Посещений:
СЛИПЧИВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Морфогенез

Adherens junctions: from molecules to morphogenesis
Tony J. C. Harris and Ulrich Tepass
NATURE REVIEWS | MOLECULAR CEll Biology VOLUME 11 | July 2010 | 502-514 | doi:10.1038/nrm2927

How adhesive interactions between cells generate and maintain animal tissue structure remains one of the most challenging and long-standing questions in cell and developmental biology. Adherens junctions (AJs) and the cadherin–catenin complexes at their core are therefore the subjects of intense research. Recent work has greatly advanced our understanding of the molecular organization of AJs and how cadherin–catenin complexes engage actin, microtubules and the endocytic machinery. As a result, we have gained important insights into the molecular mechanisms of tissue morphogenesis.



Рисунки к статье.

Bilateran
An animal with a bilaterally symmetrical body plan, such as humans, fish and insects.

Intermediate filament
A cytoskeletal filament that provides mechanical strength in higher eukaryotic cells.

Puncta adherenta
Cadherin–catenin clusters found at cell–cell contacts, often during early stages of AJ assembly. Lamellipodium
A broad, flat protrusion at the leading edge of a moving cell that is enriched with a branched network of actin filaments.

LIM domain
A repeat of about 60 amino acids, including Cys and His residues, that is thought to be involved in protein–protein interactions.

Filopodium
A long, thin protrusion at the periphery of cells and growth cones. Filopodia are supported by F?actin bundles.

Guanine nucleotide exchange factor (GEF)
A protein that facilitates the exchange of guanine diphosphate (GDP) for guanine triphosphate (GTP) in the nucleotide?binding pocket of a GTP?binding protein.

Actomyosin
A complex of myosin and actin filaments that is responsible for contractility during a range of cellular movements in eukaryotic cells.

GTPase-activating protein
(GAP). A protein that stimulates the intrinsic ability of a GTPase to hydrolyse GTP to GDP. Therefore, GAPs negatively regulate GTPases by converting them from an active (GTP?bound) to an inactive (GDP?bound) state.

Microvillus
A small, finger?like projection that occurs on the exposed apical surfaces of epithelial cells. Microvilli are supported by F?actin bundles.

Clathrin-coated pit
The initial site of invagination of a clathrin?coated vesicle.

Notum
The dorsal side of the thorax of an adult insect.

Epithelial-to-mesenchymal transition
The transformation of epithelial cells into mesenchymal cells with migratory and invasive properties.
Адгезивные силы предупреждают ткани животных от диссоциации на составляющие клетки. Эти силы д. быть эластичны и динамичны. Сила необходима для поддержания стабильных клеточных ассоциаций в условиях внешних стрессов, таких как тканевой морфогенез или движения тела. Динамичные изменения клеточной адгезии нуждаются в устранении и установлении новых клеточных контактов во время онтогенетических движений клеток, тканевого обновления и заживления ран. Напр., клетки в гаструлирующем эмбрионе могут постоянно разрывать межклеточные контакты, являются частью более крупных тканей, которые противостоят значительным силам. У взрослых кожа может противостоять тычкам и растяжениям, но клетки постоянно возобновляются из стволовых клеток и могут репарировать повреждения. Как устроены адгезивные контакты, чтобы поддерживать архитектуру ткани и облегчать клеточные движения?
Adherens junctions (AJs) комплексы межклеточной адгезии, которые вносят важный вклад в эмбриогенез и гомеостаз тканей1-3. AJs были первоначально охарактеризованы ультраструктурно как органеллы, ассоциированные с плазматической мембраной, представленные противостоящими плотными бляшками в межклеточных контактах4. Актиновые филаменты, являются основными компонентами бляшек, а межклеточное пространство заполнено молекулярными спицами (spokes) которые соединяют мембраны5,6. Наиболее выдающимся в AJ являются zonula adherens (FIG. 1). Обнаруживаемые в большинстве эпителиальных клеток zonula adherens формируют языки, которые связывают клетки в непрерывный слой и отделяют апикальные от базолатеральных частей мембран каждой высоко поляризованной клетки. AJs могут также функционировать как кластеры во время сборки zonula adherens и динамичных межклеточных взаимодействий и в зрелых тканях.
Cadherin адгезивные молекулы являются стержневыми компонентами AJ7. AJ cadherins были идентифицированы первыми членами сверхсемейства cadherin (FIG. 2). Большинство классических cadherins оперируют как гомофильные адгезивные рецепторы, которые облегчают межклеточное распознавание и адгезию. К неклассическим cadherins относят Flamingo (который участвует в планарной клеточной полярности), Dachsous и Fat (которые участвуют в планарной клеточной полярности и регуляции роста) и usher cadherins, protocadherin 15 и cadherin 23 (которые регулируют образование апикальных клеточных выпячиваний). Все cadherins содержат два или боее внеклеточных cadherin домена. Классические cadherins кроме того обладают высоко консервативным цитоплазматическим хвостом, который взаимодействует с определенным набором цитоплазматических белков - catenins. p120 catenin and β-catenin (гомолог у Drosophila melanogaster Armadillo) связывает цитоплазматический хвост cadherins, иβ-catenin соединяется с α-catenin? чтобы сформировать cadherin-catenin комплекс3,8,9. Второй белковый комплекс, nectin-afadin комплекс также может быть интегральной частью AJs (BOX 1).
Наше обсуждение будет сконцентрировано на классических cadherins (обозначаемых просто cadherins). Подтверждена важная роль cadherins в целостности эпителия и в тканевом морфогенезе1,2. Более того, аномальные функции cadherin сцеплены с раковыми опухолями и др. болезнями человека, and cadherins могут быть приспособлены цитоплазматическими паразитами для проникновения в клетку11,12. Мы обсудим структуру, функцию и регуляцию AJs. Начнем с эволюции cadherins о обсудим как кластеры cadherins формируют AJs. Рассмотрим ассоциированные с cadherin белковые сети, которые связывают кластеры cadherin с актином. микротрубочками и аппаратом эндоцитоза. Рассмотрим как эти взаимодействия формируют сигнальные пути, которые собирают AJs, изменяют форму клеток и управляют тканевым морфогенезом.

AJs and cadherin evolution


Критические функции, которые кадгерины используют для интеграции эпителиальных тканей и морфогенеза, указывают на то, что эволюция метазоа проходила рука-об-руку с эволюцией AJs, базирующейся на классических кахеринах. В самом деле, AJs описаны у представителей примитивных типов животных, включая placozoa13 и cnidaria14, которые обнаруживают типичные эпителиальные zonulae adherentes (FIG. 1). Геномное секвенирование выявило классические кадгерины у cnidarians Nematostella vectensis и Hydra magnipapillata и возможно у губок15. Однако гены, кодирующие классические кадгерины не идентифицированы при полном секвенировании генома placozoan Trichoplax adherens16. Геномы cnidarians и T. adherens кодируют хорошо законсервированные ортологи catenin. Неполнота описания генома одно из возможных объяснений обнаруживаемого отсутствия классического кадгерина у T. adherens. Ассоциация cadherins и catenins с AJs у этих видов и их функция всё ещё не исследованы. Возникновение сверхсемейства cadherin безусловно предшествует metazoa, но классические кадгерины не кодируются геномом choanoflagellate Monosiga brevicollis, которые тесно связаны с metazoa17. Также геном Dictyostelium discoideum ( amoebozoan) не кодирует классический cadherin, хотя они имеют AJ-подобные структуры, содержащие β-catenin гомолог Aardvark18. Возможно, что образованию AJs предшествует возникновение классических кадгеринов. Возникновение классических кадгеринов, однако, по-видимому, тесно связано с ранней эволюцией metazoa (FIG. 2).
Классические cadherins являются типа I трансмембранными белками, которые у кишечнополостных состоят из 25-30 внеклеточных cadherin доменов, 1 non-chordate классического cadherin (NC) домена, 3-х epidermal growth factor (eGF)-подобных доменов и 2-х laminin G (lamG) доменов во внеклеточных регионах, которые сопровождаются связывающим catenin цитоплазматическим хвостом15 (FIG. 2). Недавний филогенетический анализ cadherins19,20 подтвердил, что у родоначальных bilaterian классический кадгерин содержит 17 внеклеточных cadherin доменов, сопровождаемых консервативным участком из NC, eGF и lamG доменов (FIG. 2). Такого типа классические cadherin существуют у первичноротых, такой как DN-cadherin у D. melanogaster21 и вторичноротых, такой как G-cadherin у морского ежа22. Др. классические кадгерины могли эволюционировать от родоначальных bilateran посредством избирательной потери доменов или у первично ротых или вторичноротых (FIG. 2). Примеры кадгеринов, которые потеряли 1-4 внеклеточных cadherin домена, включают Caenorhabditis elegans HMR-1 (ReF. 23) и куриный Hz-cadherin24. D. melanogaster De-cadherin обнаруживает выраженную редукцию доменов, только 7 внеклеточных cadherin домена сопровождаются одним non-chordate, одним eGF-like и одним lamG доменом25.
Интересные изменения организации cadherin доменов наблюдаются в двух классических родственных cadherin молекулах, обнаруженных у головохордового amphioxus (Bb1-cadherin и Bb2-cadherin). Они имеют внеклеточный регион, содержащий два lamG домена и один eGF-like домена, но не содержат внеклеточных cadherin доменов26. Неожиданно они могут обеспечивать гомотипическую слипчивость - т.е. независимо от Ca2+, который необходим для адгезии, обепечиваемой кадгеринами с внеклеточными cadherin доменами - и ко-локализуется с β-catenin в эпителиальных AJs у эмбрионов amphioxus26. Недавнее секвенирование генома amphioxus вилрв Branchiostoma floridae идентифицировало один дополнительный класс cadherin (eeN50347.1), который обнаруживает более обычную организацию доменов с 14 внеклеточными cadherin доменами в дополнение к eGF и lamG доменам во внеклеточном регионе. Т.о., могут ли кадгерины, лишенные внеклеточных cadherin доменов, поддерживать AJs, еще необходимо подтвердить.
Наиболее изученными классическими кадгеринами являются т.наз.типа I и типа II cadherins, обнаруженные у позвоночных и urochordates (FIG. 2). Их внеклеточный регион редуцирован до 5 внеклеточных cadherin доменов19,20. Типа I кадгерины включают член основатель сверхсемейства кадгеринов, E-cadherin. Типа II кадгерины включают vascular endothelial cadherin (VE-cadherin), который обнаруживается в эндотелиальных AJs. Пять внеклеточных cadherin доменов наиболее сходны с 5 С-терминальными внеклеточными cadherin доменами 17 внеклеточных cadherin доменов родоначальных bilaterian классических кадгеринов и сохраняют то же линейное расположение19. Важными производными типа I кадгеринов являются кадгерины десмосом desmocollin и desmoglein. Десмосомы это слипчивые соединения, обнаруживаемые у позвоночных, которые, по-видимому, произошли из AJs. Они присутствуют преимущественно в тканях, которые находятся под сильными физическими воздействиями, такие как эпидермис или мускулатура сердца. В противоположность AJs, десмосомы сцеплены с промежуточными филаментами скорее, чем с актином и микротрубочками27.
Как столь впечатляющее разнообразие структур внеклеточных доменов классических кадгеринов влияет на их функцию пока неизвестно. Взаимодействия типа I и типа II кадгеринов интенсивно исследовались. первый cadherin домен (extracellular cadherin domain 1; EC1) выполняет жизненно важную роль по распознаванию и соединению кадгеринов. Два EC1 домена в контакте с увеличенными β-sheet 'плечами', которые ассоциируют с гидрофобной бороздкой в др. EC1 домене, формируют 'strand exchange dimer' как физическую основу для адгезивного соединения8,28. Функция EC2-EC5 доменов менее понятна, но некоторые исследования предполагают, что они также могут вносить вклад в адгезивный интерфейс28,29. Одним из следствий этих исследований связи является то, что сила связи между двумя молекулами кадгерина, в особенности с типа I кадгеринами, очень слабая. Т.о., многие кадгерины нуждаются в кооперации, чтобы обеспечить эффективное слипание. В самом деле, кластеры кадгеринов, по-видимому, являются функциональными единицами адгезии.

Cadherin clustering in AJs


Образованию кластеров кадгеринов могут способствовать боковые взаимодействия между внеклеточными регионами кадгеринов или цитоплазматические взаимодействия, которые сцепляют кадгерины в супрамолекулярные комплексы30,31. Интригующий вопрос

Box 1 | Immunoglobulin adhesion molecules at AJs
In addition to cadherins, a second class of transmembrane proteins, nectins, exists at adherens junctions (AJs). Nectins are immunoglobulin superfamily adhesion molecules that can interact homophilically or heterophilically with other nectins to mediate adhesion. Nectins bind to the cytoplasmic adaptor afadin (also known as AF6), which links to actin. Mammalian tissue culture studies suggest that the nectin-afadin complex has activities similar to the cadherin-catenin complex . In some cases, nectinprimes the initial cell-cell contact, which is then elaborated on by nectin-facilitated cadherin recruitment. Physical interactions between cadherin and nectin complexes have also been reported, in particular the binding of afadin to β-catenin 164 . Genetic analysis in several models strongly supports the crucial function of cadherins in epithelial integrity in early development . By contrast, knockout mutations for threeof the four mouse nectin genes (nectin 1, nectin 2 and nectin3) do not cause embryonic lethality, and animals display defects in brain and skin development or male infertility 164 1,2 . Perhaps nectin 4 is essential for embryonic AJs, and it is possible that there might be redundancies between nectins. Afadin-knockout mice, by contrast, show epithelial defects starting at gastrulation . However, these defects are much later than those seen in embryos lacking the cadherin-catenin system 167 . The evolution of nectins is unclear. The Drosophila melanogaster genome does not 168 encode a nectin orthologue. However, a different member of the immunoglobulin superfamily, Echinoid, localizes to AJs and can interact with the D. melanogaster afadin orthologue, Canoe . Echinoid and Canoe null cells show normal AJ formation but defective interactions between AJs and actin in certain tissues 169 . Similar to the phenotype of afadin-knockout mice 167 70,169,170 , in comparison to nectin knockouts, embryos lacking Canoe display a much more severe phenotype than Echinoid mutants, with epithelial defects first seen during gastrulation . Although mammalian tissue culture studies suggest that nectin-afadin can initiate cell contacts and recruit cadherins to them, embryological studies suggest that cadherins build AJs, which may or may not be supported later on by nectin (or Echinoid) or by afadin (or Canoe). Clearly, further experimentation is needed to resolve these issues. 70 165,166


является ли весь соединительный интерфейс одним крупным кластером кадгеринов, формируемым из более мелких кластеров в более крупном матриксе.
Сравнение между AJs и десмосомами показывает, как оба типа соединений базируются на кадгерине, но и выявляют заметные отличия в плотности кадгеринов. Хотя упаковка кадгеринов в десмосомах, по-видимому, варьирует32-34, но кадгерины десмосом упакованы более плотно, в некоторых случаях достигают максимально возможной плотности. Расстояния между молекулами кадгеринов десмосом в коже человека ~7.5 nm, а количество кадгеринов предсказывается ~17,500 на µm2 (ReF. 33). Напротив, количество молекул кадгеринов в AJs подсчитано ~700 µm2 (ReF. 6) или ~1,200 на µm2 (ReF. 35). Это д. указывать на то, что кадгерины в AJs упакованы менее чем на 10% от максимума их плотности. Как же кадгерины распределяются в AJs и какие др. материалы участвуют в создании соединений?
Ультраструктурные данные по AJs пигментного эпителия сетчатки кур показывают присутствие ~700 палочек на µm2, выступающих в межклеточное пространство6. Размер и форма этих палочек сравнима с ожидаемыми для внеклеточных регионов типа I классическими кадгеринами, хотя неясно представлены ли эти палочки кадгериновыми мономерами, димерами или обоими. Некоторые из этих палочек могут быть также молекулами nectin (see BOX 1) или др. трансмембранных белков. Особенно важно, что это исследование сообщает о высовывающихся палочках, представляющих собой только 1/7 от общего количества интегральных мембранных частиц, наблюдаемых в AJs. Природа этих дополнительных частиц неизвестна.
Второе недавнее исследование с использованием биохим. методов и измерений интенсивности флюоресценции у эмбрионов D. melanogaster embryo для подсчета количества green fluorescent protein (GFP)-нагруженных DE-cadherin молекул в точках AJs (puncta adherentia) у эмбрионов, у которых DE-cadherin-GFP замещает DE-cadherin35. Точки AJs, которые содержат ~1,200 молекул кадгерина на µm2, образуются путем конденсации более мелких cadherin-catenin кластеров и последующего соединения в zonula adherens эктодермального эпителия. Удивительно, zonula adherens остаются довольно гетерогенными, с плотными кадгериновыми кластерами вкрапленными в области, бедные кадгеринами в области соединения36.
Десмосомы, по-видимому, имеют униформную архитектуру в виде одиночного крупного кластера кадгеринов, структуры, подходящей для выполнения их первичной функции как строгих медиаторов адгезии в тканях, подверженных сильным механическим стрессам. AJs, напротив, имеют более гетерогенную организацию с кластерами кадгеринов (содержащими от десятков до сотен кадгеринов) , распределенных по крупному соединительному матриксу. Эта модулярная организация может быть важной для быстрой реорганизации AJs во время морфогенеза.

Key cytoplasmic regulators at AJs


Цитоплазматический домен классических кадгеринов очень консервативен в отношении длины, последовательности и взаимодействующих партнеров у bilaterian видов. Катенины осуществляют ключевые связи кадгеринов с актином и микротрубочками (FIG. 3). Взаимосвязи являются взаимными в обоих классах - актин и микротрубочки поддерживают формирование и стабильность AJ, а AJs могут организовывать актин и микротрубочки. Взаимодействие между AJs и цитоскелетом во время морфогенеза описывается ниже. Здесь мы коротко осудим основные активности catenins в формировании AJ и цитоскелетной ассоциации. Доступны замечательные и более тщательные обзоры по функции catenin8,9,37-42.
β-catenin. Цитоплазматический хвост классических кадгеринов становится структуированным только, если связан с β-catenin, ассоциация, которая начинается в эндоплазматическом ретикулеме и необходимая для эффективного транспорта на поверхность кадгеринов посредством биосинтетического пути44-46. Возникнув на плазматической мембране, комплекс cadherin-β-catenin быстро рекрутирует α-catenin47. Существуют противоречивые данные относительно того. что модуляции активности β-catenin влияют на стабильностть cadherin-catenin комплексов. Напр., cadherin-α-catenin слитый белок может полностью компенсировать потерю DE-cadherin или Armadillo (гомолог β-catenin) в оогенезе D. melanogaster 48. Слитый белок поддерживает нормальные AJs, целостность эпителиальных тканей и морфогенетические движения, такие как сортировка клеток и базирующаяся на кадгерине клеточная миграция. Эти результаты указывают на то, что β-catenin не осуществляет важной регуляторной функции помимо связи кадгерина с α-catenin. Напротив, the cadherin-α-catenin слитый белок не может полностью заместить функцию β-catenin при дорсальном закрытии (closure) эмбрионов мух49, а работа с культурами тканей млекопитающих подчеркивает роль фосфорилирования β-catenin в диссоциации комплекса cadherin-catenin50,51 и в эндоцитозе кадгерина52.
p120 catenin. p120 катенн является позитивным регулятором функции кадгерина. Взаимодействие cadherin-p120 catenin противодействует эндоцитозу и деградации кадгеринов и т.о., увеличивает на поверхности количество кадгеринов52-55 . p120 catenin также связывает cadherin с микротрубочками посредством или kinesin (класс моторных белков), взаимодействие с которыми д. способствовать транспорт на поверхность кадгеринов56, адапторного белка PH domain-containing family A member 7 (PLEKHA7), который сцепляет p120 catenin с белком, связывающим минус-концы микротрубочек NEZHA (также известным как KIAA1543)57.
Степень, которой p120 catenin поддерживает активность кадгеринов обнаруживает ткане-специфические отличия39. Более того, в противоположность др. компонентам cadherin-catenin комплексов, p120 catenin не существенен для развития D. melanogaster или C. elegans development и его поддержка функции кадгеринов выявляется только в генетических взаимодействиях58,59. В оогенезе D. melanogaster мутантный DE-cadherin, который не соединяется с p120 catenin, может полностью замещать эндогенный DE-cadherin60. Это вместе со способностью cadherin-α-catenin слитого белка компенсировать потерю β-catenin48, подтверждает, что сложный базирующийся на кадгерине морфогенез может быть достигнут без регуляторных сигналов от двух катенинов, которые соединяются с цитоплазматическим хвостом кадгеринов. Эти находки обращают внимание на α-catenin как ключевой медиатор и регулятор функции кадгеринов.
α-catenin. α-catenin важен для образования и функционирования AJ и оперирует на интерфейсе между cadherin- catenin комплексом и актиновым цитоскелетом41,42,61. Как α-catenin действует на AJs не совсем понятно и выдвинуто множество идей в этом отношении. α-catenin соединяется с β-catenin и может , по крайней мере, in vitro, непосредственно связывать филаменты актина62. Эти бинарные взаимодействия подкрепляют простую модель, что α-catenin физически сцепляет с cadherin- catenin комплекс с актином, объясняя тесную ассоциацию кадгерина и актина. Однако, αE-catenin (изоформа α-catenin млекопитающих, с которой проводились эксерменты) связывает актин преимущественно как димер, а домен димеризации αE-catenin перекрывается с его β-catenin-связывающим сайтом63. Т.о., αE-catenin может быть неспособным связываться с β-catenin и актином в одно и то же время, это заключение подтверждается неспособностью обнаруживать четвертичные комплексы между cadherin, β-catenin, α-catenin и actin64. Эти и др. находки подкрепляют модель, постулируя, что взаимодействие α-catenin c β-catenin обогащает α-catenin AJs. Как только α-catenin отсоединяется от β-catenin, он может димеризоваться благодаря свойей высокой локальной концентрации и взаимодействовать с актином. Димеры α-catenin д. затем конкурировать с actin-related protein 2/3 (ARP2/3) комплексом, nucleator разветвленного актина, за взаимодействие с actin, что помогает превращению актиновых сетей, обнаруживаемых в ламеллиподиях в пучки актина, ассоциированные с AJs64,65. Один вопрос в этой модели не может быть объяснен, как AJs связаны с актином и противостоят усилиям натяжения. Напр., потеря AJ белков у C. elegans ведет к отсоединению контрактильных актиновых кабелей от межклеточных контактов65. Два недавних исследования представили дополнительные доказательства, что α-catenin сцепляет cadherin-catenin комплекс с актином. Комплексы cadherin-catenin испытывают ток от базальной к апикальной части в латеральной части мембраны и высокой межклеточной подвижностью, приводящей к накоплению кадгерина на апикальных zonula adherens. Кластеры кадгеринов перемещаются с актиновыми пучками и это перемещение нарушается деполимеризацией актина или удалением α-catenin67. Второй пример α-catenin-зависмого крепления кадгерина к актину описан для эктодермы эмбрионов D. melanogaster. Здесь небольшие cadherin-actin кластеры внедрены в zonula adherens. Истощение α-catenin заставляет эти cadherin-actin кластеры уходить из кортикальных актиновых поясков и дрейфовать от их апикально-латеральноой позиции36. Эти взаимодействия между α-catenin и actin могут также обеспечиваться с помощью др. актин-связывающих белков и, в сомом деле, α-catenin известный партнер по связыванию всё увеличивающегося количества ассоциированных с актином белков, включая vinculin, α-actinin, formin, zonula occludens protein 1 (ZO1) и afadin (также известный как AF6)42. Недавним примером служит потеря эпителиального белка в неоплазме EPLIN (также известного как LIMA1)68. EPLIN состоит из LIM домена и двух актин-связывающих регионов и ингибирует деполимеризацию актина и способствует связыванию актина в пучки69. EPLIN рекрутируется в AJs за счет непосредственного связывания α-catenin, а истощение EPLIN вызывает разборку актинового пояска, который обычно ассоциирует с zonula adherens68. Однако потеря EPLIN не разрушает все cadherin-actin взаимодействия - соединения с кабелями актина, которые вступают в соединение перпендикулярно сохраняются68. Сцепления перпендикулярных актиновых пучков с AJs могут облегчаться с помощью α-catenin-связывающего партнера afadin, как было предположено в недавнем исследовании, изучавшем функцию Canoe (гомолог D. melanogaster afadin) во время гаструляции D. melanogaster70. Т.о., α-catenin может ассоциировать с разными актиновыми структурами, используя разных партнеров по связыванию.
Специфические типы взаимодействий, соединяющих cadherin-catenin комплекс и актин, по-видимому, зависят от клеточного контекста. Учитывая, множественность ассоциированных с актином белков, с которыми может взаимодействовать α-catenin, д. также существовать перекрываемость между разными молекулярными взаимодействиями, связывающими α-catenin c actin. Такое дублирование (redundancies) может помочь объяснить, почему замещение α-catenin в cadherin-catenin комплексе или на formin71 или EPLIN68 может , по-видимому, восстанавливать нормальные cadherin-actin ассоциации. Достижение полного понимания α-catenin-actin интерфейса остается важной задачей биологии AJ.

Cadherin-catenin clusters and actin


Cadherin-catenin кластеры тесно ассоциированы с актином в ранних, зрелых и ремоделирующихся межклеточных контактах. Пионерская работа лаб. Nelson вычленила ключевые ступени инициальной сборки AJ между Madin Darby canine kidney (MDCK) клетками72-74. MDCK вступают в контакт посредством поисковых ламеллиподиальных выпячиваний. Как только выпячивание натыкается на соседнюю клетку, то кадгерины и катенины формируют небольшие кластеры в возникающем межклеточном контакте. Межклеточные контакты и AJs затем расширяются и созревают. Сходная последовательность событий наблюдается и вдр. модельных клеточных культурах, во время заживления ран и контактов между миграторными клетками у D. melanogaster и C. elegans 75. Поскольку cadherin-catenin кластеры агрегируют они соединяются с актином и актин ремоделируется, чтобы способствовать росту AJ75. В MDCK клетках, ламеллиподиальные актиновые построения побуждают к потере контактов и формированию соединений cadherin-catenin кластеров с актиновыми филаментами, исходящими наружу от центрального актинового кольца. У первичных кератиноцитов филоподии обеспечивают образование контактов и это также ведет к образованию кластеров кадгеринов на концах радиальных актиновых филамент76. По мере созревания эпителия радиальные построения замещаются периферическим (circumferential) актиновыми поясками, расположенными под AJs77. Напротив, эпителиальные клетки с динамическими межклеточными контактами и высокой межклеточной миграцией, такой как у трансформированных клеток, , по-видимому, сохраняют радиальные актиновые филаменты и cadherin-catenin кластеры постоянно текут вдоль этих филамент в zonula adherens67. Поясок актина по окружности из зрелого эпителия может формироваться несколькими путями. Полимеризация нового актина наблюдалась поблизости от cadherin-catenin кластеров76,78. Др. исследования показали предсуществование кортикального актинового кольца, сдвигающегося наружу к местам образования контактов и в д. случаях эти кольца, по-видимому, разрывались, когда формировались новые межклеточные контакты79. Др. исследование выявило, что существует динамический пул актина во вновь формируемых AJs а более стабильные пояски актина сдвигаются к периферии до тех пор, пока два пула не можно будет отличить81. в эктодерме эмбрионов D. melanogaster два пула актина также выявлены в AJs. Здесь cadherin-catenin кластеры сцеплены со стабильными актиновыми участками, которые, по-видимому, закрепляют кластеры на кортикальных актиновых поясках посредством α-catenin36, как обсуждалось выше.
Эти исследования подчеркивают общую модель взаимодействия между актином и cadherin-catenin кластерами во время сборки AJ (FIG. 4a). Во-первых, актин продуцирует клеточные выпячивания, которые инициируют образование кластеров кадгерина. Во-вторых, полимеризация и реорганизация актина связаны с ростом клеточных контактов и агрегацией cadherin-catenin кластеров в AJs. В-третьих, множественные актиновые сети ассоциируют с cadherin-catenin кластерами зрелых AJs, чтобы удерживать их на месте.
Cadherin-catenin clusters signalling actin remodelling. Как только собираются AJs, cadherin-catenin кластеры активно трансформируют актиновый цитоскелет, первоначально кооптируя клеточные выпячивания к расширению клеточных контактов и в конечном итоге к реконфигурированию актина в поясок по окружности апикальной части клетки для поддержания межклеточной слипчивости (FIG. 4a).
Cadherin-catenin кластеры способствуют локальной полимеризации актина для сборки AJs. Ингибирование ARP2/3 комплекса, formins или актин-ремоделирующего белка Ena/VASP уменьшает полимеризацию актина и нарушает организацию AJ, хотя межклеточные контакты образуются71,76,78,82,83. Поскольку эти регуляторы актина также являются критическими для генеральных базирующихся на актине выпячиваний, то трудно отличить роль нижестоящих cadherin-catenin кластеров от более ранних эффектов на формирование базирующихся на актине выпячиваний, которые необходимы для инициации клеточных контактов. Однако, ARP2/3, formins и члены семейства Ena/VASP были локализованы специфически на cadherin-catenin кластерах в ранних межклеточных местах контактов71,76,78,82. Более того, MENA (член семейства Ena/VASP) и ARP2/3 могут быть рекрутированы на кадгерином покрытые субстраты82,84, а рекрутирование formin 1 в ранние межклеточные контакты нуждается в α-catenin71. Т.о., cadherin-catenin кластеры, по-видимому, рекрутируют факторы полимеризации актина, чтобы способствовать экспансии ранних межклеточных контактов. Т.к. эти факторы, по-видимому, активны в клеточных выпячиваниях до образования межклеточных контактов, то cadherin-catenin кластеры д. каким-то образом кооптировать эти факторы из сигналов клеточной миграции для использования в сборке AJ.
Cadherin-catenin кластеры передают сигналы посредством малых GTPases. Разрушение Rac или Rho нарушает сборку AJ85,86, тогда как Cdc42, по-видимому, регулирует поддержку AJ (discussed below). Trans взаимодействия между cadherin-catenin кластерами могут специфически активировать Rac, как это наблюдается в ответ на базирующуюся на кадгерине межклеточную адгезию87,88 и в клетках, связанных с покрытым кадгерином субстратом88,89. Рекрутирование Rac guanine nucleotide exchange factor (GEF) T lymphoma invasion and metastasis-inducing protein 1 (TIAM1) на AJs, по-видимому, обеспечивает большую часть Rac активации87,90-93. В AJs, Rac может рекрутировать ARP2/3 активатор WASP-family verprolin homologue 2 (WAVE2), который действует с WAVE1, чтобы активровать ARP2/3 и способствовать поисковым ламеллиподиям в сборке AJ94 (FIG. 4a).
Существует, по-видимому, тонкий баланс между активностью Rac и Rho во время сборки AJ. Как только клетки контактируют происходит активация Rac в поисковых клеточных выпячиваниях вдоль контакта, тогда как Rho действует в более поздних контрактильных кабелях80. Клеточные выпячивания играют важную роль в формировании клеточных контактов, но с не ингибированным Rac, продолжительные клеточные выпячивания могут ингибировать сборку AJ и приобретение эпителиальной структуры95. Сети контрактильных актиновых кабелей также вносят вклад в собственно структуру ткани95, но, с не ингибированной Rho активностью, эктопический контрактильные актиновые волокна могут нарушать структуру AJ97 , указывая тем самым, что Rho индуцированная контрактильность актомиозина обычно блокирована до тех пор, пока AJs не станут достаточно сильными, чтобы противостоять. Важно отметить, что Rac и Rho используются не только регуляторами. Напр., малая GTPase RAP1 (также известная TERF2IP) способствует ретракции клеточных выпячиваний и выравниванию мембраны, как только созревают AJs98, помимо др. эффектов на сборку AJ99.
Перекрестное общение между Rac и Rho помогает дирижировать реконфигурацией актина во время сборки AJ. Во время образования клеточных контактов Rac, как было установлено, ингибирует Rho91. Один из путей этого осуществления это запуск рекрутирования с помощью Rho GTPase activating protein (GAP) p190RhoGAP (известного также как GRF1) на p120 catenin100 (FIG. 4a). Координация Rac и Rho может также обеспечиваться с помощью вышестоящих сигналов. Напр., межклеточная адгезия может активировать киназу Abelson, которая активирует Rac и ингибирует Rho джля собственно сборки AJ97. Эти исследования показали, как активность Rho может быть ингибирована, но как в конце концов она активируется? Хотя Rho GEFs, по-видимому, активируют Rho в клеточных контактах при определенных условиях (напр., во время апикального сжатия), Rho активатор не участвует специфически во время сборки AJ. Однако, активация Rho происходит непрямо. Ингибирование Rac может ослаблять ингибирование Rho. В пользу этого свидетельствует, partitioning defective 3 homolougue (PAR3), как было установлено, противодействует активности Rac в зрелых эпителиях путем секвестрирвания их фактора обмена TIAM1 (ReF. 103). Таким образом, созревание AJ может приводить к ингибированию обратной связи Rac, это позволяет Rho участвовать позднее в сборке и поддержании AJ (FIG. 4a).
Rho может влиять на AJs несколькими способами. После того, как сформируются контакты, Rho, по-видимому, действует посредством Rho киназы. чтобы запустить контрактильность актомиозина для полного расширения контакта80. Интересно, что приложение сходных сил к кусочкам или субстратам, покрытым кадгерином, может приводить к образованию кластеров кадгеринов104 и рекрутированию актина в ассоциированные клетки105. Такие кластеры кадгеринов могут увеличиваться просто из-за улучшенного распределения мембраны, возникающего при натяжении, но и силы поперек AJ-обеспечивающих межклеточных контактов также могут рекрутировать дополнительные миозины106. В слившихся монослоях, ингибирование Rho киназы существенно снижает рекрутирование миозинов в AJs107. Однако ингибирование Rho вызывает менее выраженные эффекты на AJs по сравнению с ингибированием Rho107,108. Rho, как было установлено, регулирует AJs посредством formin Diaphanous homologue 1 (DIAPH1) (ReF. 108), что может объяснить подобное расхождение. Связь активации DIAPH1 и myosin может способствовать формированию контрактильного актинового пояска (FIG. 4a). Также в глазном эпителии глаз куколок D. melanogaster эффекты Rho's на кортикальное натяжение и позиционирование AJ разделимы и Rho действует независимо как от Rho kinase, так и Diaphanous, чтобы регулировать AJs путем подсчета действующего Cdc42-PAR6-зависимого эндоцитоза AJ109 (see below). Известно, что Rho's эффект на кортикальное натяжение в этих клетках ингибируется с помощью Cdc42 (ReF. 110).
AJ-actin interactions driving tissue morphogenesis. Как обсуждалось выше, AJs формируют тесные ассоциации с актиновыми поясками. Как AJs взаимодействуют с актином и миозином в этих поясках. чтобы регулировать морфогенез ткани? Важно рассмотреть могут ли взаимодействия происходить локально (только в одном или двух межклеточных контактах эпителиальных клеток) или более глобально (во всех межклеточных контактах).
Локальная контрактильность актомиозина играет основную роль при конвергентном растяжении зародышевого диска D. melanogaster 101,102,111. Во время этого процесса наружный эпителий эмбриона конвергирует вдоль дорсо-вентралной оси и удлиняется вдоль передне-задней оси. Индивидуальные эпидермальные клетки каким-то образом распознают систему формирование передне-заднего паттерна эмбриона и рекрутируют актин и миозин в передне-задние клеточные контакты112. Как результат локальная активность актомиозина ограничивает передне-задние межклеточные контакты (FIG. 4b). Клети дорсальнее и вентралнее этих сжимающихся контактов тянутся в направлении др. др. и отталкивают передне-задних соседей, это способствует интеркаляции клеток112. Эти реакции заставляют клетки соединяться с помощью AJs и инициируют конвергентное удлинение эмбриона115,116. Для полной интеркаляции клеток сжимающиеся передне-задние контакты теряются и замещаются контактами между конвергирующими дорсальными и вентральными клетками113,114. Механизмы, лежащие в основе этих более поздних разборок и сборок AJ остаются неясными.
Более глобальная контрактильность актомиозина управляет инвагинацией вентральной борозды D. melanogaster101,102. Во время этого процесса вентральный эпителий эмбриона интернализуется , чтобы стать мезодермой. Процесс индуцируется с помощью транскрипционных факторов Snail и Twist. Twist индуцирует экспрессию секретируемого лиганда (Folded gastrulation) и трансмембранного белка (T48), которые, по-видимому, действуют параллельными путями, чтобы рекрутировать RHOGeF2 в апикальный домен каждой клетки117-120. RHOGeF2 затем активирует Rho, которая активирует контрактильность актомиозина в апикальном домене. В противоположность зародышевому диску эта контрактильность актомиозина ведет к сужению всех апикальных межклеточных контактов (FIG. 4c). Актомиозиновые комплексы используют AJs70,121, координируя апикальные сужения клеток вдоль вентральной борозды, чтобы инициировать изгибание ткани. Известно, что актомиозиновые комплексы не сокращаются одновременно, но обладают пульсовым поведением, которое и управляет апикальными сужениями122. Эти примеры показывают, что эффекты контрактильности актомиозина на тканевой морфогенез зависят от того, где осуществляется активность актомиозина - сжатие межклеточных контактов управляет интеркаляцией клеток (FIG. 4b) , а сужение всех межклеточных контактов управляет апикальным сужением клеток (FIG. 4c).

Microtubules and AJs


AJs также ассоциируют с микротрубочками123 . Cadherin- cadherin взаимодействия достаточны для рекрутирования микротрубочек124, а ингибирование микротрубочек нарушает организацию AJ 57,124,125. Эти ассоциации также играют важные роли в долговременных взаимодействиях, которые организуют эпителиальные клетки. В одиночных клетках микротрубочки происходят из центросом в виде лучей звезды с плюс концами микротрубочек, направленными кнаружи. Как результат полюс концы микротрубочек направлены ко вновь формируемым AJs когда образуются клеточные контакты. Т.к. клетки образуют эпителиальные слои, то они обычно образуют массивы из не-центросомных микротрубочек поверх апикальной поверхности, ниже латеральных мембран и в основании клеток126 . Латеральные микротрубочки обычно ориентированы своими минус концами в направлении AJs в апикальном домене, тогда как микротрубочки апикальной поверхности имеют смешанную ориентацию.
Linking AJs to microtubule plus ends and minus ends. Плюс концы микротрубочек повторно отрастают и укорачиваются посредством процесса, наз. динамической нестабильностью. Удивительно, такое динамическое поведение уменьшается в межклеточных контактах, указывая, что AJs стабилизируют плюс концы микротрубочек127. Плюс концы микротрубочек также рекрутируют динамическую сеть plus end-tracking proteins (+TIPs), и микротрубочки обнаруживаются идущими в направлении AJs, с +TIP cytoplasmic linker protein 170 (ClIP170), локализующимся рядом с cadherin-catenin кластерами в слитом монослое124. Даже в ранних межклеточных контактах микротрубочки занимают базирующиеся на актине выпячивания и ко-локализуются с cadherin-catenin кластерами125,128. Направляемые к минус концам моторные dynein локализуются в этих сайтах ранних контактов и в более зрелых AJs128, а антитела к dynein могут устранять микротрубочки из AJs125. Dynein может ассоциировать с AJs, по крайней мере, двумя способами: он может взаимодействовать непосредственно с β-catenin и с PlAC24 (a также известным как eIF3K), с мало охарактеризованным белком, который ассоциирует с AJs посредством актина129. Т.о., dynein, по-видимому, закрепляется на AJs, где он может связывать плюс концы микротрубочек и подтягивать их к кортексу благодаря своей направленной на минус концы моторной активности (FIG. 5a).
Др. исследование подтвердило, что AJs могут также стабилизировать минус концы микротрубочек. В частности, формирование AJs могут восстанавливать уровни микротрубочек после потери центросом130. Экспрессия нацеленного на мембраны membrane α-catenin в отсутствие AJs также может восстанавливать уровни микротрубочек в этом контексте, это указывает на возможный механизм131. Др. механизм связи AJs с минус концами микротрубочек идентифицирован недавно (FIG. 5b). Два новых белка были сцеплены с p120 catenin - p120 catenin связывает PlEKHA7, который взаимодействует с NEZHA. NEZHA взаимодействует с минус концами не-центросомных микрорубочек как в цитоплазме, так и в AJs. Напротив, PlEKHA7 локализуется только в AJs и рекрутирует NEZHA в эти места. NEZHA-меченные минус концы микротрубочек локализуются в AJs и способствуют полимеризации микротрубочек в этих местах. Они также, по-видимому, рекрутируют направленный на минус концы мотор a KIFC3, член семейства kinesin-14B. Нокдаун PlEKHA7, NEZHA или KIFC3 ведет к фрагментации AJ57.
The role of microtubules in AJ assembly. Микротрубочки, как было установлено, влияют на доставку из цитоплазмы AJ белков и образованию кластеров AJs на клеточном кортексе в клетках млекопитающих. Цитоплазматический N-cadherin локализуется на пузырьках, ассоциированных с микротрубочками, которые подвергаются кинезин-зависимой доставке132. После избыточной экспрессии p120 catenin локализуется с N-cadherin во внутриклеточных пузырьках и способствует их сцеплению с конвенционным кинезином (kinesin 1). Нарушение или p120 catenin-связывающего сайта на N-cadherin или kinesin-связывающего сайта на p120 catenin снижает уровень N-cadherin во вновь образуемых контактах, указывая тем самым на то, что p120 catenin и kinesin 1 может взаимодействовать, чтобы направлять N-cadherin вдоль микротрубочек в место сборки AJ56 (FIG. 5c). В кортексе клеток, ингибирование динамики плюс концов микротрубочек также может редуцировать образование локальных кластеров cadherins в AJs не влияя на общие уровни поверхностного cadherin. Эти пертурбации также ингибируют накопление myosin II в AJs, указывая, что микротрубочки м. влиять на образование кластеров AJ путем регуляции локальной активности актомиозина124. У D. melanogaster, микротрубочки играют центральную роль в сборке AJ. Во время целюляризации клетки понуждаются к контактам благодаря инвагинациям боковых мембран от поверхности эмбриона, образуя сначала эмбриональный эпителий102. Cadherin-catenin кластеры сначала образуются между апикальными микроворсинками35 и затем они сдвигаются в апико-латеральный домен, чтобы сформировать точки AJs35,133. Эти точки AJs позиционируются рядом с минус концами микротрубочек, которые идут вниз латеральных мембран со своими концами, обращенными базально. Позиционирование точек AJ нуждается в направленном к минус концам моторе Dynein, но микротрубочки, по-видимому, влияют на точки AJs косвенно через регулятор полярности Bazooka (D. melanogaster гомолог PAR3)134. Bazooka локализуется в местах сборки точек AJ по соседству с центросомами, а неправильная локализация в cadherin-catenin кластерах наблюдается у Dynein мутантов134. Без Bazooka, кластеры cadherin-catenin всё ещё могут формироваться между микроворсинками, но эти кластеры не пособны менять локализацию на апико-латеральный домен и оказываются неправильно расположенными поверх плазматической мембраны35,115,135. Удивительно, Bazooka может формировать кластеры в апико-базальном домене в отсутствие AJs115. Т.о., полярность микротрубочек, по-видимому, позиционирует кластеры из Bazooka, которые затем используются cadherin-catenin кластерами, чтобы способствовать сборке AJ(FIG. 5d).
Targeting cellular components to AJs through microtubules. AJs являются ключевыми маркерами для организации клеточной структуры. Помимо рекрутирования проксимально актинового цитоскелета, AJs могут влиять на более удаленные компоненты клеток посредством микротрубочек. Одним из примеров является позиционирование митотического веретена. AJs участвуют в ориентации митотического веретена во время асимметричных клеточных делений в клетках предшественниках сенсорных органов D. melanogaster136 и в клетках зародышевой линии самцов137. Напротив, эпителиальные клетки, обычно делятся симметрично и в плоскости эпителиального слоя, чтобы поддерживать структуру ткани. Недавняя работа на MDCK клетках выявила роль AJs в ориентации симметричных делений и участие взаимодействующего с микротрубочками и AJ-ассоциированного adenomatous polyposis coli (APC) белка в закреплении микротрубочки-AJ138 (FIG. 5e). В интерфазных эпителиальных клетках AJs также рекрутируют белки плазматических мембран посредством микротрубочек (FIG. 5f). Напр., пузырьки, содержащие connexin 43, доставляются на плюс концы микротрубочек в AJs для сборки щелевых соединений139. Сходным образом, базолатеральный белок aquaporin 3 поставляется из Golgi в AJs с помощью микротрубочек140. Кроме того, недавние работы выявили долговременный эффект AJs в изменении положения оси ядро-центросома в клетках ведущего края, хотя лежащие в основе механизмы всё ещё неясны141,142 .

Endocytosis and AJs


Помимо сборки AJs клетки д. разбирать и ремоделировать AJs для тканевой динамики. Эндоцитоз является основным механизмом ремоделирования AJ52,143. Напр., исследования на культурах клеток млекопитающих показали, что кадгерины постоянно интернализуются144. Более того, перераспределение кадгеринов в зрелых AJs, по-видимому, обусловлено прежде всего эндоцитозом и рециклингом скорее, чем латеральной диффузией145, хотя кадгериновые конструкции с мутантными эндоцитотическими элементами всё ещё могут рекрутироваться в AJs146 .
Mechanisms of AJ endocytosis. Исследования на культурах клеток млекопитающих указывают на то, что кадгерины в основном интернализуются с помощью clathrin-обеспечиваемого эндоцитоза, хотя др. механизмы также были идентифицированы52,147. ЭМ выявила, что клатрином покрытые ямки находятся в тесной близости к AJs148, и идентифицированы механизмы связи кадгеринов с клатрином (FIG. 6a). Напр., the clathrin адаптор β-arrestin взаимодействует с VE-cadherin, когда он фосфорилируется по своему juxtamembrane домену, способствуя эндоцитозу149. Клатриновый адапторный комплекс AP-2 также функционирует при VE-cadherin эндоцитозе150. Clathrin adaptor белки часто соединяются с diLeu мотивами, а diLeu мотив в juxtamembrane области E-cadherin способствует его эндоцитозу151. Dynamin действует при отшнуровании клатрином-покрытых ямок и участвует в эндоцитозе кадгеринов как в культуре клеток млекопитающих, так и D. melanogaster152-154. Чтобы произошел эндоцитоз кадгеринов, д. быть преодолены механизмы, которые стабилизируют AJs. Как кластеры cadherin-catenin выпутываются из периферического актинового пояска, чтобы взаимодействовать с покрытыми клатрином ямками? Механика таких изменений в основном неясна. Однако p120 catenin, по-видимому, помогает в принятии решения. p120 catenin соединяется с juxtamembrane доменом кадгеринов, доменом, который содержит сайты присоединения для аппарата эндоцитоза и сайты убиквитилирования кадгеринов с помощью E3 ubiquitin ligase hakai, которая может запускать эндоцитоз и деградацию кадгеринов55,155. Потеря p120 catenin усиливает обмен кадгеринов54 и эндоцитоз156, указывая тем самым, что он обычно блокирует эндоцитотический аппарат от действия на кадгерины. Подтверждением этой идеи являются мутации diLeu мотива в juxtamembrane домене E-cadherin, обращающие интернализацию, наблюдаемую при мутации сайта связывания p120 catenin151.
Rho семейство GTPases может также регулировать эндоцитоз AJ (FIG. 6a). Cdc42 способствует dynamin-зависимому отрезанию эндоцитотических пузырьков, содержащих AJ белки в зрелом эпителии нотума куколокD. melanogaster153,154. Два Cdc42 эффектора необходимы для эндоцитоза AJ: Cdc42-interacting protein 4 (CIP4) и PAR6. CIP4 и его нижестоящие мишени Wiskott-Aldrich syndrome protein (WASP) и ARP2/3 предположительно участвуют в нуклеации актина в сайте интернализации153,154, а CIP4 ассоциирует с dynamin153. PAR6 и его партнёр по связыванию atypical protein kinase C (aPKC)153,154 участвуют в рекрутировании и поддержании CIP4 в клеточном кортексе153. Однако, Cdc42 обладает дополнительными эффектами, потеря Cdc42 модифицирует также общую организацию апикального актина154 и нарушает локализацию комплекса Crumbs - ключевого регулятора полярности эпителиальных клеток153. Более того, др. исследование в более динамичной нейроэктодерме эмбрионов D. melanogaster выявило роль Cdc42 и Par комплекса в доставке апикальных белков, таких как Crumbs, которые затем вторично влияют на интернализацию AJ157. В пигментных эпителиальных клетках глаз D. melanogaster, Rho, как было установлено, поддерживает структуру AJ путем ингибирования их эндоцитоза, не влияя на Crumbs109. Rho, по-видимому, делает это путем ингибирования Cdc42 и PAR6, хотя потеря Cdc42 или PAR6 по одиночке в этом эпителии не ведет к фрагментации AJs. Т.о., функция Cdc42 в эндоцитозе AJ, по-видимому, контекст-зависима и необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить точные механизмы. Малая GTPase ADP-ribosylation factor 6 (ARF6) также способствует dynamin-зависимому эндоцитозу белков AJ (FIG. 6a). ARF6 рекрутирует nm23H1 (также известна как NDKA), nucleotide diphosphate kinase, которая может потенциально снабжать GTP для активности dynamin159. ARF6 GAP SMAP1 (также известен как uNC45A), по-видимому, противодействует такому эндоцитозу, а его избыточная экспрессия может ингибировать тканевую динамику во время заживления ран160. Эта связь между ARF6 и Rho семейством малых GTPases во время эндоцитоза остается неясной, хотя рекрутирование nm23H1 на AJs коррелирует со снижением общей активности Rac159. Недавнее исследование показало, что ARF6 участвует в сборке AJ161. Было бы интересно посмотреть, как отличить роль ARF6 в сборке AJ от роли в эндоцитозе AJ.
Controlling tissue structure through AJ endocytosis. AJ эндоцитоз и локальный рециклинг важны для эпителиального морфогенеза в развивающихся крыльях D. melanogaster152. Здесь довольно дезорганизованные слои клеток оказываются переупакованы в гексогональные массивы, которые являются оптимальными для структуры крыла. Этот процесс нуждается в активном ре-позиционировании AJs посредством dynamin-зависимого эндоцитоза кадгеринов, сопровождаемого RAB11- и exocyst-зависимого рециклинга обратно на апикальную окружность. Рециклинг обратно в кортекс, по-видимому, происходит в локальных контактах. Канонические гены планарной полярности необходимы для повторной упаковки эпителия, а компонент exocyst комплекса SeC5 оказывается планарно поляризованным по ходу переупаковки. Асимметрия этого SeC5, как полагают, управляет рециклингом AJ для образования локальных межклеточных контактов (FIG. 6b).
Более глобальные эффекты на эндоцитоз и рециклинг AJ также контролируют тканевую структуру (FIG. 6c). В клетках млекопитающих рецепторы ростовых факторов, как было установлено, запускают эндоцитоз AJ по всей ткани, приводя к увеличению проницаемости для сосудов или к эпителиально-мезенхимному переходу52. У Xenopus laevis передача сигналов transforming growth factor-β (TGF-β) индуцирует экспрессию fibronectin Leu-rich transmembrane protein 3 (FlRT3), который взаимодействует с малой GTPase RND1, чтобы способствовать интернализации cadherin в специфических частях эмбриона162. Сходным образом в системе трахей D. melanogaster рециклинг AJ регулируется, чтобы обеспечить реорганизацию эпителия в специфических частях органа. В этой системе эпителиальные трубки, формируемые в дорсальной части туловища, относительно статичны, тогда как ветвление эпителиальных трубок в ней использует интеркаляцию. AJs, по-видимому, интернализуются с помощью dynamin-зависимого эндоцитоза в обеих трубках, но транскрипционный фактор Spalt каким-то образом усиливает рециклинг AJ в дорсальной части туловища. Как результат строительство AJs в туловище стабилизирует межклеточные взаимодействия и редуцирует AJs в ответвлениях, делая возможным ремоделирование ткани 163.

Perspectives


We have discussed the function and regulation of AJs at the levels of cadherin–catenin complexes, their associated protein networks and tissue morphogenesis. As we move forwards, the systems biology of AJs must be further pursued to define AJs as organelles. What is the full parts list of AJs? How many copies of each protein are there? How are these proteins positioned relative to the core AJ components? What are their dynamics? Addressing these questions will reveal the structure of the AJ protein interaction network. Building on this information, we must define how network properties differ in different developmental contexts or disease states, and what dictates these changes. Through these analyses we can determine how AJ protein interaction networks are built and remodelled and define the precise regulatory pathways involved. At the same time, we must consider how differences in AJ ultrastructure relate to function and how AJs are coupled with intra- and intercellular forces for the morphogenesis and maintenance of tissues.
Сайт создан в системе uCoz