 6β 4 интегрин обнаруживается в уникальной структуре и локализации. Этот интегрин экспрессируется исключительно в эпителиальных клетках, где он специфически локализуется в полудесмосомах(hemidesmosomes). Он связан с внеклеточным ламинином промежуточных филамент посредством белка plectin. Это указывает на то. что сигналы м. передаваться через эти адгезивные структуры.
Integrin interacting membrane proteins
Некоторые мембранные ассоциированные с интегринами белки стабильно связаны с интегринами и модулируют реакцию интегринов. Это CD47 (белок pentaspanin), tetraspanin белки (TM4SFs), рецепторы факторов роста (напр., рецепторы platelet-derived growth factor (PDGF), insulin, и EGF), syndecan heparin sulfate proteoglycan receptors, glycosyl phosphatidylinositol (GPI)-linked рецепторы (напр., urokinase plasminogen activator receptor, CD98), CD36 и CD46. Эти белки регулируют внутриклеточную передачу сигналов и контролируют интегриновую адгезию, миграцию, инвазивность и сборку матрикса.
Теперь ясно, что реакции на вовлечение интегринов зависят не только от того, какой лиганд связывается со специфическими интегринами, но и от формы, в которой лиганд представляется интегринам. Напр., prolactin-индуцированная транскрипция β-casein эпителиальными клетками молочных желез сильно зависит от того, к какому матричному белку они прикреплены, а также от того иммобилизирован ли матрикс на пластике или желатине. Prolactin-индуцированное фосфорилирование его рецепторов обнаруживается блокированным (возможно из-за фосфатазной активности), если эпителиальные клетки молочных желез культивируются на иммобилизованном коллагене, но не на ламинине. Это указывает на то, что интегрины контролируют ранне ступени сигнальной трансдукции, обусловленные пролактином, возможно в результете обеспечения 'permissive' сигналами, позволяюще рецепторам передавать сигналы. Важность взаимодействий базальных мембран с интегринами демонстрируется регуляцией клеточного поведения, когда манипуляции с β 1 интегриновыми комплексами м. вызывать туморогенность в линиях клеток молочных желез, культивируемых на геле из базальных мембран, которую м. фенотипически ревертировать, так что они будут формировать структуры, напоминающие нормальные ацинусы молочных желез.
Помещение фибробластов на трехмерный матрикс ведет к формированию новых структур фокальных адгезий, которые не обнаруживаются, если клетки растут на белках иммобилизированного матрикса. Различия связаны с полярностью и ригидностью матриксов. Эти результаты указывают на то, что различия в механическом натяжении м. регулировать клеточные адгезивные комплексы, форму клеток, полярность и экспрессию функций дифференцирующихся клеток.
Integrin control of cell proliferation
Установлено, что нет одного 'checkpoint', который осуществляет мониторинг статуса клеточной адгезии; скорее имеется множество ступеней в ходе клеточного цикла, которые нуждаются в прикреплении к матрикусу. Сначала было установлено. что индукция продукции cyclin A блокируется в клеточной суспензии, обработанной ростовым фактором. Позднее было установлено, что активация некоторых cyclin-dependent kinases (Cdks), участвующих в ходе G1 фазы и в инициации S фазы, контролируется множественными интегрин-зависимыми событиями (Рис. 2). Сюда входят индукция и трансляция cyclin D и cyclin A, также как и p27 cip1 и p21 kip1 деградация. Интегрины контолируют эти события с помощью нескольких механизмов, включая усиление сигналов ростовых факторов, рекрутирование белков membrane/cytoskeletal комплексов или усиление ядерной транслокациии. Многие из этих регуляторных событий участвуют в транскрипционном и пост-транскрипционном контроле.
Ясно, что сигналы от интегринов интимно скоординировны с путями, активируемыми ростовыми факторами на многих ступенях во время клеточной пролиферации. По-видимому, возникновение независмой от прикрепления к субстрату пролиферации необходимо для приобретения онкогенной способности активировать все интегрин-зависимые события, необходимые для хода клеточного цикла. В самом деле, онкогены, подобные Ras и v-Src функциронируют на ранних ступенях путей, стимулируемых ростовыми факторами и интегринами, затрагивая критические нижестоящие сигналы, запускаемые с помощью integrin adhesion. Напр., онкогенные Ras варианты м. востанавливать дефекты в активации Cdk activation, p21 и p27 деградации и Erk, Akt, Rac и sodium–proton antiporter активации, вызываемыми при помещении клеток в суспензию.
Взаимоотношения между количеством адгезивных контактов и регуляцией передачи сигналов и поведением клеток обнаруживают нелинейные взаимоотношения и указывают на дополнительные уровни контроля. Изменчивость степени распространения (что зависит от формы клеток), без изменения области адгезивных контактов клеток, как было показано, управляет прлиферативной способностью и выживаемостью клеток. Активация Erk с помощью ростовых факторов не меняется по мере рассеивания клеток. Однако, экспрессия cyclin D и подавление p27 kip дефектны у плохо распространяющихся клеток. Следовательно, существуют определнные сигнальные события, регулиремые формой клеток и областью поверхности, которые являются критическими тереминантами клеточной пролиферации. Предполагается, что чувствительные к изменению формы клеток сенсоры (возможно связанные с натяжением и цитоскелетными ограниченияеми целостности на внутриклеточные процессы) выполняют важную функцию по регулированию передачи сигналов посредстовм интегринов.
Integrin control of cell survival
Оттедение эндотелиальных и эпителиальных клеток от ВКМ обычно ведет к апоптической гибели клеток, даже если клетки инкулируются при нормальных уровнях сыворотки. Апоптоз, индуцируемый оттделением клеток, обозначен как anoikis (по гречески бездомность). Теперь ясно, что интегрины м. защищать клетоки от гибели, индуцируемой и др. смертельными стимулами (напр., химиотерапестические агенты и удаление сыворотки. Многие белки, участвующие в регуляции выживаемости клеток с помощью др. рецепторов, активируются с помощью integrin adhesion, а отсоединение от ВКМ обусловливает их инактивацию. Это и PtdIns(3,4,5)P 3-activated kinase Akt/PKB, и FAK, и Ras/Erk пути. Интегрины регулируют жизнеспособность клеток посредством ингибирования про=апоптических белков и экспрессии анти-апотических белков, таких как Bcl-2, Flip и IAPs. Напротив, отсоединение от ВКМ вызывает активацию про-апоптических белков, таких как Bax, caspases, или death лиганды Fas или Trail и ингибирование анти-апоптических белков.
Изучение Bim и Bmf, двух про-апоптических белков из семейства Bcl-2, содержащих только BH3 домены, указывает на то, что они м. функционировать как внутриклеточные сенсоры цитоскелета и состояния прикрепления к ВКМ. Эти белки связываются с изоформами легкой цепи dynein, которые ассоциируют или с микротрубочками или микрофиламентами. Отсоединение от ВКМ или ингибирование полимеризации актина вызывает диссоциацию Bmf от легкой цепи dynein и его перемещение в митохондрии, где он функционирует как про-апоптический белок. Экспрессия Bim индуцируется с помощью подавления активности Akt, так что индуцкия экспрессии Bim также м. участвовать в anoikis.
Первичные эпителиальные клетки молочных желез, обработанные инсулином защищены от клеточной гибели, если помещены на laminin, tenascinC или collagen IV, но не на collagen I. Эти защитные эффекты инсулина зависят от способности интегринов обеспечивать активацию Akt/PKB через рецепторы инсулина. В клетках CHO α 5β 1, α vβ 3 и α 1β 1 интегрины защищают клетки от anoikis, тогда как α vβ 1 не обеспечивают подобной защитой. Защита от гибели коррелирует со способность интегрина индуцировать экспрессию Bcl-2.
Показано, что несвязанные с лигандами интегины также м. индуцировать гибель клеток при определнных условиях. Этот тип клеточной гибели отличен от anoikis, т.к. происходит в условиях, когда др. интегрины в той же самой клетке, связаны с лигандами.
Integrin crosstalk with other receptors
Существует экстенсивное общение между путями, активируемыми с помощью интегринов и др. рецепторов (Рис. 3). В большинстве примеров, изолированные взаимодействия представляют лишь один аспект многоуровневого скоординированного контроля:
Во-первых, трансактивация рецепторов. Наиболее убедительным примером этого типа общения (crosstalk) является активация интегрином рецепторов факторов роста. EGFR, PDGFR, vascular endothelial growth factor receptor (VEGFR), hepatocyte growth factor receptor (HGFR; Met), и Ron актививруются после задействования интегринов. Интегринами активированные рецепторы ростовых факторов способны умножать интегриновые сигналы. Активация Shc/Erk в некоторых типах клеток зависит от интегринами индуцированной активации EGFR и адгезией индуцированная жизнеспособность клеток, обеспечиваемая PI(3)K, также нужадется в ВКМ активации EGFR. Способность слипания клеток активировать рецепторы HGF (Met) является критической для опцхолевого метастазирования в модели опухолевых гепатоцитов. Факторы роста и др. агонисты м. активировать интегрины, меняя сродство и жадность интегринов.
Во-вторых, координация рецепторов. В этом типе общения, каждый из двух или беолее рецепторов вносит компоенты, которые необходимы для активации внутриклеточных событий. Так, интегрины предоставляют субстрат для энзимов, активированных факторами роста. Пониженные уровни индукции inositol-1,4,5-trisphosphate (Ins(1,4,5)P 3) после стимуляции клеток с помощью PDGF являются результатом отсутствия субстрата PtdIns(4,5)P 2, вызванного потерей киназной активности PtdInsP5 в отсоединенных клетках. Координация наблюдается также между интегринами и рецепторами syndecan proteoglycan, которые оба взаимодействуют с лигандами on fibronectin. Сигналы от синдеканов влияют на интегринами-обеспеиваемую сборкуфокальных адгезий посредством PKC, Rho, и syndesmos (a paxillin binding protein).
В-третьих, модуляция рецепторных путей. В этом типе общения, сигналы от одного рецептора создают костимулирующие или ингибирующие сигналы в др. рецептороном пути. Имеются многочисленные примеры такой регуляции активации Erk и хода клеточного цикла. Напр., интегриновые сигналы необходимы для активации ростовыми факторами Erk. Хотя Ras активируется с помощью ростовых факторов независимо от интегринов, но активация Raf или MEK зависит от интегринов.
В-четвертых, модуляция экспрессии рецепторов. Этот механизм связан с индукцией или репрессией экспрессии рецепторов с помощью др. рецепторов. Рецепторы фактора роста усиливают подвижность некоторых типов клеток в результате усиления активности экспрессии интегриновых рецепторов. Реципрокная регуляция интегриров и ростовых факторов происходит в эпителиальных клетках молочных желез, культивируемых в трехмерных гелях из базальных мембран, где они организуются в воляризованные структуры, напоминающие глянлдулярные ацинусы in vivo. Манипуляции, которы снижают экспрессию или EGFR или β1 интегрина в этом трехмерном геле, но не в двумерной культуре, обусловливают подавление др. рецепторов. Следовательно, интегрины и ростовые факторы связвыаются в определенных путях в зависимости от контекста, в котором клетки культивируются.
В-пятых, компартментализация рецепторов. При этом типе общения активация одного рецептора индуцирует образование поддерживающих структур или структур, которые организуют сигнальные компоненты др. рецепторов. Похоже, что сборка цитоскелета, индуцируемая приклепрелнием интегринов к ВКМ, играет важную роль в организации сигнальных путей др. рецепторов. Напр., ростовая активация FAK, paxillin and PAK, а также активация P2Y нуклеотидами G protein-coupled receptor (GPCR) Erk, все они ингибируются отсоединением от ВКМ или воздействием ингибиторов полимеризации актина. Скорее всего integrin–cytoskeletal комплексы являются критическими для связи рецепторов ростовых факторов и GPCRs с этими сигнальными белками.
In vivo functions of integrins
Интегрины участвуют во многих клетоных функциях. У Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans, интегриновые мутации вызывают дефекты во многих онтогенетичесикх процессах, включая ожидаемые изменения соединения клеток внутри и между тканями, и дефекты закрытия дорсальной closure, миграции энтодермы и тубулогенеза. У мышей, разрушение β 1 интегрина, который является субъединицей по крацней мере 12 интегринов, вызывает гибель во время имплантации. Анализ химерных мышей с отсутствием β 1 интегрина в ряде клеток или тканей и мышей с отсутствием др. β или α субъединиц , выявил множество специфических дефектов во многих процессах, включая гематопоэз, гомеостаз, иммунную защиту и миграцию многих типов клеток, нейральную организацию, развитие органов, формирование и поддержание сосудистой системы и интегральность скелетных и сердечной мышц, кожи, костей и хрящей. Трудно понять, нуждаются ли эти процессы в регуляции с помощью интегринов in vivo внутриклеточной передачи сигналов или в основном во внеклеточной адгезивной функции интегринов. Дефекты в жизнеспособности клеток также обнаруживались у integrin-null мышей.
У людей, отсутствие тромбоцитарного интегрина α IIbβ 3 или β 2 лейкоцитарной интегриновой субъединицы вызывает болезни, ассоциированные с кровоточивостью и повторяющимися инфекциями, соответственно. Мутации в β 4 субъединице вызывают тяжелое воспалительное заболевание кожи, epidermolysis bullosa, обусловленное нарушением прикрепления к ламинину. Мутации в некоторых ВКМ белках также связаны с мышечной дистрофией и скелетными уродствами. Избегание клеточной гибели и супрессия пролиферации, возникающие в результате потери нормальных адгезивных взаимодействий, скорее всего участвуют в канцерогенезе.
Conclusions
Итак, интегрины, по-видимому, функционируют как 'сенсоры', которые обследуют внеклеточное пространство и отвечают с помощью передачи сигналов, которые непосредственно регулируют поведение клеток путем модулирования реакций на др. внеклеточные стимулы. Эта сенсорная функция интегринов м. гарантировать, что клеточные активности будут иметь место только тогда, когда клетка соответственно расположена в своей физической среде. Способность интегринов воспринимать и модулировать клеточную среду использует множественные комплексные взаимодействия и уровни регуляции, лишь некоторые из которых становятся понятными.
Пути сигнальной трансдукции представлены сложной сетью взаимодействующих путей. Изучение интегринов показало важность цитоскелетных взаимодействий и общения между рецепторными путями. Выявлена изменчивость в купировании сигналов в зависимости от разных типах клеток и разных ВКМ микроусловий. |
Сайт создан в системе
uCoz
