Adhæsionsreceptorer giver ikke kun en fysisk tilknytning til ECM, men skaber også et adhæsionsafhængigt signalskema, der indeholder en række adaptorproteiner og kinaser.5, 6 Integriner fungerer således på samme måde som vækstfaktorreceptorer (GFR’er) og aktiverer faktisk mange af de samme nedstrømsveje. Integrinerne krydstaler også direkte med GFR’erne og gør det muligt for cellerne kun at reagere optimalt på opløselige cytokiner, når de er knyttet til den korrekte ECM.
Specificitet for bestemte typer ECM sker gennem den række af integriner, der udtrykkes på cellerne.6 Mennesker har mindst 24 forskellige integriner, og selv om nogle udtrykkes på de samme celler og endda genkender de samme ECM-komponenter, har mange af dem vigtige roller i specifikke væv. Mammaturepitelceller hæfter sig til en lamininrig basalmembran via integrin α6β1. Det stroma, der ligger til grund for mælkegangene og alveolerne, indeholder kollagen I, som genkendes af α2β1 på brystcellerne. Selv om de udtrykker kollagenbindende integriner, understøtter de imidlertid ikke mammacellers overlevelse, og de undergår til sidst apoptose.7, 8 Melanocytter holdes på samme måde i det korrekte vævskompartment gennem integrin/ECM-interaktioner. Den underliggende dermis er rig på kollagen, og dette understøtter ikke melanocytternes adhæsion og overlevelse, da de i modsætning til MEC ikke udtrykker egnede integriner. Under melanominvasion gennem den kollagenrige dermis giver opregulering af αvβ3 på melanomcellerne dem imidlertid mulighed for at modtage antiapoptotiske signaler fra et normalt fjendtligt ECM-miljø.9 Hæmning af αvβ3-funktionen ved hjælp af blokerende antistoffer inducerede melanomcelleapoptose.
Sådan, hvordan holder adhæsion via integriner cellerne i live? Integrin-medieret adhæsion regulerer alle de samme signalveje, der styrer apoptose i vækstfaktor-medieret overlevelse, DNA-skadereaktioner og dødsreceptormedieret apoptose, om end i forskellig grad. Hvilke veje, der regulerer anoikis, varierer afhængigt af celletypen, idet forskellige integriner aktiverer forskellige signalkaskader (figur 1). Integriner kan f.eks. aktivere PI3-kinase-signalering, den klassiske ERK-vej samt stressaktiverede MAP-kinaser som c-Jun N-terminal kinase (Jnk).5 Disse kan aktiveres på en række måder, der er specifikke for forskellige integriner. Nogle integriner (α1β1, α5β1 og αvβ3) rekrutterer src-familiekinaserne Fyn og Yes via et samspil med caveolin 1, som derefter kan aktivere de klassiske ERK-veje ved at rekruttere Shc, Grb2 og Sos10 (figur 1a). Mange integriner rekrutterer pp125FAK (focal adhesion kinase), en ikke-receptortyrosinkinase, der aktiveres som reaktion på adhæsion11 (figur 1b). Pp125FAK interagerer med en række signal- og adaptormolekyler, herunder Src, PI3-kinase, paxillin og p130CAS, og er blevet forbundet med en række signalveje, der kontrollerer migration, proliferation og apoptose. Integrin-linked kinase rekrutteres også til adhæsionssteder og er blevet inddraget i overlevelsessignalering.12, 13 Der er betydelig overlapning mellem de nedstrømsveje, der aktiveres af disse alternative integrinsignaliseringsmekanismer. Jeg vil fremhæve et par eksempler, der illustrerer mangfoldigheden i anoikisignalering.
Skematisk illustration af blot nogle af de molekylære forbindelser fra adhæsionskomplekser (fokale adhæsioner), der er impliceret i overlevelsessignalering. Samlingen af adhæsionskomplekser er ikke kun afhængig af interaktioner mellem integriner og den underliggende ECM, men også af forbindelser med cytoskelettet. Aktivering af integrinsignalering er derfor mere kompleks end en simpel receptor/ligand-interaktion. Der henvises til hovedteksten og referencerne heri for nærmere oplysninger. (a) α-underenhederne af visse integriner kan rekruttere Src-familiens kinaser Fyn og Yes gennem interaktioner med caveolin, som derefter aktiverer den klassiske ERK-signalvej. (b) De fleste integrin β-subenheder rekrutterer FAK gennem interaktioner med proteiner såsom talin. Talin, vinculin og andre fokale adhæsionsproteiner fungerer både som bindeled mellem integriner og actincytoskelettet og som et stillads for rekruttering af signalmolekyler som FAK og paxillin. (c) Adhesion og GFR-signalering er tæt forbundet, og reguleringen kan ske på en række niveauer. Adhesion til ECM kan styre ekspressionen af GF-receptorer, om de kan aktiveres eller ej, eller om de kan interagere med downstream-effektorer såsom de klassiske ERK- og PI3-kinaseveje
Pp125FAK har vist sig at være nødvendig for at undertrykke anoikis i en række celletyper, enten gennem ekspression af dominant-negative former, mikroinjektion af anti-FAK-antistoffer eller anvendelse af dominerende aktive former til at undertrykke celledød14, 15, 16 FAK kan regulere PI3-kinase-signalering, MAP-kinase-signalering, små GTPaser og andre tyrosinkinaser såsom dem fra Src-familien, som alle kan påvirke celleoverlevelsen.11 I MDCK-celler kan løsrivelse fra ECM aktivere Jnk, hvilket giver et proapoptotisk signal.17 En anden undersøgelse, der også anvendte MDCK-celler, fandt imidlertid ingen sammenhæng mellem Jnk og anoikis.18 I stedet var aktivering af PI3-kinase i adhærente MDCK-celler påkrævet for at undertrykke anoikis, svarende til det, der er set i mælkeepitelceller.14 Jnk kan være enten pro- eller antiapoptotisk, afhængigt af dens cellulære kontekst. En undersøgelse i primære fibroblaster viste, at pp125FAK-aktivering af Jnk i adhærente celler var nødvendig for at undertrykke anoikis.19 I fibroblaster viste det sig også, at anoikis var afhængig af p53.20 Under serumfrie forhold er FAK nødvendig for at undertrykke p53-afhængig apoptose. I fravær af FAK eller adhæsion aktiveres p53 via fosfolipase A2 og proteinkinase Cγ. Anoikis blev hæmmet af enten overekspression af Bcl-2 eller af en dominant-negativ form af p53, hvilket indikerer, at denne p53-afhængige mekanisme stadig kræver mitokondriel permeabilisering. I samme undersøgelse gav vækstfaktorer et stærkt PI3-kinase-afhængigt overlevelsessignal, og fibroblasterne var ikke længere følsomme over for hæmning af pp125FAK.
Adhæsion til den korrekte ECM alene er ikke tilstrækkelig til at give et overlevelsessignal. Celleudbredelse og form kan i høj grad påvirke fænotypen, og cytoskelettets rolle i disse aspekter af adhæsionssignaleringen er afgørende. Graden af spredning af endothelceller på mikromønstrede substrater forårsagede et skift mellem proliferation, differentiering og apoptose, uafhængigt af typen af ECM og integrin, der anvendes til fastgørelse.21, 22 På samme måde kræver mælkeepitelceller et specifikt tredimensionelt (3D) arrangement for at undertrykke apoptose.23 Denne regulering af apoptose gennem arrangementet af celler inden for en 3-D arkitektur kan bidrage til morfogenese af mælkekirtlen.24 Celleformen styres af cytoskelettet og dets forbindelser med integriner ved celle/ECM og celle/celle-junktioner. Ændringer i disse mekaniske kræfter kan ændre cellulære signalveje, der er forbundet med celleadhæsion, og dermed påvirke overlevelsen.25, 26 De måder, hvorpå cellerne opfatter mekaniske kræfter forbundet med spredning og vævsarkitektur, og hvordan disse påvirker signalering, er gennemgået i detaljer andetsteds.27, 28, 29
En yderligere komplikation opstår, når vi overvejer crosstalk mellem integriner og GFR’er. Mange GFR’er påvirkes af adhæsion til ECM, hvilket f.eks. muliggør forankringsafhængig kontrol af proliferation.30 Pp125FAK-signalering kan direkte påvirke GFR’s evne til at kontrollere ERK-aktivering og G1-M-overgang. Det er derfor ikke overraskende, at denne crosstalk kan påvirke anoikis (figur 1c). I primære oligodendrocytter er integriner crosstalk med GFR, hvilket muliggør målafhængig overlevelse under forhold med begrænsende vækstfaktorer.31 Ved fysiologiske niveauer af neuregulin var fastgørelse af nyligt dannede oligodendrocytter til laminin på axoner via α6β1 påkrævet for fuldt ud at aktivere overlevelsessignaler. Interaktionen mellem laminin/α6β1 gjorde det muligt for neuregulin at aktivere et stærkt ERK-afhængigt overlevelsessignal. Epithelceller viser også regulering af anoikis gennem integrin GFR-crosstalk med integrin GFR. Epithelceller er afhængige af både vækstfaktorer og adhæsion for at overleve, og fravær af begge dele resulterer i apoptose. De arbejder dog ikke nødvendigvis gennem forskellige signaler. Primære mammaepitelceller er afhængige af adhæsion til laminin sammen med den insulinlignende vækstfaktor 1 (IGF-1).32 Aktivering af IGF-1-receptoren undertrykker apoptose gennem en PI3-kinase-afhængig vej.33 Vedhæftning til laminin synes at være en forudsætning for denne IGF-receptorsignalering. Primære MEC, der er dyrket på kollagen, aktiverer ikke effektivt PI3-kinase som reaktion på IGF-1 og undergår apoptose. Den humane MEC-linje MCF10A viser, at der er behov for signalering fra den epidermale vækstfaktor (EGF) receptor (EGFR), selv om den i dette tilfælde synes at fungere gennem den klassiske ERK-vej.34 I mangel af adhæsion mistede MCF10A-cellerne hurtigt celleoverfladeekspression af EGFR, hvilket førte til opregulering af Bcl-2-proteinet Bim. En brysttumorcellelinje viste ikke denne løsningsinducerede nedregulering af EGFR, og overekspression af EGFR i MCF10A-celler hindrede anoikis. Det er interessant, at forskellige MEC-linjer synes at vise forskelle i, hvordan integriner forbindes med GFR for at kontrollere anoikis.35 Grænsen mellem integriner og vækstfaktorer i apoptosregulering synes således at være sløret.