Движение клеток и адгезионные взаимодействия: введение
Перемещение клеток определяется регулируемым образованием и перестройкой адгезии к поверхности, на которой происходит движение. Адгезионные локусы фомируются в результате сигнальных взаимодействий между внеклеточным матриксом и актиновым цитоскелетом внутри клетки, и они ассоциируются со специфическими структурами актиновых филаментов.
Исследования с использованием методов интерференционной отражательной микроскопии (IRM) [ Curtis ea 1964 ] впервые позволили показать, что клетки не прилипают равномерно к поверхности, но прикрепляются к ней только в отдельных локусах (точках), самые большие из которых были названы фокальными контактами или точками фокальной адгезии [ Izzard ea 1980 , Glacy, ea 1983 ]. Из интерференционных картинок на кадрах IRM было установлено, что расстояния от клеток до субстрата в фокальных контактах находятся в диапазоне 10-15 микрон. Такие же исследования выявили [ Izzard ea 1980 ] общую неподвижность фокальных контактов относительно субстрата, что согласуется с функцией адгезии. Адгезивная природа этих локусов была подтверждена в экспериментах, где клетки были механически удалены с поверхности на которой они выращивались: после такой обработки в местах фокальных контактов оставались остатки, изолированные и все еще прикрепленные к субстрату [ Avnur, ea 1983 , Neyfakh, ea 1983 ].
Различаюися две широкие категории адгезионных структур (локусов):
1) Фокальные комплексы , ассоциированные с ламеллиподиями и филоподиями , которые поддерживают клеточную протрузию и ретракцию на переднем фронте.
2) фокальные точки адгезии на концах пучков стрессовых фибрилл , которые ответственны за более стабильную адгезию.
Хорошо установлено, что адгезионные локусы являются сложными молекулярными комплексами, которые связывают внеклеточный матрикс через трансмембранные матричные рецепторы ( интегрины ) с актиновым цитоскелетом [ Schoenwaelder, ea 1999 ].
Идентификация белков участвующих в фокальной адгезии, начиная с винкулина [ Geiger, ea 1979 ] и насчитывающих (к 2002 г.) более 50 [ Zamir, ea, 2001 ] привела к разработке альтернативных способов визуализации адгезионных локусов в живых и фиксированных клетках. В частности, возможность пометить белки адгезионного локуса флуоресцентными метками, включая зеленый флуоресцентный белок ( GFP ) позволила зарегистрировать в живущих клетках адгезионные комплексы с разрешением лучшим чем достижимые методом IRM [ Rinnerthaler, ea 1988 , Yuruker, ea 1992 , Anderson, ea, 2000 ].
Стало также ясно, что фокальная адгезия это только один из классов адгезионных комплексов наблюдаемых в распластывающихся и мигрирующих клетках.
В обсуждении того, что известно относительно генезиса и перестройки адгезионных локусов в ходе движения клеток мы постараемся подчеркнуть существование альтернативных стратегий динамики адгезионных локусов используемых для движения клетками разных типов. Затем мы рассмотрим существующие идеи относительно роли микротрубочек в определении поляризации клеток и их влияние на динамику адгезионных локусов.
Фокальные комплексы связаны с сигнализацией посредством Rac1 или Cdc42 и могут или перестраиваться быстро или трансформироваться, при участии RhoA сигнального пути , в более долгосрочные адгезионные структуры.
Все классы адгезионных структур зависят в плане их формирования и существования от натяжений в актиновом цитоскелете. Разные типы клеток используют для движения разные адгезионные стратегии в смысле относительной вовлеченности филоподий и ламеллиподий в формирование фокальных комплексов и протрузию и степени формирования фокальной адгезии. Эти различия могут быть приписаны вариациям в относительной активности разных членов семейства Rho . Однако только Rho GTPазы неспособны создать ассиметрию в актиновом цитоскелете , необходимую для поляризации и движения. Поляризация требует участия микротрубочного цитоскелета. Изменения в состоянии поляризации микротрубочек влияет на активность как Rac1 так и RhoA и микротрубочки взаимодействуют с адгезионными локусами и обеспечивают их перестройку.
Обсуждаются возможные механизмы взаимосвязи между микротрубочками и актиновым цитоскелетом в формировании полярности.
Многое еще нужно понять относительно динамики формирования адгезионных локусов в ходе движения клеток. Не последней в списке является проблема компонентного состава адгезионного локуса, которая далека от решения [ Zamir, ea, 2001 ], так же как временной ассоциации компонентных молекул с адгезионным локусом. Здесь мы находимся только в самом начале раскопок [ Geiger, ea, 2001 , Laukaitis, ea, 2001 , Zamir, ea 1999 , Rottner, ea 2001 ].
Другие вопросы включают локализацию регуляторов и регуляторных комплексов, что может быть правильно понято только на живых клетках и требует подходов и методов которые становятся доступными только теперь. Вдобавок существует вопрос о том, как движение клетки in vitro соотносится к миграции in vivo. Шаги в этом направлении кажутся обещающими [ Jacinto, ea 2000 , Mandato, ea 2001 ] и дают основание надеяться на дальнейший прогресс.
