Кадхерины: общие сведения

Кадхерины - это семейство трансмембранных кальцийзависимых гликопротеинов, осуществляющих адгезивные межклеточные контакты [ Gumbiner, B.M. (1996) , Honn, K.V., and Tang, D.G. (1992) , Jiang, W.G. (1996) , Shiozaki, H. et al. (1996) ]. Кадхерины делятся на несколько субклассов: 

- кадхерины, осуществляющие контакты типа "зона слипания" ( z. adhaerence ); это Е-кадхерин (эпителиальный кадхерин, увоморулин, L-CAM) , Р-кадхерин (плацентарный кадхерин) , N-кадхерин (нейральный кадхерин или A-CAМ) , V-кадхерин (эндотелиальный кадхерин) и некоторые др.;

- кадхерины, осуществляющие десмосомальные контакты ( maculae adhaeraece ); это десмоколлин I , десмоколлин II и десмоглеин [ Honn, K.V., and Tang, D.G. (1992) ].

Клетки позвоночных экспрессируют один или более типов кадхеринов, каждый из которых кодируется отдельным геном; для определенного типа клеток характерен определенный набор экспрессируемых кадхеринов; и на данный момент известно около дюжины типов кадхеринов. Кадхерины - основные молекулы межклеточной адгезии , удерживающие клетки вместе в ранних эмбриональных тканях . Кадхерины одной клетки связываются с кадхеринами того же типа соседней клетки ( гомофильный механизм ). Большинство кадхеринов представляют собой единожды пересекающие плазматическую мембрану гликопротеины (700-750 аминокислот; рис.cadherin ).

Молекула кадхерина, встроенная в плазматическую мембрану, имеет внеклеточную, трансмембранную и внутриклеточную области. Внутриклеточные домены через цепь взаимосвязанных цитоплазматических белков связываются с цитоскелетными структурами контактирующих клеток. Так, кадхерины зоны слипания связываются с актиновыми микрофиламентами через альфа-катенины , бета-катенины и гамма-катенины ( плакоглобинами ) и некоторые другие белки ( рис. 2 ), а десмосомальные кадхерины связываются с промежуточными филаментами через плакоглобин и десмоплакины . Внеклеточная область классических кадхеринов состоит из пяти доменов (ЕС1-ЕС5), каждый из которых образован 110 аминокислотами. Часть внеклеточных доменов гомологична. Между доменами имеются четыре Са2+-связывающих сайта. В отсутствие кальция кадхерины претерпевают большую конформационную перестройку и, в результате, быстро деградируются протеазами. Внеклеточный домен , наиболее удаленный от плазматической мембраны, полагают, опосредует межклеточную адгезию ; в этом процессе, вероятно, участвует последовательность His-Ala-Val этого домена. [Vermeulen, S. et al. (1996) ].

Цитоплазматический С-конец трансмембранного кадхерина взаимодействует с актиновым цитоскелетом через внутриклеточные прикрепляющие белки , включая три катенина . ( Альфа-катенин структурно родственен винкулину ). Те кадхерины, которые локализованы в десмосомах , взаимодействуют с промежуточными филаментами через иные внутриклеточные прикрепляющие белки и имеют другой цитоплазматический домен.

Кадгерины изначально синтезируются в виде предшественников, которые претерпевают несколько посттрансляционных модификаций, включая протеолитическое расщепление. В частности, Е-кадхерин из предшественника молекулярной массой 135 кДа, превращается в молекулу массой 120 кДа, N- концевой аминокислотой которой является Asp 135. Правильное расщепление предшественников необходимо для построения адгезивных димеров - адгезионные свойства они приобретают только после процессинга белка. С предшественником кадгерина в эндоплазматическом ретикулуме первым связывается катенин-бета , а катенин-альфа и катенин-гамма присоединяются к комплексу позже, во время процессинга молекулы.

Ранее на основании данных по соосаждению анкирина и кадгерина Е предполагалось, что анкирин может взаимодействовать с цитоплазматическим доменом кадгерина Е [ Luna E.J. and Hott A.L., 1992 , Nelson W.J. et al., 1990 ]. Однако прямого связывания рекомбинантного цитоплазматического домена кадгерина Е ни с эритроцитарным, ни с почечным анкирином обнаружено не было. Поэтому предполагается, что связь анкирина с кадгерином Е опосредуется рядом других белков ( спектрин , актин и катенины ) [ Devarajan P. et al., 1994 ].

Кадхерины могут опосредовать не только гомотипическую (эпителий- эпителий), но и гетеротипическую межклеточную адгезию (кератиноцит-меланоцит, кератиноцит-клетка Лангерганса и др.).

Регулируемая экспрессия кадхеринов и катенинов играет важную роль в морфогенезе, контролируя мобильность клеток и формирование клеточных пластов в эмбриогенезе и при регенерации. Посттрансляционная регуляция Е-кадхерин-катенинового комплекса обеспечивается фосфорилированием по тирозину бета-катенина. Такое фосфорилирование осуществляется благодаря активации подмембранной тирозиновой протеинкиназы src ( pp60src ) или задействования трансмембранных рецепторов факторов роста - EGF , PDGF или " рассеивающего фактора ". Предполагается, что в передаче сигнала от подмембранной протеинкиназы src и от EGF- или PDGF-рецепторов главную роль играет прямо связанный с цитоплазматическим доменом Е-кадхерина белок р120cas , являющийся субстратом для протеинкиназы src [ Vermeulen, S. et al. (1996) , Hinck, L. et al. (1994) , Mareci, M. et al. (1996) ]. Изменения в фосфорилировании бета-катенина приводят к снижению функции Е-кадхерин-катенинового комплекса (возможно, из-за нарушения взаимодействия кадхерина с другими белками контакта и с цитоскелетом) и к ослаблению межклеточной адгезии.

Стойкая дестабилизация межклеточных контактов является основой инвазии и метастазирования . Дестабилизация кадхерин-опосредованных контактов может быть обусловлена действием онкогенов, таких как src , erbB или met , продукты которых, обладая протеинкиназной активностью, вызывают гиперфосфорилирование бета-катенина [ Vermeulen, S. et al. (1996) ].

Семейство кадхеринов включает несколько представителей. Родство тканеспецифичных кадгеринов установлено генетическими и биохимическими исследованиями. Е-, N- и Р- кадхерины - наиболее хорошо охарактеризованные представители семейства классических кадхеринов, которое принадлежит еще более обширному суперсемейству кадхеринов. 

Внутриклеточные домены кадхеринов связаны с цитоплазматическими белками катенинами , а те, в свою очередь, - с цитоскелетом. Прочность сцепления между клетками регулируется межбелковыми взаимодействиями, фосфорилированием тирозиновых остатков и межклеточными сигналами.

Наиболее изученным представителем семейства в отношении формирования стабильных адгезионных структур в эпителиальных тканях является  Е-кадхерин (увоморулин),  ( рис.1 ). Внеклеточные домены Е-кадхеринов, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают сцепление между эпителиальными клетками и, таким образом, структурную целость эпителия., который экспрессируется в кардиомиоцитах, нервных клетках, и обнаружен в клетках сетчатки ( Inuzuka H. et al., 1991 ).

При помощи PCR (polymerase chain reaction) было показано, что в человеческих фибробластах экспрессируется множество кадхеринов: N, Р, PC43 , human Fat , FIB1 , FIB2 , FIB3. При этом FIB1 и FIB2 экспрессируются исключительно в фибробластах. Human Fat - гомолог опухолевого супрессора Fat у Drosophila ( Matsuyoshi N., Imamura S., 1997 ).

Межклеточные взаимодействия играют важнейшую роль в эмбриональном развитии, дифференцировке, регуляции тканевой архитектуры. И кадхерины - главные молекулы межклеточной адгезии - в присутствии ионов кальция формируют межклеточные адгезионные контакты (АК), ассоциированные через белки цитоплазматической бляшки с актиновыми микрофиламентами. Кадхерины не только обеспечивают механическое сцепление между клетками, но также регулируют форму клеток, их сегрегацию, миграцию, пролиферацию и дифференцировку. В эпителиальных клетках, как уже говорилось выше, экспрессируется Е-кадхерин; адгезионные контакты клеток других тканевых типов образуют N-, Р-, R-, VE- и другие кадхерины.

В настоящее время принято считать, что трансвзаимодействия молекул кадхеринов обусловлены связыванием ЕС1-доменов соседних клеток через реципрокное взаимодействие Trp156 одного ЕС1-домена и гидрофобного кармана другого ЕС1-домена [ Troyanovsky (2005) , Shapiro (1995) ].

Цитоплазматический домен кадхеринов высококонсервативен и включает в себя прилежащий к мембране сайт, связывающий кадхерин с p120-катенином (pi 20), и С-концевой сайт связывания с бета-катенином , регулирующими межклеточную адгезию [ Kobielak (2004) ]. Кадхерины через бета-катенин , плакоглобин , альфа-катенин связываются с актиновыми филаментами, которые стабилизируют их структуру [ Kemler (1993) , Rimm (1995) ]. Взаимодействие Е-кадхерин-бета-катенин-альфа-катенин-актиновые филаменты в области межклеточных контактов носит динамический характер [ Drees (2005) , Yamada (2005) ].

 

 

Ссылки:

Все ссылки