Adhezivní receptory zajišťují nejen fyzické připojení k ECM, ale vytvářejí také signální lešení závislé na adhezi, které obsahuje řadu adaptorových proteinů a kináz.5, 6 Integriny tedy fungují obdobně jako receptory růstových faktorů (GFR) a skutečně aktivují mnoho stejných navazujících drah. Integriny se také přímo kříží s GFR a umožňují buňkám optimálně reagovat na rozpustné cytokiny pouze tehdy, když jsou připojeny ke správné ECM.
Specifičnost pro určité typy ECM se projevuje prostřednictvím řady integrinů exprimovaných na buňkách.6 Lidé mají nejméně 24 různých integrinů, a přestože některé jsou exprimovány na stejných buňkách a dokonce rozpoznávají stejné složky ECM, mnohé z nich mají zásadní roli ve specifických tkáních. Buňky mléčného epitelu přilnou k bazální membráně bohaté na laminin prostřednictvím integrinu α6β1. Stroma pod mlékovody a alveoly obsahuje kolagen I, který je na mléčných buňkách rozpoznáván pomocí α2β1. Přestože však exprimují integriny vázající kolagen, nepodporují přežití mamárních buněk a ty nakonec podléhají apoptóze.7, 8 Melanocyty jsou podobně udržovány ve správném tkáňovém kompartmentu prostřednictvím interakcí integrin/ECM. Podkožní dermis je bohatá na kolagen a ten nepodporuje adhezi a přežívání melanocytů, protože na rozdíl od MEC neexprimují vhodné integráty. Během invaze melanomu přes dermis bohatou na kolagen však upregulace αvβ3 na melanomových buňkách umožňuje, aby přijímaly antiapoptotické signály z normálně nepřátelského prostředí ECM.9 Inhibice funkce αvβ3 pomocí blokujících protilátek indukuje apoptózu melanomových buněk.
Jak tedy adheze prostřednictvím integrinů udržuje buňky naživu? Adheze zprostředkovaná integriny reguluje všechny stejné signální dráhy, které řídí apoptózu při přežívání zprostředkovaném růstovými faktory, reakce na poškození DNA a apoptózu zprostředkovanou receptory smrti, i když v různé míře. Které dráhy regulují anoikis, se liší v závislosti na typu buňky, přičemž různé integriny aktivují odlišné signální kaskády (obr. 1). Integriny mohou například aktivovat signalizaci PI3-kinázy, klasickou dráhu ERK a také stresem aktivované MAP kinázy, jako je c-Jun N-terminální kináza (Jnk)5 . Některé integriny (α1β1, α5β1 a αvβ3) rekrutují kinázy rodiny src Fyn a Yes prostřednictvím interakce s kaveolinem 1, který pak může aktivovat klasickou dráhu ERK rekrutací Shc, Grb2 a Sos10 (obr. 1a). Mnoho integrinů rekrutuje pp125FAK (kinázu fokální adheze), nereceptorovou tyrozinkinázu, která se aktivuje v reakci na adhezi11 (obrázek 1b). Pp125FAK interaguje s řadou signálních a adaptorových molekul, včetně Src, PI3-kinázy, paxilinu a p130CAS, a je spojena s řadou signálních drah kontrolujících migraci, proliferaci a apoptózu. Integrinová kináza se také rekrutuje do adhezních míst a je zapojena do signalizace přežití.12, 13 Následné dráhy aktivované těmito alternativními integrinovými signalizačními mechanismy se značně překrývají. Upozorním na několik příkladů, které ilustrují rozmanitost signalizace anoikis.
Schematické znázornění jen některých molekulárních spojení z adhezních komplexů (fokálních adhezí), které jsou zapojeny do signalizace přežití. Sestavování adhezních komplexů závisí nejen na interakcích mezi integriny a podkladovou ECM, ale také na spojeních s cytoskeletem. Aktivace integrinové signalizace je proto složitější než prostá interakce receptor/ligand. Podrobnosti viz hlavní text a odkazy v něm. (a) Podjednotky α některých integrinů mohou prostřednictvím interakcí s kaveolinem rekrutovat kinázy rodiny Src Fyn a Yes, které pak aktivují klasickou dráhu ERK. (b) Většina β-podjednotek integrinů rekrutuje FAK prostřednictvím interakcí s proteiny, jako je talin. Talin, vinculin a další proteiny fokální adheze fungují jednak jako spojovací články mezi integriny a aktinovým cytoskeletem, jednak jako lešení pro nábor signálních molekul, jako jsou FAK a paxilin. (c) Adheze a signalizace GFR jsou úzce propojeny a regulace může probíhat na několika úrovních. Adheze k ECM může kontrolovat expresi receptorů GF, zda mohou být aktivovány, nebo zda mohou interagovat s následnými efektory, jako jsou klasické dráhy ERK a PI3-kinázy
Pp125Ukázalo se, že k potlačení anoikis u řady typů buněk je zapotřebí FAK, a to buď prostřednictvím exprese dominantně negativních forem, mikroinjekcí protilátek proti FAK nebo použitím dominantně aktivních forem k potlačení buněčné smrti14, 15, 16 FAK může regulovat signalizaci PI3-kinázy, signalizaci MAP kinázy, malých GTPáz a dalších tyrozinkináz, jako jsou ty z rodiny Src, které mohou ovlivňovat přežití buněk.11 V buňkách MDCK může odtržení od ECM aktivovat Jnk, což poskytuje proapoptotický signál.17 Jiná studie, která rovněž použila buňky MDCK, však nezjistila žádnou souvislost mezi Jnk a anoikis.18 Místo toho byla k potlačení anoikis nutná aktivace PI3-kinázy v adherentních buňkách MDCK, podobně jako tomu bylo u buněk mléčného epitelu.14 Jnk může být buď pro-, nebo antiapoptotická, v závislosti na svém buněčném kontextu. Studie na primárních fibroblastech zjistila, že aktivace pp125FAK Jnk v adherentních buňkách je nutná k potlačení anoikis.19 U fibroblastů bylo rovněž zjištěno, že anoikis je závislá na p53.20 V podmínkách bez séra je FAK nutný k potlačení apoptózy závislé na p53. V nepřítomnosti FAK nebo adheze je p53 aktivován prostřednictvím fosfolipázy A2 a proteinkinázy Cγ. Anikóza byla inhibována buď nadměrnou expresí Bcl-2, nebo dominantně negativní formou p53, což naznačuje, že tento mechanismus závislý na p53 stále vyžaduje mitochondriální permeabilizaci. Ve stejné studii poskytly růstové faktory silný signál přežití závislý na PI3-kináze a fibroblasty již nebyly citlivé na inhibici pp125FAK.
Sama adheze ke správné ECM nestačí k poskytnutí signálu přežití. Rozprostření a tvar buněk mohou zásadně ovlivnit fenotyp a role cytoskeletu v těchto aspektech adhezní signalizace je rozhodující. Míra rozprostření endoteliálních buněk na substrátech s mikrotvarem způsobila přepínání mezi proliferací, diferenciací a apoptózou, a to nezávisle na typu ECM a integrinu použitého k uchycení.21, 22 Podobně buňky mléčného epitelu vyžadují specifické trojrozměrné (3-D) uspořádání k potlačení apoptózy.23 Tato regulace apoptózy prostřednictvím uspořádání buněk v rámci 3-D architektury může přispívat k morfogenezi mléčné žlázy.24 Tvar buněk je řízen cytoskeletem a jeho spojeními s integriny na spojích buňky/ECM a buňky/buňky. Změny těchto mechanických sil mohou změnit buněčné signální dráhy spojené s buněčnou adhezí, a tím ovlivnit přežití.25, 26 Způsoby, jakými buňky vnímají mechanické síly spojené s šířením a tkáňovou architekturou a jak tyto síly ovlivňují signalizaci, jsou podrobně rozebrány jinde.27, 28, 29
Další komplikace nastává, když uvažujeme o vzájemném ovlivňování mezi integriny a GFR. Mnoho GFRs je ovlivňováno adhezí k ECM, což umožňuje například kontrolu proliferace v závislosti na ukotvení.30 Signalizace Pp125FAK může přímo ovlivňovat schopnost GFR řídit aktivaci ERK a přechod G1-M. V tomto ohledu je třeba zdůraznit, že GFRs jsou schopny řídit proliferaci v závislosti na ukotvení. Není proto překvapivé, že tato vzájemná vazba může ovlivňovat anoikis (obr. 1c). V primárních oligodendrocytech dochází ke křížovému působení integrinů s GFR, což umožňuje přežití závislé na cíli v podmínkách limitujících růstových faktorů.31 Při fyziologických hladinách neuregulinu bylo k plné aktivaci signálů přežití nutné připojení nově vzniklých oligodendrocytů k lamininu na axonech prostřednictvím α6β1. Interakce laminin/α6β1 umožnila neuregulinu aktivovat silný signál přežití závislý na ERK. Epitelové buňky rovněž vykazují regulaci anoikis prostřednictvím integrinového GFR crosstalk. Přežití epitelových buněk je závislé jak na růstových faktorech, tak na adhezi a absence jednoho z nich vede k apoptóze. Nemusí však nutně působit prostřednictvím odlišných signálů. Primární epiteliální buňky mléčné žlázy jsou závislé na adhezi k lamininu spolu s inzulinu podobným růstovým faktorem 1 (IGF-1).32 Aktivace receptoru IGF-1 potlačuje apoptózu cestou závislou na PI3-kináze.33 Připojení k lamininu se zdá být podmínkou této signalizace IGF receptoru. Primární MEC pěstované na kolagenu neaktivují účinně PI3-kinázu v reakci na IGF-1 a podléhají apoptóze. Lidská linie MEC MCF10A vykazuje požadavek na signalizaci receptorem pro epidermální růstový faktor (EGF) (EGFR), i když v tomto případě zřejmě funguje prostřednictvím klasické dráhy ERK.34 Při absenci adheze buňky MCF10A rychle ztrácejí povrchovou expresi EGFR, což vede k upregulaci proteinu Bcl-2 Bim. Buněčná linie nádoru prsu nevykazovala toto odtržením vyvolané snížení regulace EGFR a nadměrná exprese EGFR v buňkách MCF10A inhibovala anoikis. Zajímavé je, že různé linie MEC zřejmě vykazují rozdíly v tom, jak se integriny propojují s GFR při řízení anoikis.35 Hranice mezi integriny a růstovými faktory v regulaci apoptózy se tedy zdá být neostrá.