Посещений:
Фибриллярные Адгезии (Контакты)

Роль FAK

FAK promotes organization of fibronectin matrix and fibrillar adhesions
D. Ilic, B. Kovacic, K.Johkura, D.D. Schlaepfer, N.Tomasevic, et al.
J.Cell. Sci. V. 117. No 2. P.177-187, 2004
Гликопротеин фибронектин (FN) основной компонент внеклеточного матрикса (ВКМ) является существенным для нормального развития. Направленная миграция мезодермальных клеток во время раннего развития нуждается в позиционной информации, предоставляемой отложениями FN матрикса. Нарушения в гене Fn у мышей вызывают эмбриональную гибель. Эмбрионы Fn-/- погибают на ст. Е8.5-9.0 из-за существенных дефектов мезодермы, нервной трубки и сердечно-сосудистой сети. Очень сходные дефекты описаны у эмбрионов мыши, дефицитных по нерецепторной протеин тирозин киназе FAK (focal adhesion kinase).
Фокальные адгезии являются местами, которыми клетки взаимодействуют с ВКМ посредством интегриновых рецепторов, а FAK является и структурным и энзимным компонентом фокальных адгезий. Интегрин образует кластеры после соединения с компонентами ВКМ, такими как FN, вызывая в результате усиление фосфорилирования тирозина клеточных белков. Интегрины не обладают внутренне присущей ферментативной активностью, они передают сигналы после соединения с ВКМ путём запуска образования мультимолекулярных комплексов, которые содержат нерецепторные протеин киназы, а также цитоскелетные компоненты. Будучи активированной FAK в свою очередь м. ассоциировать с др. киназами (напр., PI 3-kinase, Src family kinase) и адапторными белками (напр., Grb2, p130Cas [Cas]), что позволяет интегринам соединяться со множественными внутриклеточными сигнальными путями.
Соединение интегрина с ВКМ не только необходимо для трансдукции сигналов от матрикса к клеткам, но и также инициирует реакции внутри клеток, что позволяет клетке организовать фибриллярный FN матрикс. Передача сигналов изнутри наружу через интегриновый цитоплазматический домен побуждает возникновение конформационных изменений в домене связывания интегриновых лигандов, это переключает сродство интегринов с низкого на высокое состояние. Такая активация интегринов необходима для эффективного связывания FN, но всё ещё недостаточна для сборки FN матрикса. Последующие события, при которых цитоскелет играет критическую роль, ведут к экспозиции сайта активной сборки в молекуле FN. В частности, организация и инсерция ориентированных актиновых филамент (стрессовых волокон) в сайты фокальных адгезий, где интегрины соединяются с ВКМ, позволяя клеткам осуществлять натяжение окружающего ВКМ. Это натяжение необходимо для экспозиции скрытых сайтов в FN, что влияет на позиционирование, скорость и ориентацию сборки FN матрикса. Вновь собранные FN фибрилы располагаются параллельно пучкам актиновых филамент в фокальных адгезиях на границе клетка-субстрат и в др. типах сайтов адгезии ВКМ (напр., фибриллярных адгезиях), которые формируются на дорсальных поверхностях клеток или между клетками.
Принимая во внимание локализацию FN и FAK на противоположных сторонах клеточной мембраны в фокальных адгезиях и сайтах адгезии ВКМ нет ничего удивительного в том, что фенотипы, возникающие in vivo в результате генного таргетинга у мышей, так сходны. Это сходство строго подтверждает тесную функциональную связь этих двух молекул. Как же будут передаваться сигналы от FN в отсутствие FAK?
Нарушение передачи сигналов в результате делеции FAK или смещения FAK из фокальных адгезий затрагивает цитоскелетную организацию и миграцию клеток, а также жизнеспособность клеток и ход клеточного цикла. Реорганизация цитоскелета в ответ на инициальные взаимодействия клетка-ВКМ необходима не только для клеточной подвижности, но также для собственно физической организации ВКМ. Природа передаваемых сигналов, которые способствуют организации матрикса в ответ на адгезию и врастание всё ещё плохо изучены. В работе изучали, как отсутствие FAK влияет на экспрессию и организацию FN. Установлено. (1) FN матрикс менее фибриллярный и более точкообразный у FAK-дефицитных эмбрионов мыши и в эмбриональных фибробластах и эндотелиальных клетках мышей. (2) FN матрикс распределяется также по-другому в FAK-/- клетках, он оказывается совершенно рыхлым на дорсальной поверхности клетки и очень обилен и точкообразен на стороне, обращенной к субстрату. (3) Дефектный FN матрикс обусловлен нарушениями в распределении фибрилл и организации (паттерне) FN скорее, чем изменениями в регуляции гена Fn. (4) FAK каталитическая активность, PR области и локализация в фокальных контактах являются необходимыми для FAK, чтобы поддерживать собственно формирование паттерна FN матрикса. (5) Отсутствие FAK в фокальных адгезиях ассоциирует не только с изменённой организацией, а также с неспособностью организации фибриллярных адгезий и распределения актиновых стрессовых волокон параллельным образом.
Всё это указывает на то, что интактный цитоскелет и фибриллярные адгезии необходимы для экспозиции сайтов FN, необходимых для его организации, полученные результаты подтверждают, что основной причиной дефектного FN матрикса в FAK-/- клетках является отсутствие соотв. пост-адгезивной реорганизации цитоскелета и связанного с этим ремоделирования сайтов адгезии, необходимого для поддержания нормального распределения FN матрикса и формирования паттерна.

Requirement of tyrosine kinase activity in focal adhesion sites for FN matrix organization


Показана важность FAK аутофосфорилирования по Y397 и каталитической активности для организации FN матрикса. Аутофосфорилирование Y397 является инициальной ступенью активации FAK и служит для рекрутирования Src-family киназ, которые затем фосфорилируют др. остатки тирозина FAK, повышая тем самым активность FAK. Фосфорилированный Y397 м. также связывать PI 3-киназу и PLCγ, подтверждая, что FAK м. участвовать передаче сигналов липидов и локализации фокальных контактов вторичных мессенджеров, влияя тем самым на полимеризацию актина и цитоскелетное натяжение ВКМ и сборку FN матрикса. Не выявлено существенных различий в локализации PtdIns(4,5)P2 на периферии нормальных и FAK-/- клеток. Полученные данные указывают на то, что роль FAK в динамике актинового цитоскелета и сборке ВКМ осуществляется не посредством этого сигнального промежуточного фактора.
Известно, что блокирование PI 3-киназы и активности Src способствует потере фосфорилирования FAK и ингибирует сборку FN матрикса. Однако, они не оказывают вредного эффекта на актиновые стрессовые волокна, указывая тем самым. что активность тирозин киназы в метах фокальных адгезий м.б. не критической для организации актинового цитоскелета per se. Однако, активность тирозин киназы м.б. необходима для собственно организации мультимолекулярных комплексов, посредством которых актиновые стрессовые волокна осуществляют натяжение, посредством Rho, на интегриновые рецепторы, чтобы обеспечить организацию и распределение FN.

PR regions of FAK link FAK with actin cytoskeleton


Полученные данные четко подчеркивают существенную роль PR доменов FAK в организации FN матрикса. Даже благодаря тому, что FAK локализуется в фокальных контактах и ее каталитическая активность очень высока, организация и распределение FN матрикса была аномальной в клетках, экспрессирующих мутантные PR области FAK. Др. исследования подчеркивают особенно важную роль PR области 1 (PR1) в FAK-обусловленной регуляции сборки сигнальных комплексов и организации цитоскелета. Мутация только PR1 (FAK остатки 638-841) в кардиальных миоцитах крыс вызывает исчезновение полос саркомеров и дизорганизацию актомиозиновых фибрилл, показывая тем самым, что SH3 домен адапторного белка Cas соединяется преимущественно и с высоким сродством с PR1 FAK. Cas м. взаимодействовать с актиновыми филаментами непосредственно двумя способами, посредством tensin и zyxin. Tensin, крупный белок фокальных адгезий с активностью улавливания колючих концов F-актина, содержит домен, подобный протеин тирозин фосфатазе, SH2 домен и области, гомологичные актину, которые м. непосредственно связывать актин и Cas. Интересно, что независимая экспрессия области гомологии актина 2 тензина способна блокировать FN фибриллогенез в культивируемых первичных фибробластах крайней плоти человека. Zyxin является PR LIM доменовым белком фокальных адгезий, который соединяется с SH2 доменом Cas. Zyxin взаимодействует также непосредственно с α-актинином и членами белков семейства Ena/VASP, которые связывают актиновые филаменты. Замалчивание Zyxin с помощью RNAi вызывает потерю стерссовых волокон, это скорее всего и вызыввает последующие деформации в организации FN матрикса. Отсутствие FAK м.мешать любой из этих двух связей, которые удерживают актиновые стрессовые волокна в местах фокальных контактов.

Lack of fibrillar adhesions and disorganized actin cytoskeleton in FAK-/- cells may explain impaired FN matrix allocation and organization


Известны два самостоятельных типа адгезий между клетками и ВКМ: классические фокальные адгезии, богатые tensin, paxillin, vinculin и фосфорилируемыми по тирозину белками, и фибриллярные адгезии, которые богаты tensin, но бедны др. компонентами. Предполагается, что классические фокальные адгезии, формируемые после инициального слипания, трансформируются в фибриллярные адгезии благодаря реорганизации белковых комплексов в местах фокальных адгезий. Во время разрастания клеток лигандами оккупированные интегрины α5β1 движутся вдоль актиновых стрессовых волокон и вместе с тензином формируют удлинённые фибриллярные адгезии, которые ко-локализуются с организованными FN фибрилламиFAK-/- клетки имеют многочисленные классические фокальные контакты, богатые тензином, паксиллином, винкулином и фосфорилируемыми по тирозину белками. Однако, полученные данные показывают, что FAK-/- клетки не генерируют фибриллярных адгезий. Известно, что новые адгезии формируются постоянно на ведущем крае клеток. В то же самое время имеющиеся адгезии смещаются кзади ретроградно, генерируя фибриллярные адгезии. Цитохалазин D, фармакологический агент, который оказывает сильный эффект на адгезии и цитоскелет, также мешает формированию фибриллярных адгезий и организации матрикса. Обработка нормальных или DA2 клеток с помощью Rho-киназного ингибитора Y-27632 воспроизводит фенотип FAK-/- клеток, это сопровождается уменьшение количества фокальных адгезий и нарушением паттерна актиновых стрессовых волокон.
Всё это вместе м. объяснить дефекты актиновых стрессовых волокон и перехода от фокальных адгезий к фибриллярным адгезиям аномальным распределением и организацией FN в FAK-/- клетках.
Сайт создан в системе uCoz