Src Family Kinases (SFKs), семейство не рецепторных тирозин киназ, являются многофункциональными сигнальными эффекторами, которые могут быть активированы нижестоящими рецепторами integrin (Cary et al., 1999; Shattil, 2005; Mitra and Schlaepfer, 2006), cadherin (Frame et al., 2002; McLachlan et al., 2007) и ростового фактора (Bromann et al., 2004; Veracini et al., 2005) . В качестве трансдукторов этих сигнальных путей, SFKs контролируют клеточную адгезию, клеточное общение и организацию цитоскелета (Thomas and Brugge, 1997; Frame et al., 2002; Frame, 2004), и являются центральными в регуляции пролиферации, миграции, жизнеспособности и дифференцировки клеток (Calautti et al., 1995; Brown and Cooper, 1996; Thomas and Brugge, 1997). Поскольку это функциональное разнообразие отражает от факт, что имеет множество разных членов семейства Src, каждый из них обладает общим киназным доменом и каждый способен регулировать разные аспекты клеточного поведения, немногие исследования, посвящены выяснению роли разных SFKs внутри одиночной клетки.

Самые ранние исследования Src киназ и развития хрусталика изучали эффекты экзогенной экспрессии v-Src онкогена, постоянно активной формы c-Src киназы. v-Src трансформация эпителиальных клеток хрусталика, как было установлено, поддерживает и обеспечивает пролиферативное состояние, предупреждая дифференцировку и образование двояковыпуклых (lentoid) тел, многоклеточных, многослойных минимальных хрусталик-подобных структур, которые формируются в культуре хрусталиков (Menko and Boettiger, 1988). Такой исход был связан с неконтролируемым с помощью v-Src's фосфорилированием тирозина субстратов в cadherin комплексе, которое негативно воздействовало на способность клеток собирать зрелые cadherin межклеточные соединения (Menko and Boettiger, 1988; Volberg et al., 1991; Hamaguchi et al., 1993; Frame et al., 2002). В самом деле, способность v-Src блокировать дифференцировку является универсальным феноменом, показанным в системах развития, столь разных как миобласты, ретинобласты, кератиноциты и хондроциты (Muto et al., 1977; Yoshimura et al., 1981; Crisanti-Combes et al., 1982; Menko and Boettiger, 1988; Guermah et al., 1990; Falcone et al., 1991; Pierani et al., 1993; Falcone et al., 2003). В противоположном исследовании с эпителиальными клетками хрусталиков было установлено, что супрессия активности Src киназы вызывает созревание N-cadherin соединений, экспрессию циклин-зависимых киназных ингибиторов p27 и p57, остановку клеточного цикла и инициацию дифференцировки хрусталика (Walker et al., 2002a). Сходным образом, делеция SFK c-Src в остеобластах способствует их дифференцировке и формированию кости (Marzia et al., 2000). Следовательно, регуляция активности Src киназ является центральной в предопределении времени фазы пролиферации клеток и продукции массы и в выборе клетками решения, остановить пролиферацию и встать на путь дифференцировки.

Хотя Src киназы уже давно связывают с передачей сигналов пролиферативных аспектов развития ткани в исследованиях, что обсуждены выше, но знания функции SFKs в экспрессии генов, специфичных для состояния дифференцировки или тканевого морфогенеза остаются довольно ограниченными. Возможно наилучшим доказательством участия Src киназ в клеточной дифференцировке является SFK Fyn. В головном мозге отсутствие Fyn приводит к онтогенетическим дефектам, связанным с ролью Fyn's в росте нейритов, продукции миэлина и жизнеспособности олигодендроцитов (Grant et al., 1992; Osterhout et al., 1999; Wolf et al., 2001; Liang et al., 2004; Brackenbury et al., 2008; Goto et al., 2008; Relucio et al., 2009). Fyn также участвует в регуляции дифференцировки кератиноцитов (Calautti et al., 1998; Xie et al., 2005). В качестве нижестоящего эффектора путей передачи сигналов integrin и cadherin (Colognato et al., 2004; Liang et al., 2004; Xie et al., 2005) и вышестоящего активатора передачи сигналов PI3K и Rac в реорганизации актинового цитоскелета (Samayawardhena et al., 2007), Fyn обладает потенциалом критического сигнального трансдуктора морфогенетических аспектов развития.

Хотя поведение cadherin рецепторов в развитии связано с функцией Src киназ, существует значительная сложность во взаимоотношении между SFKs и кадгеринами. В значительной степени это следствие функции Src киназ как вышестоящих регуляторов созревания cadherin соединений (Matsuyoshi et al., 1992; Hamaguchi et al., 1993; Takeda et al., 1995; Roura et al., 1999; Frame et al., 2002) и как нижестоящих сигнальных эффекторов созревания cadherin соединений (Xie et al., 2005; McLachlan et al., 2007). В эмбриональных хрусталиках и E-cadherin и N-cadherin экспрессируются в эпителиальных клетках недифференцированных хрусталиков и каждый важен для нормального развития хрусталиков (Xu et al., 2002; Pontoriero et al., 2009). Однако из этих двух cadherins, только N-cadherin экспрессируется в дифференцирующихся клетках хрусталиковых волокон и связан с ролью в морфогенезе хрусталика (Ferreira-Cornwell et al., 2000; Leonard et al., 2008, 2011). N-cadherin соединения эпителиальных клеток недифференцированных хрусталиков принципиально организованы как зарождающиеся соединения (Leonard et al., 2011), динамичный, но незрелый тип соединения, который формируется на кончиках lamellipodial-подобных выпячиваний, простирающихся между противоположными боковыми клеточными мембранами (Perez-Moreno et al., 2003). Созревание этих зарождающихся N-cadherin соединений вдоль боковых взаимодействующих поверхностей эпителиальных клеток хрусталиков по времени связаны с инициацией дифференцировки хрусталиков, а возникающие в результате зрелые N-cadherin соединения служат в качестве мест зарождения (nucleation) для сборки кортикальных актиновых филамент, которые существенны для элонгации клеток хрусталиковых волокон (Weber and Menko, 2006a; Leonard et al., 2011). Формирование этого кортикального актинового цитоскелета также зависит от PI3K (Weber and Menko, 2006b), нижестоящего сигнального эффектора Src киназы Fyn. Следовательно, ось N-cadherin-Fyn-cytoskeleton возникает скорее всего как катализатор конвергентного extension-like процесса, который направляет хрусталиковые эпителиальные клетки, чтобы они удлинялись и формировали дифференцированные клетки хрусталиковых волокон.

Наши находки позволили понять взаимоотношение между Src киназами и N-cadherin соединениями в клеточной дифференцировке и развитии ткани. SFK c-Src, как было установлено, предупреждает инициацию программы дифференцировки хрусталика за счет поддержания N-cadherin комплексов в форме зарождающихся соединений. Специфическое ингибирование функции c-Src необходимо для созревания N-cadherin соединений и перехода хрусталиковых клеток к дифференцированному фенотипу. Наше исследование также выявило, что SFK Fyn рекрутируется в зрелые N-cadherin соединения и предоставляет важный сигнал для морфогенеза хрусталика. Более того, передача сигналов SFK, как было установлено, связывает N-cadherin соединения со сборкой высшего порядка цитоскелетных структур, необходимых для морфогенеза хрусталиков.

DISCUSSION

Хотя в целом считается, что функция SFK связана с процессами клеточной дифференцировки, существует однако ограниченное понимание ответственны ли определенные члены SFK за передачу сигналов к запуску дифференцировки или с помощью механизмов дифференцировки и морфогенеза, которые эти SFKs регулируют. Эмбриональный хрусталик, классическая модель развития и ex vivo модель, которая в точности воспроизводит дифференцировку хрусталика и процесс морфогенеза, мы выявили самостоятельные роли для разных членов SFK в одном клеточном типе и связали их функцию с разными регуляторными событиями в развитии. Эти открытия выявили принципиальную роль c-Src в поддержании недифференцированного состояния эпителиальных клеток хрусталика и обязательную функцию для Src тирозин киназы Fyn в передаче сигналов морфогенетической дифференцировки хрусталика (model, Fig. 9). Эти разные функции Src и Fyn в дифференцировке хрусталика связаны с их соотв. действиями как вышестоящего регулятора и нижестоящего эффектора N-cadherin соединений.

Figure 9. Role of N-cadherin-linked Src kinases in lens differentiation and morphogenesis. The N-cadherin junctions along cell-cell borders of undifferentiated lens epithelial cells are organized principally as nascent junctions. This immature form of cadherin junction is present in adhesive puncta at discontinuous regions of cell-cell contact between neighboring epithelial cells. In the undifferentiated cells of the lens, these junctions are linked to active c-Src kinase. Inactivation of this Src kinase promotes maturation of the N-cadherin junctions, zipping up the cell-cell interfaces, and resulting in compaction of the lens epithelium. The SFK Fyn is recruited to these mature N-cadherin junctions where it signals lens fiber cell morphogenesis, a process that involves the role of Fyn in organization of the actin cytoskeleton along the cell-cell borders of differentiating lens fiber cells.

Наши находки, что функция SFK интегрирована с таковой N-cadherin в развитии хрусталика, особенно важны, поскольку эти соединения считаются критическими регуляторами дифференцировки и морфогенеза хрусталиковых клеток (Ferreira-Cornwell et al., 2000; Pontoriero et al., 2009; Leonard et al., 2011). Мы установили, что зарождающиеся кадгериновые соединения, которые доминируют вдоль боковых межклеточных границ недифференцированных хрусталиковых эпителиальных клеток (Leonard et al., 2011), поддерживаются как таковые с помощью SFK c-Src. Созревание таких соединений после инактивации c-Src отвечает за соединение боковых поверхностей клеток и компактизацию хрусталикового эпителия, процесса центрального для развития хрусталика и являющегося обязательным условием элонгации клеток хрусталиковых волокон. Следовательно, механизм, с помощью с помощью которого c-Src способствует и поддерживает эпителиальные клетки хрусталиков в недифференцированном состоянии, связан с его ролью в предупреждении созревания N-cadherin соединений. v-Src, постоянно активная форма c-Src, также блокирует созревание кадгериновых соединений (Menko and Boettiger, 1988; Volberg et al., 1991; Matsuyoshi et al., 1992; Hamaguchi et al., 1993; Takeda et al., 1995; Roura et al., 1999; Avizienyte et al., 2002; Walker et al., 2002a; Frame, 2004).

Существует множество мишеней для c-Src в кадгериновом комплексе. Сюда входят сами кадгериновые рецепторы,β-catenin, γ-catenin и p120-catenin (Volberg et al., 1991; Matsuyoshi et al., 1992; Hamaguchi et al., 1993; Calautti et al., 1998; Ozawa and Ohkubo, 2001; Lilien and Balsamo, 2005). Исходя из наших открытий, мы подозреваем, что c-Src регулирует время инициации дифференцировки клеток хрусталика путем предупреждения созревания N-cadherin соединений, т.е. условий делающих возможной дифференцировку? чтобы начать необходимые как инактивацию c-Src, так и дефосфорилирование мишеней для c-Src's в N-cadherin комплексе. Такой механизм, скорее всего, использует молекулы, такие как c-Src Kinase, CSK, которая целенаправленно воздействует на негативный регуляторный домен в c-Src (Thomas and Brugge, 1997; Pedraza et al., 2004), а дефосфорилирование белков кадгеринового комплекса с помощью тирозиновых фосфатаз включает SHP2 и PTP1B (Balsamo et al., 1998; Schnekenburger et al., 1999; Ukropec et al., 2000; Wadham et al., 2003). В развивающемся хрусталике уже известно, что созревание N-cadherin соединений использует пониженное фосфорилирование тирозина β-catenin, который временно связан с рекрутированием SHP2 на N-cadherin комплексы (Leonard et al., 2011). Кроме того, SFK регулятор CSK экспрессируется на высоком уровне в экваториальных эпителиальных клетках, области развивающегося хрусталика, где супрессируется активность N-cadherin-linked-c-Src, позволяя созревать N-cadherin соединениям.

Зрелые N-cadherin соединения выполняют существенную роль в морфогенезе, специфичном для состояния дифференцировки, как в отношении элонгации клеток хрусталиковых волокон (Leonard et al., 2011) , так и морфогенетических процессов, необходимых для организации клеток волокон в хрусталико-подобные lentoid структуры (Ferreira-Cornwell et al., 2000). Функция N-cadherin соединений в элонгации клеток волокон отличается частично от их роли в качестве мест нуклеации для полимеризации кортикального актина (Leonard et al., 2011), цитоскелетного элемента, важного для генерации сил движения и детерминации клеточной формы. Передача сигналов с помощью PI3K и его нижестоящего эффектора Rac также необходимы для организации кортикальных актиновых структур в хрусталике и для морфогенеза хрусталика (Weber and Menko, 2006a). И N-cadherin и Fyn являются вышестоящими активаторами PI3K и Rac (Nakagawa et al., 2001; Noren et al., 2001; Braga, 2002; Goodwin et al., 2003; Xie et al., 2005; Samayawardhena et al., 2007), а Fyn активируется в ответ на условия, которые вызывают образование зрелых кадгериновых соединений (Xie et al., 2005). Наше исследование показало, что активность SFK необходима как для сборки кортикального актинового цитоскелета клеток хрусталиковых волокон, так и для удлинения этих клеток, и выявило непосредственную роль Fyn в передаче сигналов для образования дифференцированных lentoid структур. Эти находки представляют Fyn в качестве принципиального регулятора пути, которые передают сигналы морфогенетической дифференцировки клеток хрусталиковых волокон посредством его регуляции актинового цитоскелета. Предполагается, что активация Fyn в зрелых N-cadherin соединениях в развивающихся хрусталиках в свою очередь активирует PI3K/Rac сигнальную ось, индуцируя сборку кортикальных актиновых филамент, которые управляют элонгацией дифференцирующихся клеток хрусталиковых волокон. С помощью демонстрации, что SFK Fyn является важным молекулярным компонентом сигнального пути, необходимого для морфогенетической дифференцировки в хрусталике, наше исследование добавило новый слой к пониманию роли киназ семейства Src в сигнальных путях, которые регулируют морфогенез тканей.

Distinct roles for N-Cadherin linked c-Src and fyn kinases in lens development Michelle Leonard, Liping Zhang, Brigid M. Bleaken, A. Sue Menko Developmental Dynamics Volume 242, Issue 5, pages 469–484, May 2013

Distinct roles for N-Cadherin linked c-Src and fyn kinases in lens development
Michelle Leonard, Liping Zhang, Brigid M. Bleaken, A. Sue Menko
Developmental Dynamics Volume 242, Issue 5, pages 469–484, May 2013