Введение

В клеточной биологии очаговые адгезии (также известные как клеточно-матричные адгезии или FAs) — это крупные макромолекулярные комплексы, посредством которых механическая сила и регуляторные сигналы передаются между внеклеточным матриксом (ECM) и клеткой, с ним взаимодействующей. Более точно, очаговые адгезии представляют собой субклеточные структуры, которые опосредуют регуляторные эффекты (то есть сигнальные события) клетки в ответ на адгезию к внеклеточному матриксу. Очаговые адгезии служат механическими связями с внеклеточным матриксом, а также биохимическим центром сигналинга, концентрирующим и направляющим множество сигнальных белков в местах связывания и кластеризации интегранов.

Структура и функция

Фокальные адгезии – это содержащие интеграины, мультипротеиновые структуры, формирующие механические связи между внутриклеточными пучками актина и внеклеточным матриксом во многих типах клеток. Фокальные адгезии представляют собой крупные, динамичные белковые комплексы, посредством которых цитоскелет клетки соединяется с внеклеточным матриксом. Они локализованы в четко определенных участках клетки, где плазматическая мембрана приближается к субстрату внеклеточного матрикса на расстояние до 15 нм. Фокальные адгезии находятся в состоянии непрерывного динамического равновесия: белки постоянно ассоциируют и диссоциируют с ними, по мере передачи сигналов в другие части клетки, связанных с различными процессами, от клеточной подвижности до клеточного цикла. Фокальные адгезии могут содержать более 100 различных белков, что указывает на значительное функциональное разнообразие. Помимо якорения клетки, они функционируют как носители сигналов (сенсоры), информирующие клетку о состоянии внеклеточного матрикса и, таким образом, влияющие на ее поведение. В неподвижных клетках фокальные адгезии достаточно стабильны в нормальных условиях, в то время как в движущихся клетках их стабильность снижается: это связано с тем, что в подвижных клетках фокальные адгезии постоянно формируются и распадаются, по мере установления клеткой новых контактов на ведущем крае и разрушения старых контактов на заднем крае. Одним из примеров их важной роли является иммунная система, в которой лейкоциты мигрируют вдоль соединительного эндотелия, следуя клеточным сигналам к поврежденной биологической ткани.

Морфология

Связь между очаговыми адгезиями и белками внеклеточного матрикса обычно осуществляется посредством интегранов. Интеграны связываются с внеклеточными белками через короткие аминокислотные последовательности, такие как RGD-мотив (присутствующий в белках, таких как фибронектин, ламинин или витронектин), или мотивы DGEA и GFOGER, обнаруженные в коллагене. Интеграны являются гетеродимерами, состоящими из одной бета- и одной альфа-субъединицы. Эти субъединицы представлены в различных формах, и их соответствующие лиганды классифицируют эти рецепторы на четыре группы: RGD-рецепторы, рецепторы ламинина, рецепторы, специфичные для лейкоцитов, и коллагеновые рецепторы. Внутри клетки внутриклеточный домен интеграна связывается с цитоскелетом через адаптерные белки, такие как талин, α-актинин, филамин, винкулин и тензин. Многие другие внутриклеточные сигнальные белки, такие как фокальная адгезионная киназа, связываются и ассоциируются с этим интегральным адаптерным белок-цитоскелетным комплексом, что и составляет основу очаговой адгезии.

Динамика адгезии с мигрирующими клетками

Динамическая сборка и распад очагов адгезии играет центральную роль в миграции клеток. В процессе миграции клеток изменяются как состав, так и морфология очагового сцепления. Изначально на переднем крае клетки в ламеллиподиях формируются небольшие (0,25 мкм²) очаговые адгезии, называемые очаговыми комплексами (ОК), состоящие из интеграна и некоторых адаптерных белков, таких как талин, паксиллин и тензин. Многие из этих очаговых комплексов не созревают и распадаются по мере отступления ламеллиподий. Однако некоторые очаговые комплексы созревают в более крупные и стабильные очаговые адгезии, рекрутируя большее количество белков, таких как зиксин. Рекрутирование компонентов к очаговой адгезии происходит упорядоченно и последовательно. После формирования очаговая адгезия остается неподвижной относительно внеклеточного матрикса, и клетка использует её в качестве якоря для продвижения по внеклеточному матриксу. По мере продвижения клетки по выбранному пути, данная очаговая адгезия приближается к заднему краю клетки. На заднем крае клетки очаговая адгезия должна быть разрушена. Механизм этого процесса изучен недостаточно и, вероятно, инициируется различными способами в зависимости от условий, в которых находится клетка. Одной из возможностей является участие кальций-зависимой протеазы кальпаина: было показано, что ингибирование кальпаина приводит к ингибированию разделения очаговой адгезии и внеклеточного матрикса. Компоненты очаговой адгезии являются известными субстратами кальпаина, и возможно, кальпаин расщепляет эти компоненты, способствуя распаду очаговой адгезии.

Ретроградная актина

Сборка зарождающихся очаговых адгезий в значительной степени зависит от процесса ретроградного потока актина. Это явление в мигрирующей клетке, при котором нити актина полимеризуются на переднем крае и перемещаются обратно к телу клетки. Этот поток является источником тяги, необходимой для миграции; очаговая адгезия функционирует как молекулярное сцепление, закрепляясь за внеклеточным матриксом и препятствуя ретроградному движению актина, тем самым генерируя силу натяжения в месте адгезии, необходимую для продвижения клетки вперед. Эту тягу можно визуализировать с помощью тракционной силы микроскопии. Распространенная метафора для объяснения ретроградного потока актина – это большое количество людей, уносимых течением реки, при этом некоторые из них цепляются за камни и ветки на берегу, чтобы остановить свое движение вниз по течению. Таким образом, на камень или ветку, за которые они держатся, возникает сила натяжения. Эти силы необходимы для успешной сборки, роста и созревания очаговых адгезий.

Естественный биомеханический датчик

Внеклеточные механические силы, действующие через очаги сцепления, могут активировать Src-киназу и стимулировать рост этих сцеплений. Это указывает на то, что очаговые адгезии могут функционировать как механические сенсоры, и предполагает, что сила, генерируемая миозиновыми волокнами, может способствовать созреванию очаговых комплексов. Дополнительное подтверждение этому факту заключается в том, что ингибирование сил, генерируемых миозином, приводит к замедленной дезассемблии очаговых адгезий, изменяя кинетику обновления белков очаговой адгезии. Однако взаимосвязь между силами, действующими на очаги сцепления, и их композиционным созреванием остается неясной. Например, предотвращение созревания очаговой адгезии путем ингибирования активности миозина или сборки стресс-волокон не предотвращает поддержание сил в очаговых адгезиях, равно как и не препятствует миграции клеток. Таким образом, распространение силы через очаги сцепления может не восприниматься клетками напрямую во всех временных масштабах и при всех уровнях силы. Их роль в механосенсорике важна для дуротаксиса.